KR20200131065A - Method for producing Alkyl 3-Alkoxypropionate Using Continuous Type Process - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for producing an alkyl 3-alkoxy propionate, and more particularly, to a method for producing ethyl 3-ethoxypropionate in a continuous manner. The present invention provides a method for producing an alkyl 3-alkoxy propionate, capable of producing an alkyl 3-alkoxy propionate for semiconductors on a large scale in an organic synthesis method by using a continuous reaction. The method for producing an alkyl 3-alkoxy propionate according to the present invention can produce an alkyl 3-alkoxy propionate for semiconductors at a high conversion rate by using a continuous method in a large-scale production process.

Description

연속식 반응공정을 사용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법{Method for producing Alkyl 3-Alkoxypropionate Using Continuous Type Process}Method for producing alkyl 3-alkoxypropionate using continuous reaction process {Method for producing Alkyl 3-Alkoxypropionate Using Continuous Type Process}

본 발명은 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에틸 3-에톡시프로피오네이트의 연속식 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing an alkyl 3-alkoxypropionate, and more particularly, to a method for producing ethyl 3-ethoxypropionate in a continuous manner.

반도체 제조 공정에서 사용되는 유기용제는 제품인 반도체의 전기적 특성에 악영향을 주지 않아야 되기 때문에 초고순도, 초저 아크릴산, 초저산가, 저수분, 초저금속 등의 함량 및 저파티클의 엄격한 품질 기준을 만족하여야 한다.Since the organic solvent used in the semiconductor manufacturing process should not adversely affect the electrical properties of the semiconductor product, it must meet the strict quality standards of ultra-high purity, ultra-low acrylic acid, ultra-low acid value, low moisture, and ultra-low metal content and low particles.

반도체 제조 공정에서 신너(Thinner)로서 사용되는 EEP(Ethyl 3-Ethoxypropionate) 또한 이러한 초고순도, 초저 아크릴산, 초저산가, 저수분, 초저금속 등의 함량 및 저파티클의 엄격한 품질 기준을 만족하여야 한다.EEP (Ethyl 3-Ethoxypropionate), which is used as a thinner in the semiconductor manufacturing process, must also meet the strict quality standards of ultra-high purity, ultra-low acrylic acid, ultra-low acid value, low moisture, ultra-low metal content, and low particles.

EEP는 에탄올(Ethanol, EtOH)과 아크릴산 에틸 모노머(Ethyl Acrylate Monomer, EAM)를 원료로 하여 강산 촉매 하에서 (US5081285 참조) 또는 강알칼리 촉매 하에서 (JP1978586 참조) 실험실 규모로 소량으로 합성될 수 있다.EEP can be synthesized in small quantities on a laboratory scale using ethanol (Ethanol, EtOH) and ethyl acrylate monomer (EAM) as raw materials under a strong acid catalyst (see US5081285) or under a strong alkali catalyst (see JP1978586).

강산 촉매를 사용하여 EEP를 제조하는 경우(US5081285 참조), 수율이 아주 낮고 (약 47wt%) 강산 촉매에 의하여 용매로부터 생성되는 부산물인 디에틸 에테르(Diethyl Ether)가 다량 포함될 수 있으므로 반도체 제조 공정용 EEP 제조 방법으로는 적절하지 않다. In the case of manufacturing EEP using a strong acid catalyst (see US5081285), the yield is very low (about 47 wt%) and a large amount of diethyl ether, a by-product produced from the solvent by the strong acid catalyst, may be included. It is not suitable as an EEP manufacturing method.

강알칼리 촉매를 사용하여 EEP를 제조하는 경우(JP1978586 참조), 실험실 규모의 0.5 리터 이하 규모에서 원료인 EtOH와 EAM을 단순히 혼합하여 반응하므로 특히 10 킬로리터 이상의 대량 규모 반응 경우에 문제될 수 있는 발명 반응에 따른 문제 및 반응 중 반응 중단에 대한 대책이 전혀 없어 대규모 생산 공정에서는 적용하는 것이 불가능하다.In the case of producing EEP using a strong alkali catalyst (see JP1978586), since it reacts simply by mixing raw materials EtOH and EAM at a scale of 0.5 liters or less on a laboratory scale, it is particularly suitable for inventive reactions that may be a problem in the case of mass scale reactions of 10 kiloliters or more. It is impossible to apply it in large-scale production processes as there are no countermeasures for the problem and interruption of the reaction during the reaction.

반도체 제조 공정에서 대량으로 사용되는 EEP는 다음과 같은 반응식 1에 의하여 에탄올(Ethanol, EtOH)과 아크릴산 에틸 모노머(Ethyl Acrylate Monomer, EAM)를 원료로 하고 소듐 에톡사이드(Sodium Ethoxide)를 촉매로 사용하여 반응시켜 제조할 수 있다.EEP, which is used in large quantities in the semiconductor manufacturing process, uses ethanol (EtOH) and ethyl acrylate monomer (EAM) as raw materials according to the following Scheme 1, and sodium ethoxide as a catalyst. It can be prepared by reacting.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure pat00001
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이러한 EEP 합성 반응은 두 분자가 반응하여 목표 물질이 생성되고 기타 다른 생성물은 없는 부가반응(Addition Reaction)으로서 발열 반응이다. 더욱 상세하게 설명하면, 이러한 합성 반응은 촉매 존재 하에 반응 혼합물을 가열해야만 반응이 개시되며, 반응이 진행하여 목표 물질인 EEP가 생성되면 EAM 분자의 이중결합 중 하나 대신에 EEP 분자 내에 두 개의 단일결합이 생성되어 여분의 에너지가 생성하여 발열하게 된다. This EEP synthesis reaction is an exothermic reaction as an addition reaction where two molecules react to produce a target substance and no other products. In more detail, this synthesis reaction starts only by heating the reaction mixture in the presence of a catalyst, and when the reaction proceeds to generate the target substance, EEP, two single bonds within the EEP molecule instead of one of the double bonds of the EAM molecule. Is generated, and extra energy is generated to generate heat.

따라서 이러한 합성 반응은 저비점 반응물(EtOH 비점 78℃, EAM 비점 99℃)를 사용하므로 발열을 효율적으로 제어해야 하며, 특히 10 킬로리터 이상의 큰 규모의 반응에서는 소규모 반응 경우보다 냉각 효율이 저하되기 때문에 발열 현상의 제어가 훨씬 더 어려워질 수 있다.Therefore, since these synthetic reactions use low-boiling reactants (EtOH boiling point 78°C, EAM boiling point 99°C), heat generation must be efficiently controlled. In particular, in large-scale reactions of 10 kiloliters or more, cooling efficiency is lowered than in small-scale reactions. Can be much more difficult to control.

또한 이러한 EEP 합성 반응은 상기 반응식 1에서 알 수 있는 바와 같이 강알칼리 촉매 존재 하에서 반응의 생성물인 EEP로부터 반응물인 EtOH와 EAM으로 가는 역반응(Reverse Reaction)도 가능하여 반응물로부터 생성물이 생성되는 정반응(Forward Reaction)과 속도가 같아질 경우에 알짜 반응(Net Reaction)이 멈추어서 반응율이 낮아진다는 문제점이 있다.In addition, this EEP synthesis reaction is possible in the presence of a strong alkali catalyst, in the presence of a strong alkali catalyst, a reverse reaction from the reaction product to EtOH and EAM is also possible. If the speed is the same as ), there is a problem that the net reaction stops and the reaction rate decreases.

그리고 EAM이 EEP로 전환되는 전환율(wtEEPx100/(wtEEP+wtEAM))이 낮을 경우 반응 종료 시점의 반응혼합물(Reaction Mixture)을 분별 증류에 의하여 반도체용 EEP로 정제 시에 산가(Acid Value, 초산 양으로 환산) 및 아크릴산(Acrylic Acid) 함량이 상승하는 심각한 문제가 발생할 수 있다.And when the conversion rate of EAM to EEP conversion (wtEEPx100/(wtEEP+wtEAM)) is low, the reaction mixture at the end of the reaction is purified by fractional distillation into EEP for semiconductors, as the acid value (Acid Value, amount of acetic acid). Conversion) and acrylic acid (Acrylic Acid) content may increase.

이와 같이 반응 종료 시점의 반응혼합물을 가열하여 비점의 차이에 의하여 분리하는 분별증류를 이용하여 정제 공정을 수행할 경우, 반응혼합물 중에 존재하는 수분에 의하여 EEP 등과 같은 에스터(Ester) 류는 가수분해하여 흔히 산가 (Acid Value)가 증가한다. 일반적으로 공업용이나 전자용일 경우 산가 약 150wtppm 이하이면 만족스러우나 반도체용 용매일 경우 산(Acid)은 반도체의 전기적 특성에 영향을 줄 수 있으므로 EEP는 산가 20wtppm 이하의 아주 낮은 산가 기준을 만족하여야 한다.In the case of performing the purification process using fractional distillation separated by the difference in boiling point by heating the reaction mixture at the end of the reaction, esters such as EEP are hydrolyzed by moisture present in the reaction mixture. Often, the acid value increases. In general, in the case of industrial or electronic use, an acid value of less than about 150wtppm is satisfactory, but in the case of a semiconductor solvent, since acid may affect the electrical properties of the semiconductor, the EEP must satisfy a very low acid value standard of less than 20wtppm.

특히 EEP 제조의 경우 EAM(Ethyl Acrylate Monomer)의 가수분해에 의하여 생성되며 비교적 강한 산인 아크릴 산(Acrylic Acid)은 극미량인 0.5wtppm 이하이어야 하므로 정제에 특별한 기술이 필요하다. 또한 반도체용 용매는 개별 금속 함량이 20wtppt 이하, 파티클(Particle) 0.1μm 이상 200개/밀리리터 이하의 품질 기준을 충족하여야 한다. In particular, in the case of EEP manufacturing, since it is produced by hydrolysis of EAM (Ethyl Acrylate Monomer) and is a relatively strong acid, acrylic acid must be less than 0.5wtppm, which is a very small amount, a special technique is required for purification. In addition, the semiconductor solvent must meet the quality standards of 20wtppt or less of individual metals and of 0.1μm or more and 200/milliliter of particles.

한편, 종래의 일반적인 화학 내지 물리적 반응을 위한 반응장치는 크게 연속식(유통식, 플로식, continuous type) 반응기와 배치식(batch type, 회분식, 回分式) 반응기로 구분되며, 전자의 경우 반응물을 유입시켜 반응물이 흐르는 과정에서 반응이 진행되고 생성물이 배출구를 통해 배출되어지는 방식이며, 후자의 경우 반응기에 반응물을 투입하여 정지된 상태에서 반응기내에서 반응을 수행한 후 생성물을 회수하는 방식이다. 또한 처음에 원료를 넣고 반응이 진행됨에 따라 다른 원료를 첨가하는 반배치식 반응기도 존재한다.On the other hand, conventional reaction devices for general chemical or physical reactions are largely divided into a continuous type (flow type, flow type, continuous type) reactor and a batch type (batch type, batch type, batch type) reactor. In the process of flowing the reactant by inflow, the reaction proceeds and the product is discharged through the outlet. In the latter case, the reactant is introduced into the reactor and the reaction is carried out in the reactor in a stopped state, and the product is recovered. In addition, there is a semi-batch type reactor in which raw materials are initially added and other raw materials are added as the reaction proceeds.

기존에 사용되어오던 연속식 반응기들은 생성물의 회수속도가 빠른 장점은 제공하지만 반응 생성물의 크기를 제어할 수 있는 수단이 결여되어 있고, 배치식 반응의 경우에는 반응효율이 떨어지고 시간이 오래 걸리는 문제가 있으며 마찬가지로 반응 생성물의 크기를 제어할 수 있는 수단을 제공하고 있지는 않다. Continuous reactors that have been used in the past provide the advantage of quick product recovery, but lack a means to control the size of the reaction product. In the case of a batch reaction, the reaction efficiency decreases and takes a long time. Likewise, it does not provide a means to control the size of the reaction product.

따라서 연속식 반응공정을 이용하여 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 합성하는 제조방법에 대한 필요성이 대두되어왔다.Therefore, there has been a need for a method for synthesizing alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process.

미국 특허공보 US5,081,285(1992.01.14)US Patent Publication US5,081,285 (1992.01.14) 대한민국 특허공보 특1997-0000138(1997.01.04)Korean Patent Publication No. 1997-0000138 (1997.01.04) 대한민국 등록특허 10-1038232 (2011.05.25)Korean Patent Registration 10-1038232 (2011.05.25)

하나의 양상에 있어서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 제조 공정에서 사용될 수 있는 우수한 품질 수준으로 정제할 수 있는 EEP를 연속식 방식을 이용하여 대량 규모로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.In one aspect, the problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing an EEP that can be purified to an excellent quality level that can be used in a semiconductor manufacturing process in a mass scale using a continuous method.

또 다른 양상에 있어서, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 연속식 방식을 이용하여 전환율 97 wt% 이상의 고전환율로 EEP를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.In another aspect, another problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing EEP with a high conversion rate of 97 wt% or more using a continuous method.

하나의 구체예에서, 본 발명은 반응시스템 내에서 배치식 반응공정을 수행하여 배치식 반응공정 생성물을 얻기 위한 배치식 반응공정 단계, 상기 배치식 반응공정 단계에서 수득된 배치식 반응공정 생성물을 2기 이상의 반응시스템 각각에 투입하는 단계, 여기서 상기 2기 이상의 반응시스템은 연결라인에 의해 폐회로를 형성하면서 상호 직렬로 연결되되 상기 연결라인 상에 구비된 밸브에 의해 상호 차단된 상태임, 및 직렬로 연결된 상기 2기 이상의 반응시스템 중 가장 앞단에 배치된 제1반응시스템에 연속식 반응공정을 위한 연속반응물을 연속적으로 투입하고, 밸브를 개방하여 각각의 반응시스템이 연결라인을 통하여 폐회로를 형성하면서 연결된 상태에서 반응공정이 이루어지도록 하고 가장 말단에 배치된 반응시스템의 배출구를 개방하여 연속식 반응공정을 수행하는 연속식 반응공정 단계를 포함하는, 연속식 반응공정을 사용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법을 제공한다.In one embodiment, the present invention is a batch reaction process step for obtaining a batch reaction process product by performing a batch reaction process in a reaction system, the batch reaction process product obtained in the batch reaction process step 2 Injecting the two or more reaction systems into each of the two or more reaction systems, wherein the two or more reaction systems are connected in series with each other forming a closed circuit by a connection line, but are mutually blocked by a valve provided on the connection line, and in series A continuous reactant for a continuous reaction process is continuously injected into the first reaction system arranged at the front of the connected two or more reaction systems, and each reaction system is connected while forming a closed circuit through a connection line by opening the valve. Alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process, including a continuous reaction process step in which the reaction process is performed in the state and the outlet of the reaction system disposed at the most terminal is opened to perform a continuous reaction process It provides a method of manufacturing.

또 다른 구체예에서, 본 발명은 연결라인에 의해 폐회로를 형성하면서 상호 직렬로 연결되되 상기 연결라인 상에 구비된 밸브에 의해 상호 차단된 2기 이상의 반응시스템 각각에 반응물을 넣고 각각의 반응시스템 내에서 배치식 반응공정을 수행하여 배치식 반응공정 생성물을 얻기 위한 배치식 반응공정 단계, 및 직렬로 연결된 상기 2기 이상의 반응시스템 중 가장 앞단에 배치된 제1반응시스템에 연속식 반응공정을 위한 연속반응물을 연속적으로 투입하고, 밸브를 개방하여 각각의 반응시스템이 연결라인을 통하여 폐회로를 형성하면서 연결된 상태에서 반응공정이 이루어지도록 하고 가장 말단에 배치된 반응시스템의 배출구를 개방하여 최종 생성물을 배출시켜 연속식 반응공정을 수행하는 연속식 반응공정 단계를 포함하는, 연속식 반응공정을 사용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법을 제공한다.In another embodiment, the present invention forms a closed circuit by a connection line and is connected in series with each other, and a reactant is added to each of two or more reaction systems mutually blocked by a valve provided on the connection line, and in each reaction system. A batch-type reaction process step for obtaining a batch-type reaction process product by performing a batch-type reaction process at, and a continuous reaction process for a continuous reaction process in the first reaction system arranged at the front of the two or more reaction systems connected in series. Reactants are continuously added and the valves are opened so that each reaction system forms a closed circuit through the connection line, and the reaction process is carried out in a connected state, and the final product is discharged by opening the outlet of the reaction system disposed at the far end. It provides a method for producing an alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process, including a continuous reaction process step of performing a continuous reaction process.

또 다른 구체예에서, 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 상기 배치식 반응공정 단계는 아래 반응식으로 표현되며,In another embodiment, the batch reaction process step according to one embodiment of the present invention is represented by the following scheme,

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1~C6의 알킬기이며, 촉매(Cat.)는 강알칼리 촉매이며, 상기 배치식 반응공정 단계는 1) 반응 용기 중에 알킬알코올과 촉매의 제1a 혼합물을 준비하는 단계; 2) 물의 함량이 600 ~ 1,000 wtppm이 되도록 상기 제1a 혼합물에 물을 첨가하여 제2a 혼합물을 생성하는 단계, 여기서 상기 물의 함량은 상기 제2a 혼합물 전체 중량을 기준으로 함; 3) 상기 제2a 혼합물을 30~70℃로 가열하는 단계; 4) 상기 제2a 혼합물에 알킬 아크릴레이트:알킬알코올의 몰(mole)비가 1:1 ~ 1:3이 되도록 알킬 아크릴레이트를 적가하여 제3a 혼합물을 생성하는 단계; 5) 상기 제3a 혼합물을 50~70℃로 유지하는 단계; 6) 상기 제3a 혼합물의 반응 종료시의 반응 전환율을 분석하는 단계; 및 7) 상기 반응 전환율이 97wt% 이상이면 반응을 종료하고, 반응 전환율이 97wt% 미만이면 물의 함량이 50 ~ 200 wtppm이 되도록 상기 제3a 혼합물에 물을 추가로 첨가하는 단계, 여기서 물의 함량은 제3a 혼합물에 물을 추가한 후의 전체 중량을 기준으로 함;을 포함하는, 연속식 반응공정을 사용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법이 제공된다.Here, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group of C 1 to C 6 , the catalyst (Cat.) is a strong alkali catalyst, and the batch reaction process step 1) a mixture of alkyl alcohol and catalyst 1a in a reaction vessel Preparing; 2) adding water to the 1a mixture so that the water content is 600 ~ 1,000 wtppm to form the 2a mixture, wherein the water content is based on the total weight of the 2a mixture; 3) heating the 2a mixture to 30 to 70°C; 4) forming a 3a mixture by dropwise adding an alkyl acrylate to the 2a mixture so that the mole ratio of alkyl acrylate:alkyl alcohol is 1:1 to 1:3; 5) maintaining the 3a mixture at 50 to 70°C; 6) analyzing the reaction conversion rate at the end of the reaction of the 3a mixture; And 7) if the reaction conversion rate is 97 wt% or more, the reaction is terminated, and when the reaction conversion rate is less than 97 wt%, adding water to the mixture 3a so that the content of water is 50 to 200 wtppm, wherein the water content is zero. 3a Based on the total weight after adding water to the mixture; comprising, a method for producing an alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process is provided.

또 다른 구체예에서, 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 상기 연속반응물은, 알킬알코올과 촉매의 제1b 혼합물에 물의 함량이 600 ~ 1,000 wtppm이 되도록 물을 첨가하여 생성한 제2b 혼합물과(여기서 상기 물의 함량은 상기 제2b 혼합물 전체 중량을 기준으로 함), 상기 제2b 혼합물에 투입된 알킬알코올에 대하여 알킬 아크릴레이트:알킬알코올의 몰(mole)비가 1:1 ~ 1:3이 되는 함량으로 투입되는 알킬 아크릴레이트를 포함하는, 연속식 반응공정을 사용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법이 제공된다.In another embodiment, the continuous reactant according to one embodiment of the present invention is a mixture 2b produced by adding water to a mixture of alkyl alcohol and a catalyst 1b so that the content of water is 600 to 1,000 wtppm (wherein The water content is based on the total weight of the 2b mixture), and the molar ratio of alkyl acrylate:alkyl alcohol to the alkyl alcohol added to the 2b mixture is 1:1 to 1:3 There is provided a method for producing an alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process, comprising an alkyl acrylate.

또 다른 구체예에서, 본 발명의 하나의 구체예에 따르는 상기 촉매는 리튬 에톡사이드, 소듐 에톡사이드, 포타슘 에톡사이드, 루비듐 에톡사이드, 세슘 에톡사이드, 베릴륨 에톡사이드, 마그네슘 에톡사이드, 및 칼슘 에톡사이드로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되는, 연속식 반응공정을 사용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법이 제공된다.In another embodiment, the catalyst according to one embodiment of the present invention is lithium ethoxide, sodium ethoxide, potassium ethoxide, rubidium ethoxide, cesium ethoxide, beryllium ethoxide, magnesium ethoxide, and calcium ethoxide. There is provided a method for producing an alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process, selected from the group consisting of one or more.

또 다른 구체예에서, R1 및 R2는 서로 독립적으로 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 또는 n-부틸기인, 연속식 반응공정을 사용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법이 제공된다.In another embodiment, R 1 and R 2 are each independently a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, or an n-butyl group, a method for preparing an alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process is provided. .

본 발명에 따르는 알킬 3-알콕시프로피오네이트 제조방법은 대규모 생산 공정에서 반도체용 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 연속식 방식을 이용하여 높은 전환율로 제조할 수 있다.The method for preparing alkyl 3-alkoxypropionate according to the present invention can produce alkyl 3-alkoxypropionate for semiconductors at a high conversion rate using a continuous method in a large-scale production process.

도 1은 배치식 반응공정으로 사용되는 반응시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 구체예에 따라 2기 이상의 반응시스템을 사용하여 연속식 반응공정을 수행하기 위한 반응시스템을 도시한 개략도이다.
도 3은 1기의 반응시스템을 사용하여 연속식 반응공정을 수행하기 위한 반응시스템을 도시한 개략도이다.
1 is a schematic diagram showing a reaction system used in a batch reaction process.
2 is a schematic diagram showing a reaction system for performing a continuous reaction process using two or more reaction systems according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a reaction system for performing a continuous reaction process using a reaction system of one unit.

일반적으로 화학반응은 한 번 원료를 넣으면 목적을 달성할 때까지 반응을 계속하는 배치식 반응과 처음에 원료를 넣고 반응이 진행됨에 따라 다른 원료를 첨가하는 반배치식 반응으로 수행된다. 그러나 배치식 또는 반배치식 반응의 경우에는 반응 효율이 떨어지고 시간이 오래 걸리는 문제가 있다. In general, the chemical reaction is carried out as a batch reaction in which the reaction continues until the purpose is achieved once the raw material is added, and a semi-batch reaction in which the raw material is initially added and other raw materials are added as the reaction proceeds. However, in the case of a batch-type or semi-batch-type reaction, there is a problem that the reaction efficiency is low and it takes a long time.

또한 화학반응은 계속해서 원료를 공급하고 생성물을 배출하는 연속식 반응으로 수행될 수도 있다. 연속식 반응의 경우 생성물의 회수속도가 빠른 장점을 제공한다.In addition, the chemical reaction may be carried out as a continuous reaction in which raw materials are continuously supplied and products are discharged. In the case of a continuous reaction, the product recovery rate is fast.

따라서 본 발명자들은 상기와 같은 알킬 3-알콕시프로피오네이트 제조상의 문제점을 해결하기 위하여 장기간 다양한 연구를 통하여 다음과 같이 연속식 반응을 사용하여 유기합성적으로 대량 규모로 반도체용 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 제조할 수 있는 알킬 3-알콕시프로피오네이트 제조방법을 발명하였다.Therefore, in order to solve the above problems in the production of alkyl 3-alkoxypropionate, the present inventors have used a continuous reaction as follows through a variety of long-term studies to organically synthesize alkyl 3-alkoxypropionate for semiconductors on a large scale. Invented a method for preparing an alkyl 3-alkoxypropionate capable of preparing an ate.

이하에서는 먼저 본 발명의 하나의 양상에 따르는 배치식(반배치식을 포함한다) 반응공정을 이용하여 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 제조하는 방법에 대하여 설명하고, 이어서 연속식 반응공정을 이용하여 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of preparing an alkyl 3-alkoxypropionate using a batch type (including a semi-batch type) reaction process according to one aspect of the present invention will be described, and then, a continuous reaction process is used. A method of preparing the alkyl 3-alkoxypropionate will be described.

일반적인 알킬 3-알콕시프로피오네이트 합성 반응을 아래 반응식 2로 나타낼 수 있다.A general alkyl 3-alkoxypropionate synthesis reaction can be represented by Scheme 2 below.

[반응식 2][Scheme 2]

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 반응식에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1~C6의 알킬기일 수 있으며, 바람직하게는 R1 및 R2가 서로 독립적으로 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 또는 n-부틸기일 수 있으며, 가장 바람직하게는 R1 및 R2 모두가 에틸기일 수 있다.In the above reaction formula, R 1 and R 2 may each independently be a C 1 to C 6 alkyl group, and preferably R 1 and R 2 may be independently a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, or an n-butyl group. And, most preferably, both of R 1 and R 2 may be an ethyl group.

상기 반응식에서 촉매(Cat.)는 강알칼리 촉매일 수 있으며, 예를 들어 리튬 에톡사이드, 소듐 에톡사이드, 포타슘 에톡사이드, 루비듐 에톡사이드, 세슘 에톡사이드, 베릴륨 에톡사이드, 마그네슘 에톡사이드, 및 칼슘 에톡사이드로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있으며, 여기에 한정되는 것은 아니다.In the above reaction scheme, the catalyst (Cat.) may be a strong alkali catalyst, for example, lithium ethoxide, sodium ethoxide, potassium ethoxide, rubidium ethoxide, cesium ethoxide, beryllium ethoxide, magnesium ethoxide, and calcium ethoxide. One or more may be selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본 발명의 하나의 양상에 따라 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 합성하기 위한 배치식 반응공정은 다음 단계를 포함할 수 있다:A batch reaction process for synthesizing an alkyl 3-alkoxypropionate according to one aspect of the present invention may comprise the following steps:

1) 반응 용기 중에 알킬알코올과 촉매의 제1a 혼합물을 준비하는 단계;1) preparing a mixture of alkyl alcohol and catalyst 1a in a reaction vessel;

2) 물의 함량이 600 ~ 1,000 wtppm이 되도록 상기 제1a 혼합물에 물을 첨가하여 제2a 혼합물을 생성하는 단계, 여기서 상기 물의 함량은 상기 제2a 혼합물 전체 중량을 기준으로 함;2) adding water to the 1a mixture so that the water content is 600 ~ 1,000 wtppm to form the 2a mixture, wherein the water content is based on the total weight of the 2a mixture;

3) 상기 제2a 혼합물을 30~70℃로 가열하는 단계;3) heating the second a mixture to 30 ~ 70 ℃;

4) 상기 제2a 혼합물에 알킬 아크릴레이트:알킬알코올의 몰(mole)비가 1:1 ~ 1:3이 되도록 알킬 아크릴레이트를 적가하여 제3a 혼합물을 생성하는 단계; 및4) forming a 3a mixture by adding an alkyl acrylate dropwise to the 2a mixture so that the molar ratio of alkyl acrylate:alkyl alcohol is 1:1 to 1:3; And

5) 상기 제3a 혼합물을 50~70℃로 유지하는 단계.5) maintaining the 3a mixture at 50 to 70°C.

상기 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 합성하기 위한 배치식 반응공정은 다음 단계를 더욱 포함할 수 있다:The batch reaction process for synthesizing the alkyl 3-alkoxypropionate may further include the following steps:

6) 상기 제3a 혼합물의 반응 종료시의 반응 전환율을 분석하는 단계; 및6) analyzing the reaction conversion rate at the end of the reaction of the 3a mixture; And

7) 상기 반응 전환율이 97wt% 이상이면 반응을 종료하고, 반응 전환율이 97wt% 미만이면 물의 함량이 50 ~ 200 wtppm이 되도록 상기 제3a 혼합물에 물을 추가로 첨가하는 단계, 여기서 물의 함량은 제3a 혼합물에 물을 추가한 후의 전체 중량을 기준으로 함.7) If the reaction conversion rate is 97 wt% or more, the reaction is terminated, and if the reaction conversion rate is less than 97 wt%, adding water to the mixture 3a so that the content of water is 50 ~ 200 wtppm, wherein the content of water is 3a Based on the total weight after adding water to the mixture.

종래 기술에 따라 상기 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 합성하기 위한 배치식 반응공정은 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 폐쇄된 배치식 반응시스템에서 수행될 수 있다. 즉 도 1에 되시된 바와 같이 하나의 배치식 반응시스템(10)에 반응물(11)을 넣고 생성물(13)을 얻기 위한 반응공정을 진행할 수 있으며, 반응이 진행됨에 따라 필요한 경우 추가반응물(12)을 더욱 투입할 수 있다.The batch reaction process for synthesizing the alkyl 3-alkoxypropionate according to the prior art can be carried out in one closed batch reaction system as shown in FIG. 1. That is, as shown in FIG. 1, the reactant 11 can be put into one batch-type reaction system 10 and the reaction process for obtaining the product 13 can be carried out. As the reaction proceeds, the additional reactant 12 can be added if necessary. You can put in more.

그러나 본 발명의 하나의 구체예에 따라 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 합성하기 위한 배치식 반응공정은 도 2에 도시된 바와 같이 제1반응시스템(20)과 제2반응시스템(30) 내에서 각각 수행될 수 있다. 이 때, 제1반응시스템(20)과 제2반응시스템(30)은 연결라인(50)에 의해 폐회로를 형성하면서 연결되되 밸브(61)에 의해 상호 차단된 상태이다.However, the batch reaction process for synthesizing alkyl 3-alkoxypropionate according to one embodiment of the present invention is performed in the first reaction system 20 and the second reaction system 30 as shown in FIG. Each can be performed. At this time, the first reaction system 20 and the second reaction system 30 are connected while forming a closed circuit by the connection line 50, but are mutually blocked by the valve 61.

구체적으로 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 하나의 구체예에 따라 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 합성하기 위한 반응시스템은 제1반응시스템(20) 및 제2반응시스템(30)을 포함하며, 상기 제1반응시스템(20)과 제2반응시스템(30)은 연결라인(50)에 의해 폐회로를 형성하면서 연결될 수 있으며, 연결라인(50) 상에 구비된 밸브(60)에 의해 상호 차단 또는 개방될 수도 있다.Specifically, as shown in FIG. 2, the reaction system for synthesizing alkyl 3-alkoxypropionate according to one embodiment of the present invention includes a first reaction system 20 and a second reaction system 30. Including, the first reaction system 20 and the second reaction system 30 may be connected while forming a closed circuit by a connection line 50, the valve 60 provided on the connection line 50 It may be mutually blocked or opened by.

전술한 바와 같이 본 발명의 하나의 구체예에 따라 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 합성하기 위한 배치식 반응공정은 도 2에 도시된 바와 같이 제1반응시스템(20)과 제2반응시스템(30) 내에서 각각 수행될 수 있다. 즉 제1반응시스템(20) 및 제2반응시스템(30) 각각에 반응물(21, 31)을 각각 투입하여 생성물을 얻기 위한 반응공정을 수행할 수 있다. 반응이 진행됨에 따라 필요한 경우 추가반응물(22, 32)을 투입할 수도 있다. 이 때 제1반응시스템(20)과 제2반응시스템(30)은 연결라인(50)에 의해 폐회로를 형성하면서 연결되되 밸브(61)에 의해 상호 차단된 상태이다. 한편, 제2반응시스템(30)에는 최종생성물을 배출하기 위한 배출구가 형성될 수 있으며, 상기 배출구는 배치식 반응공정 동안에는 밸브(62)에 의해 차단되어 있다.As described above, the batch reaction process for synthesizing an alkyl 3-alkoxypropionate according to one embodiment of the present invention is as shown in FIG. 2, the first reaction system 20 and the second reaction system 30 ) Can be performed within each. That is, reactants 21 and 31 may be added to each of the first reaction system 20 and the second reaction system 30 to perform a reaction process for obtaining a product. As the reaction proceeds, additional reactants 22 and 32 may be added if necessary. At this time, the first reaction system 20 and the second reaction system 30 are connected while forming a closed circuit by the connection line 50 but are mutually blocked by the valve 61. On the other hand, the second reaction system 30 may be provided with an outlet for discharging the final product, and the outlet is blocked by a valve 62 during the batch reaction process.

이하에서는 본 발명에 따르는 배치식 반응공정에 의한 알킬 3-알콕시프로피오네이트 제조방법의 각 단계에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, each step of the method for preparing an alkyl 3-alkoxypropionate by a batch reaction process according to the present invention will be described in detail.

일반적으로 유기합성에 의한 제조 공정의 경우 최종 수율(Yield)은 90wt% 이상이 바람직하며 본 발명자의 연구에 의하면 반도체용 품질 특성을 만족시키는 알킬 3-알콕시프로피오네이트로 정제하기 위하여 일반적인 유기합성의 수율 기준보다 높은 반응 중 전환율 97wt% 이상의 고전환율이 필요하다.In general, in the case of the manufacturing process by organic synthesis, the final yield (Yield) is preferably 90wt% or more, and according to the research of the present inventors, in order to purify the alkyl 3-alkoxypropionate satisfying the quality characteristics for semiconductors, A high conversion rate of 97wt% or more is required during the reaction, which is higher than the yield standard.

먼저 유기합성적으로 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 합성하기 위하여 촉매 존재 하에서 반응물인 알킬알코올과 알킬 아크릴레이트를 반응시킬 경우 수분 함량이 400wtppm 이하로 낮거나 0.12wt% 이상으로 너무 높으면 수율에 직접적인 영향을 주는 알킬 아크릴레이트로부터 알킬 3-알콕시프로피오네이트로의 전환율이 70~80wt%의 낮은 전환율에서 반응이 멈추는 문제가 발생할 수 있다.First, in order to synthesize alkyl 3-alkoxypropionate organically, in the case of reacting an alkyl alcohol and an alkyl acrylate in the presence of a catalyst, the moisture content is as low as 400 wtppm or less or too high as 0.12 wt% or more, it directly affects the yield. A problem in which the reaction stops at a low conversion rate of 70 to 80 wt% from an alkyl acrylate to an alkyl 3-alkoxypropionate may occur.

반응이 중단되는 이러한 현상은 촉매 존재 하에 생성물인 알킬 3-알콕시프로피오네이트가 반응물인 알킬알코올과 알킬 아크릴레이트로 분해되는 역반응의 속도가 점점 커져서 역반응이 반응물로부터 생성물이 생성되는 정반응과 같아지는 현상 때문이다.This phenomenon in which the reaction is stopped is a phenomenon in which the rate of the reverse reaction in which the product alkyl 3-alkoxypropionate is decomposed into the reactant alkyl alcohol and alkyl acrylate in the presence of a catalyst increases, and the reverse reaction becomes the same as the forward reaction in which a product is generated from the reactant. Because.

본 발명자는 이 문제를 해결하기 위하여 연구한 결과, 본 발명의 하나의 양상에 따르는 배치식 반응공정을 이용한 알킬 3-알콕시프로피오네이트 제조방법은 1) 반응 용기 중에 알킬알코올과 촉매의 제1a 혼합물을 준비하는 단계, 2) 물의 함량이 600 ~ 1,000 wtppm이 되도록 상기 제1a 혼합물에 물을 첨가하여 제2a 혼합물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 상기 물의 함량은 물이 첨가된 상기 제2a 혼합물 전체 중량을 기준으로 한다. 즉 반응 시작 전에 반응물 겸 용매인 알킬알코올과 촉매 혼합물에 물을 첨가하여 물의 함량이 600 ~ 1,000wtppm이 되도록 조절함으로써 전환율을 높일 수 있다. 물의 함량이 600 ~ 1,000wtppm 범위를 벗어나면 반응물인 알킬 아크릴레이트로부터 생성물인 알킬 3-알콕시프로피오네이트로의 전환율이 70~80wt%의 낮은 전환율에서 반응이 멈추는 문제가 발생할 수 있다.As a result of the inventors' research to solve this problem, the method for preparing alkyl 3-alkoxypropionate using a batch reaction process according to one aspect of the present invention is 1) a mixture of alkyl alcohol and catalyst in a reaction vessel Preparing, 2) adding water to the 1a mixture so that the content of water is 600 ~ 1,000 wtppm to generate the 2a mixture. Here, the content of water is based on the total weight of the second mixture to which water is added. That is, the conversion rate can be increased by adding water to the mixture of alkyl alcohol and catalyst, which is a reactant and solvent, before the start of the reaction, and adjusting the water content to be 600 ~ 1,000 wtppm. If the water content is out of the range of 600 to 1,000 wtppm, the conversion rate from the reactant alkyl acrylate to the product alkyl 3-alkoxypropionate may cause a problem in which the reaction stops at a low conversion rate of 70 to 80 wt%.

본 발명의 하나의 구체예에 따르는 알킬 3-알콕시프로피오네이트 제조방법에서 사용되는 촉매는 강알칼리 촉매일 수 있으며, 예를 들어 리튬 에톡사이드, 소듐 에톡사이드, 포타슘 에톡사이드, 루비듐 에톡사이드, 세슘 에톡사이드, 베릴륨 에톡사이드, 마그네슘 에톡사이드, 및 칼슘 에톡사이드로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있으며, 여기에 한정되는 것은 아니다. 첨가되는 상기 촉매는 촉매 작용을 할 수 있을 정도의 양으로 첨가될 수 있다.The catalyst used in the method for preparing an alkyl 3-alkoxypropionate according to one embodiment of the present invention may be a strong alkali catalyst, for example, lithium ethoxide, sodium ethoxide, potassium ethoxide, rubidium ethoxide, cesium ethoxide. Side, beryllium ethoxide, magnesium ethoxide, and may be one or more selected from the group consisting of calcium ethoxide, but is not limited thereto. The catalyst to be added may be added in an amount sufficient to act as a catalyst.

한편, 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 유기합성적으로 대량 규모로 제조하기 위하여 반응물인 알킬알코올과 알킬 아크릴레이트를 촉매 존재 하에 반응할 경우 발열이 문제가 될 수 있다. 이러한 발열 문제는 반응 규모가 10 킬로리터 이상으로 대량일 경우 큰 문제가 될 수 있다. 이러한 발열 문제를 해결하기 위하여 발명자는 반응물 및 촉매의 사용량 비율, 혼합 순서, 원료의 투입 속도, 반응온도 등을 변화시켜 가며 다양하게 연구한 결과 반응물 사용량의 비율을 반응물 알킬 아크릴레이트의 1.0 ~ 3.0 몰(mole) 배의 과량의 알킬알코올을 용매 겸 반응물로 사용함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있음을 밝혔다. On the other hand, in order to organically synthesize alkyl 3-alkoxypropionate on a large scale, heat generation may be a problem when the reactants of alkyl alcohol and alkyl acrylate are reacted in the presence of a catalyst. This exothermic problem can be a big problem when the reaction scale is a large amount of 10 kiloliters or more. In order to solve such an exothermic problem, the inventors varied the amount of reactants and catalysts used, mixing sequence, feed rate of raw materials, reaction temperature, etc., and varied research results. As a result, the ratio of the amount of reactants used was determined by 1.0 to 3.0 moles of the reactant alkyl acrylate. It was found that this problem can be solved by using (mole) an excess of alkyl alcohol as a solvent and reactant.

따라서 반응 시작 전 알킬알코올, 촉매 및 물의 혼합물을 30~70℃로 가열한 후 알킬 아크릴레이트를 서서히 적가한다. 알킬 아크릴레이트는 연속식으로 또는 반-연속식으로 부가될 수 있으며 알킬 아크릴레이트를 원하는 알콕시프로피오네이트 생성물로 원하는 전환율만큼 전환시키기에 충분한 속도여야한다. 한편, 이 범위 이외의 온도에서 조작하게되면 알킬 아크릴레이트가 생성물로 전환되는 전환율 또는 알킬알코올 반응물의 분해에 의해 반응 속도 및/또는 수율이 나빠지게 된다. 알킬 아크릴레이트가 알킬알코올, 촉매 및 물의 혼합물에 투입되면서 반응이 시작되고 발열 현상이 나타나므로 알킬 아크릴레이트의 적가 속도와 적절한 냉각에 의하여 반응계 내부의 온도 50~70℃로 제어할 수 있다. 이 범위의 온도로 제어함으로써 대량 규모에서 문제될 수 있는 반응의 발열 문제를 해결할 수 있다.Therefore, before the start of the reaction, the mixture of alkyl alcohol, catalyst and water is heated to 30 to 70°C, and then the alkyl acrylate is gradually added dropwise. The alkyl acrylate can be added continuously or semi-continuously and should be at a rate sufficient to convert the alkyl acrylate to the desired alkoxypropionate product by the desired conversion. On the other hand, if the operation is performed at a temperature outside this range, the reaction rate and/or yield are deteriorated due to the conversion rate at which the alkyl acrylate is converted into a product or decomposition of the alkyl alcohol reactant. As the alkyl acrylate is added to the mixture of alkyl alcohol, catalyst and water, the reaction starts and an exothermic phenomenon occurs. Therefore, the temperature inside the reaction system can be controlled to 50 to 70°C by the dropwise addition rate of the alkyl acrylate and appropriate cooling. By controlling the temperature in this range, it is possible to solve the exothermic problem of the reaction, which may be a problem on a large scale.

따라서 본 발명의 하나의 양상에 따르는 배치식 반응공정을 이용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트 제조방법은 전술한 바와 같이 1) 반응 용기 중에 알킬알코올과 촉매의 제1a 혼합물을 준비하는 단계, 2) 물의 함량이 600 ~ 1,000 wtppm이 되도록 상기 제1a 혼합물에 물을 첨가하여 제2a 혼합물을 생성하는 단계에 부가하여, 3) 상기 제2a 혼합물을 30~70℃로 가열하는 단계, 4) 상기 제2a 혼합물에 알킬 아크릴레이트:알킬알코올의 몰(mole)비가 1:1 ~ 1:3이 되도록 알킬 아크릴레이트를 적가하여 제3a 혼합물을 생성하는 단계, 및 5) 상기 제3a 혼합물을 50~70℃로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.Therefore, as described above, a method for preparing an alkyl 3-alkoxypropionate using a batch reaction process according to an aspect of the present invention includes the steps of 1) preparing a mixture of alkyl alcohol and catalyst 1a in a reaction vessel, 2) water In addition to the step of generating a mixture 2a by adding water to the mixture 1a so that the content is 600 ~ 1,000 wtppm, 3) heating the mixture 2a to 30 ~ 70 ℃, 4) the mixture 2a To form a 3a mixture by dropwise adding an alkyl acrylate so that the molar ratio of the alkyl acrylate: alkyl alcohol is 1:1 to 1:3, and 5) maintaining the 3a mixture at 50 to 70°C It may include the step of.

한편, 이러한 반응이 종결된 이후 전환율을 분석한 결과, 전환율 90~95wt%에서 반응이 중단될 수 있다. 이 문제는 반응 과정 중에 촉매가 상당량 존재하면서도 전환률 90~95wt%에서 반응 혼합물 중의 수분 함량이 50wtppm 이하로 너무 낮아질 경우에는 촉매 역할 및 재생 과정 중에 촉매 반응에 필수적인 촉매의 재생이 원활하지 못하여 반응이 중단되는 것으로 판단된다. 여기서 수분 함량은 전환률 90~95wt%로 측정되는 반응 혼합물의 전체 중량을 기준으로 한다.. 알킬 아크릴레이트 적가 완료 후에 반응 혼합물을 분석해 보았을 때 전환율이 90~95wt%으로 낮으면 바로 그 전환율을 분석했던 반응 혼합물인 시료의 물 함량을 분석하면 수분 함량이 50wtppm 이하가 된다.On the other hand, as a result of analyzing the conversion rate after the reaction is terminated, the reaction may be stopped at a conversion rate of 90 to 95 wt%. This problem is that if a considerable amount of catalyst is present during the reaction process, but the moisture content in the reaction mixture is too low to 50 wtppm or less at a conversion rate of 90 to 95 wt%, the reaction is stopped due to insufficient regeneration of the catalyst essential for the catalytic reaction during the catalyst role and regeneration process. It is judged to be. Here, the moisture content is based on the total weight of the reaction mixture, which is measured as a conversion rate of 90 to 95 wt%. When the conversion rate is low as 90 to 95 wt% when the reaction mixture is analyzed after the dropwise addition of alkyl acrylate is complete, the conversion rate was analyzed. When the water content of the sample, which is a reaction mixture, is analyzed, the moisture content is less than 50 wtppm.

이 문제를 해결하기 위하여 반응 시작 전에 촉매를 포함한 알킬알코올에 0.12wt% 이상의 다량으로 투입하면 오히려 촉매가 다량의 수분에 의하여 상당량이 파괴되어 전환율이 낮아져서 해결책이 될 수 없음을 알 수 있었다.In order to solve this problem, it was found that if a large amount of 0.12 wt% or more was added to the alkyl alcohol including the catalyst before the start of the reaction, a considerable amount of the catalyst was destroyed by a large amount of moisture and the conversion rate was lowered, so that it could not be a solution.

상기 전환율 90~95wt%에서 중단되는 문제를 해결하기 위하여 연구한 결과 위에서 설명한 바와 같이 정반응 중간에 촉매가 재생이 원활하지 못한 점이 문제로 판단되어 추가 수분 첨가 후의 수분 함량이 50~200wtppm이 되도록 물을 중간 반응 혼합물(Reaction Mixture)에 추가 투입하거나 촉매를 소량 추가 투입한 후 반응을 지속하면 전환율 97wt% 이상으로 반응을 완결할 수 있다.As a result of research in order to solve the problem of stopping at the conversion rate of 90 to 95 wt%, it was determined that the catalyst was not smoothly regenerated in the middle of the forward reaction as described above, so that the water content after adding additional moisture was 50 to 200 wtppm. If the reaction is continued after additional addition to the reaction mixture or a small amount of catalyst is added, the reaction can be completed with a conversion rate of 97wt% or more.

따라서 본 발명의 또 다른 양상에 따르는 배치식 반응공정을 이용한 알킬 3-알콕시프로피오네이트 제조방법은 6) 상기 제3a 혼합물의 반응 종료시의 반응 전환율을 분석하는 단계, 및 7) 상기 반응 전환율이 97wt% 이상이면 반응을 종료하고, 반응 전환율이 97wt% 미만이면 추가 수분 첨가 후 전체 반응 혼합물의 중량을 기준으로 물의 함량이 50 ~ 200 wtppm이 되도록 상기 제3a 혼합물에 물을 추가로 첨가하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.Accordingly, a method for preparing an alkyl 3-alkoxypropionate using a batch reaction process according to another aspect of the present invention includes the steps of: 6) analyzing the reaction conversion rate at the end of the reaction of the mixture 3a, and 7) the reaction conversion rate is 97 wt. % Or more, the reaction is terminated, and if the reaction conversion rate is less than 97wt%, additional water is added to the mixture 3a so that the content of water is 50 to 200 wtppm based on the weight of the total reaction mixture after adding additional moisture. Can include.

이하에서는 본 발명의 또 다른 양상에 따라 연속식 반응공정을 이용한 알킬 3-알콕시프로피오네이트 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method for preparing an alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process according to another aspect of the present invention will be described.

전술한 바와 같이 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 연결라인(50)에 의해 폐회로를 형성하면서 연결되되 밸브(61)에 의해 상호 차단된 상태의 제1반응시스템(20) 및 제2반응시스템(30) 내에서 각각 배치식 반응공정이 수행되어 배치식 반응공정 생성물의 생성이 완료된 이후, 반응 조건을 유지하면서, 연속반응물(41)을 제1반응시스템(20)에 연속적으로 투입하고, 밸브(61)를 개방하여 제1반응시스템(20)과 제2반응시스템(30)이 연결라인(50)에 의해 폐회로를 형성하면서 연결된 상태에서 반응공정이 이루어지도록 하는 연속식 반응공정 단계를 수행한다. 이 때, 연속반응물(41)이 제1반응시스템(20)에 연속적으로 투입되는 한편 밸브(61)가 개방되어 제1반응시스템(20)과 제2반응시스템(30)이 연결라인(50)에 의해 연결되어 있으므로 제1반응시스템(20) 내의 배치식 반응공정 생성물과 연속반응물(41)의 혼합물은 제1반응시스템(20) 내에서 반응공정이 수행되는 한편 제2반응시스템(30)으로 연결라인(50)을 통하여 이동한다.As described above and as shown in FIG. 2, the first reaction system 20 and the second reaction system 20 are connected while forming a closed circuit by the connection line 50, but are blocked from each other by the valve 61. 30) After each batch-type reaction process is performed to complete the production of the batch-type reaction process product, while maintaining the reaction conditions, the continuous reactant 41 is continuously introduced into the first reaction system 20, and the valve ( 61) is opened to perform a continuous reaction process step in which the first reaction system 20 and the second reaction system 30 are connected to each other while forming a closed circuit by the connection line 50. At this time, the continuous reactant 41 is continuously introduced into the first reaction system 20, while the valve 61 is opened to connect the first reaction system 20 and the second reaction system 30 to the connection line 50. The mixture of the batch-type reaction process product and the continuous reactant 41 in the first reaction system 20 is connected to the second reaction system 30 while the reaction process is performed in the first reaction system 20. It moves through the connection line 50.

본 발명의 하나의 구체예에 따라 알킬 3-알콕시프로피오네이트를 합성하기 위한 연속식 반응공정에 있어서, 상기 연속반응물(41)은, 알킬알코올과 촉매의 제1b 혼합물에 물의 함량이 600 ~ 1,000 wtppm이 되도록 물을 첨가하여 생성한 제2b 혼합물과(여기서 상기 물의 함량은 상기 제2b 혼합물 전체 중량을 기준으로 함), 상기 제2b 혼합물에 투입된 알킬알코올에 대하여 알킬 아크릴레이트:알킬알코올의 몰(mole)비가 1:1 ~ 1:3이 되는 함량으로 투입되는 알킬 아크릴레이트를 포함한다. 즉 상기 연속반응물(41)을 제1반응시스템(20)에 투입하는 것은 상기 제2b 혼합물과 상기 알킬 아크릴레이트(제2b 혼합물에 투입된 알킬알코올에 대하여 알킬 아크릴레이트:알킬알코올의 몰(mole)비가 1:1 ~ 1:3이 되는 함량의 알킬 아크릴레이트)를 동시에 투입하는 것을 의미한다.In the continuous reaction process for synthesizing an alkyl 3-alkoxypropionate according to an embodiment of the present invention, the continuous reactant 41 has a water content of 600 to 1,000 in the first b mixture of an alkyl alcohol and a catalyst. 2b mixture produced by adding water to a weight ppm (wherein the content of water is based on the total weight of the 2b mixture), and alkyl acrylate: mole of alkyl alcohol with respect to the alkyl alcohol added to the 2b mixture ( mole) ratio of 1:1 to 1:3. That is, when the continuous reactant 41 is added to the first reaction system 20, the mole ratio of the second b mixture and the alkyl acrylate (alkyl acrylate: alkyl alcohol to the alkyl alcohol added to the 2 b mixture) is It means adding an alkyl acrylate of 1:1 to 1:3) at the same time.

한편, 연속반응물(41)을 제1반응시스템(20)에 투입하면서 제1반응시스템(20) 내의 반응혼합물의 수준이 일정하게 유지되도록 정량 펌프(미도시)를 이용하여 제2반응시스템(30)으로 제1반응시스템(20) 내의 반응혼합물을 배출 및 이동시킨다. 또한 제2반응시스템(30) 내의 반응혼합물의 수준을 일정하게 유지되도록 정량 펌프(미도시)를 이용하여 제2반응시스템(30) 내에서 생성된 최종생성물을 펌프(62)를 개방하여 배출구로 배출시킨다.On the other hand, the second reaction system 30 by using a metering pump (not shown) so that the level of the reaction mixture in the first reaction system 20 is kept constant while the continuous reactant 41 is introduced into the first reaction system 20. ) To discharge and move the reaction mixture in the first reaction system 20. In addition, the final product generated in the second reaction system 30 is opened to the outlet by opening the pump 62 using a metering pump (not shown) so that the level of the reaction mixture in the second reaction system 30 is kept constant. Discharge.

본 발명의 하나의 구체예에 따르는 연속식 반응공정을 이용한 알킬 3-알콕시프로피오네이트 제조방법은 전술한 바와 같이 연결라인(50)을 통하여 폐회로를 형성하면서 연결된 제1반응시스템(20)과 제2반응시스템(30)의 적어도 2기의 반응시스템을 사용하는 것을 특징으로 한다. The method for preparing alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process according to one embodiment of the present invention comprises the first reaction system 20 and the first reaction system 20 connected while forming a closed circuit through the connection line 50 as described above. It is characterized in that at least two reaction systems of two reaction systems 30 are used.

도 3에 도시된 바와 같이 연속식 반응공정에서 반응시스템을 1기만을 사용하는 경우에는, 체류 시간을 길게 하여도 전환율 97 wt% 이상을 달성하기 어렵다. 즉, 배치식 반응공정이 완료되어 전환율 97 wt% 이상인 배치식 반응공정 생성물이 존재하는 반응시스템(120)에, 연속식 반응공정을 수행하기 위하여 연속반응물(141)(예컨대, 600 ~ 1,000 wtppm으로 수분 함량이 조절된 알킬알코올과 촉매의 혼합물, 및 알킬 아크릴레이트)을 투입하면 배치식 반응공정에서와 유사하게 전환율이 97 wt% 이상 상승할 수 있는 조건이 형성되나, 연속반응물(예컨대, 알킬알코올과 촉매의 혼합물, 및 알킬 아크릴레이트)이 반응시스템(120)에 연속적으로 투입되므로 전환율이 97 wt% 이상 상승하지 못하게 되는 것으로 판단된다.As shown in FIG. 3, when only one reaction system is used in the continuous reaction process, it is difficult to achieve a conversion ratio of 97 wt% or more even if the residence time is increased. That is, in the reaction system 120 in which a batch reaction process product having a conversion rate of 97 wt% or more is present as the batch reaction process is completed, the continuous reactant 141 (e.g., 600 ~ 1,000 wtppm) When a mixture of an alkyl alcohol with a controlled moisture content and a mixture of a catalyst, and an alkyl acrylate) are added, a condition that can increase the conversion rate by 97 wt% or more is formed similar to that in the batch reaction process, but a continuous reaction product (e.g., alkyl alcohol Since the mixture of the catalyst and the alkyl acrylate) is continuously added to the reaction system 120, it is determined that the conversion rate cannot increase by more than 97 wt%.

그러나 반응시스템을 2기 이상 사용하는 경우에는, 배치식 반응공정이 완료되어 전환율 97 wt% 이상인 배치식 반응공정 생성물이 존재하는 제1 및 제2 반응시스템에서, 연속반응물(예컨대, 600 ~ 1,000 wtppm으로 수분 함량이 조절된 알킬알코올과 촉매의 혼합물, 및 알킬 아크릴레이트)을 제1 반응시스템에만 투입한다. 이 경우, 제1반응시스템에는 연속반응물이 연속적으로 투입되고 있으므로 수분이 추가되고 있어 이는 배치식 반응공정의 수분 조절 단계와 대응될 수 있으며, 한편 제2반응시스템에는 직접 연속반응물이 투입되는 것이 아니라 제1반응시스템으로부터 반응혼합물이 공급되므로 제1반응시스템과는 달리 제2반응시스템에는 이미 제1반응시스템에서 반응이 어느정도 진행된 반응혼합물이 공급되므로 최종생성물 생성시 전환율 97 wt% 이상이 달성될 수 있는 것으로 판단된다. However, in the case of using two or more reaction systems, in the first and second reaction systems in which the batch-type reaction process is completed and the product of the batch-type reaction process having a conversion rate of 97 wt% or more exists, continuous reactants (e.g., 600 ~ 1,000 wtppm) A mixture of an alkyl alcohol and a catalyst with a controlled moisture content, and an alkyl acrylate) are added only to the first reaction system. In this case, since the continuous reactant is continuously added to the first reaction system, moisture is added, which may correspond to the moisture control step of the batch-type reaction process, while the continuous reactant is not directly added to the second reaction system. Since the reaction mixture is supplied from the first reaction system, unlike the first reaction system, the second reaction system is supplied with a reaction mixture that has already undergone a certain amount of reaction in the first reaction system, so that a conversion rate of 97 wt% or more can be achieved when the final product is generated. It is judged to be there.

배치식 반응공정과 본 발명에 따르는 연속식 반응공정을 비교하여 설명하면, 배치식 반응공정에서는 a) 초기 반응물과 수분을 투입하여 반응을 진행하는 단계에서 전환율이 90~95 wt%까지 상승되고, 이후 반응이 멈추기 때문에 b) 다시 수분을 추가하여 반응시켜 전환율 97 wt% 이상을 달성하는 두 단계 과정을 거치게 된다. When the batch-type reaction process and the continuous reaction process according to the present invention are compared and described, in the batch-type reaction process, the conversion rate is increased to 90-95 wt% in the step of a) adding the initial reactant and moisture to proceed with the reaction, Since the reaction is stopped after that, it undergoes a two-step process of achieving a conversion rate of 97 wt% or more by adding water again and reacting.

이에 대하여, 본 발명에 따르는 연속식 반응공정에서는 이러한 배치식 반응공정을 미리 제1반응시스템과 제2반응시스템에서 각각 수행하여 배치식 반응공정 생성물이 존재하는 상태에서, 제1반응시스템에 연속반응물을 추가하여 반응시키는데 이는 상기 배치식 반응공정에서 단계 b)에서 수분을 추가하는 단계에 대응한다고 할 수 있다. 이후 상기 제1반응시스템과 연결된 제2반응시스템에서 반응을 진행시키며 이는 상기 배치식 반응공정에서 단계 b)의 수분 추가 이후의 반응 단계에 대응한다고 할 수 있다. 이러한 제1반응시스템과 제2반응시스템에서의 2단계 반응공정에 의해 본 발명은 연속식으로 97 wt% 이상의 전환율을 달성할 수 있다.On the other hand, in the continuous reaction process according to the present invention, such a batch reaction process is performed in advance in the first reaction system and the second reaction system, respectively, and in the presence of the batch reaction process product, the continuous reactant in the first reaction system The reaction is carried out by adding, which can be said to correspond to the step of adding moisture in step b) in the batch reaction process. Thereafter, the reaction proceeds in a second reaction system connected to the first reaction system, which can be said to correspond to the reaction step after the addition of water in step b) in the batch reaction process. The present invention can achieve a conversion rate of 97 wt% or more in a continuous manner by a two-step reaction process in the first and second reaction systems.

실시예Example

반응공정 1. 사전 배치식 반응공정Reaction process 1. Pre-batch reaction process

반응시스템에서 사전 배치식 반응공정을 다음과 같은 과정을 따라 수행하였다.In the reaction system, the pre-batch reaction process was performed according to the following procedure.

① 5L 반응기에 EtOH 1.50kg 투입① 1.50kg of EtOH added to the 5L reactor

② 상기 EtOH에 강알칼리 촉매 20wt% 소듐 에톡사이드 EtOH 용액 (촉매를 EtOH에 녹인 용액) 35g을 투입하여 교반하여 균일한 농도가 되도록 교반하여 혼합② To the EtOH, a strong alkali catalyst 20wt% sodium ethoxide EtOH solution (a solution in which the catalyst is dissolved in EtOH) 35g is added and stirred to achieve a uniform concentration, followed by mixing.

③ 상기 ② 혼합물의 수분함량을 분석하여 적절한 양의 수분을 이 혼합물에 투입하여 교반 혼합 후 혼합물의 수분함량이 600~1,000 wtppm이 되도록 조절③ ② Analyze the moisture content of the mixture, add an appropriate amount of moisture to the mixture, stir and mix, and adjust the moisture content of the mixture to 600~1,000 wtppm.

④ 상기 ③ 혼합물을 교반하면서 60℃로 가열④ Heating to 60℃ while stirring the above ③ mixture

⑤ 상기 ④ 혼합물에 EAM 1.97kg을 60분간 서서히 적가(滴加) 투입 (방울 방울 덜어지도록 투입)⑤ Add 1.97kg of EAM to the ④ mixture gradually dropwise for 60 minutes (inject to reduce droplets)

⑥ EAM 적가 완료 후 반응혼합물을 소량 채취하여 GC로 분석하여 전환율을 계산하였으며 이 때 전환율은 90~95 wt%이며, 또한 수분함량을 분석하였으며 이때 수분함량은 50 wtppm 이하이었음⑥ After completion of the EAM dropwise addition, a small amount of the reaction mixture was collected and analyzed by GC to calculate the conversion rate. At this time, the conversion rate was 90-95 wt%, and the moisture content was also analyzed. At this time, the moisture content was less than 50 wtppm.

⑦ 상기 ⑥ 혼합물에 수분을 추가하여 교반 혼합 후 혼합물의 수분함량이 50~200 wtppm이 되도록 조절⑦ Adjust the moisture content of the mixture to 50~200 wtppm after stirring and mixing by adding moisture to the above ⑥ mixture

⑧ 상기 ⑦ 혼합결과물이 반응이 더 진행하도록 60분간 교반⑧ Stir for 60 minutes so that the ⑦ mixture result is further reacted

⑨ 상기 ⑧ 혼합물을 소량 채취하여 GC 분석하여 계산한 결과 전환율은 97 wt% 이상이었음⑨ The conversion rate was 97 wt% or more as a result of collecting a small amount of the ⑧ mixture and performing GC analysis.

반응공정 2. 연속식 반응공정Reaction process 2. Continuous reaction process

<실시예 1><Example 1>

도 2에 도시된 바와 같이 제1반응시스템(5 L 반응기)과 제2반응시스템(10 L 반응기) 각각에 상기 반응공정1에서 생성된 배치식 반응공정 생성물을 4~4.5 L 준비하였다. 이 때 제1반응시스템(5 L 반응기)과 제2반응시스템(10 L 반응기)은 밸브(61)에 의해 차단된 상태이며, 제2반응시스템(10 L 반응기)의 배출구는 밸브(62)에 의해 차단된 상태이다.As shown in FIG. 2, 4 to 4.5 L of the batch-type reaction process product produced in the reaction process 1 were prepared in each of the first reaction system (5 L reactor) and the second reaction system (10 L reactor). At this time, the first reaction system (5 L reactor) and the second reaction system (10 L reactor) are blocked by the valve 61, and the outlet of the second reaction system (10 L reactor) is connected to the valve 62. Blocked by

다음으로 EtOH에 EtOH 무게 대비 2.2wt%의 20wt% 소듐 에톡사이드 EtOH 용액을 투입하여 혼합 후 수분을 가하여 수분을 920 wtppm으로 조절하여 EtOH 원료 베셀(Vessel)에 5kg 가량 투입하고 EAM도 5kg 가량 EAM 베셀에 투입하여 연속반응물을 준비하였다.Next, add 2.2wt% sodium ethoxide EtOH solution of 2.2wt% based on the weight of EtOH to EtOH, add moisture, and adjust the moisture to 920 wtppm. To prepare a continuous reaction product.

한편, 액체순환장치 등을 이용하여 상기 제1반응시스템(5 L 반응기)과 제2반응시스템(10 L 반응기) 내부의 반응혼합물(즉 배치식 반응공정 생성물)의 온도를 60℃로 유지하였다. Meanwhile, the temperature of the reaction mixture (ie, batch-type reaction process product) in the first reaction system (5 L reactor) and the second reaction system (10 L reactor) was maintained at 60°C using a liquid circulation device.

이후 앞서 준비한 연속반응물, 즉 수분함량이 조절되고 촉매를 함유한 EtOH과 EAM를 상기 제1반응시스템(5 L 반응기)에 투입하는데, EtOH는 21.3g(27mL)/분의 속도로, 그리고 EAM는 30.1g(32mL)/분의 속도로 조절하여 상기 제1반응시스템(5 L 반응기)에 동시에 연속적으로 계속하여 투입하였다. Thereafter, the previously prepared continuous reactants, that is, EtOH and EAM containing a catalyst in which the moisture content is controlled, are introduced into the first reaction system (5 L reactor), EtOH is at a rate of 21.3 g (27 mL)/min, and EAM is At a rate of 30.1 g (32 mL)/min, it was continuously and continuously added simultaneously to the first reaction system (5 L reactor).

이후 밸브(51)를 개방하여 제1반응시스템(5 L 반응기)과 제2반응시스템(10 L 반응기)이 연결라인(50)을 통하여 상호 연결되도록 하고, 정량 펌프(미도시)를 이용하여 제1반응시스템(5 L 반응기) 내 반응혼합물의 수준이 일정하게 유지되도록 반응혼합물을 배출하고 배출된 반응혼합물은 연결라인(50)을 통하여 제2반응시스템(10 L 반응기)으로 투입된다. 또한 제2반응시스템(10 L 반응기) 내 반응혼합물의 수준을 유지하기 위하여 정량 펌프(미도시)를 사용하여 제2반응시스템(10 L 반응기) 내에 생성된 최종생성물을 배출구를 통하여 배출시켰다.After that, the valve 51 is opened so that the first reaction system (5 L reactor) and the second reaction system (10 L reactor) are connected to each other through the connection line 50, and are prepared using a metering pump (not shown). The reaction mixture is discharged so that the level of the reaction mixture in the first reaction system (5 L reactor) is kept constant, and the discharged reaction mixture is introduced into the second reaction system (10 L reactor) through the connection line 50. In addition, in order to maintain the level of the reaction mixture in the second reaction system (10 L reactor), the final product generated in the second reaction system (10 L reactor) was discharged through the outlet using a metering pump (not shown).

한편 시간 별로 각 반응시스템에서 배출되는 반응혼합물을 GC 분석을 사용하여 전환율을 측정하였다.Meanwhile, the conversion rate of the reaction mixture discharged from each reaction system over time was measured using GC analysis.

여기서 각 반응시스템 내 반응혼합물의 체류시간(분)은 반응시스템 내 반응혼합물 부피(mL)/투입량(mL/분)이다. 그리고 투입 유량(mL)은 축적량(mL) + 생산량 (mL, 반응시스템 배출량), 여기서 축적량은 0mL이므로 투입 유량과 생산량은 같다.Here, the residence time (minutes) of the reaction mixture in each reaction system is the volume of the reaction mixture in the reaction system (mL) / input amount (mL/minute). And the input flow rate (mL) is the accumulated amount (mL) + the production amount (mL, the reaction system discharge), where the accumulated amount is 0 mL, so the input flow rate and the production amount are the same.

전술한 바와 같이 수분함량이 조절되고 촉매를 함유한 EtOH과 EAM 각각 21.3g(27mL)/분의 속도로, 그리고 30.1g(32mL)/분의 속도로 조절하여 연속적으로 계속하여 제1반응시스템에 투입하며 이 경우 각 반응시스템 내 반응혼합물의 부피는 4.48L이고 반응혼합물의 체류시간은 76분이며 시간당 생성물의 생산량은 3.54L이다.As described above, the moisture content was controlled and the catalyst-containing EtOH and EAM were each controlled at a rate of 21.3 g (27 mL)/min, and at a rate of 30.1 g (32 mL)/min, and continuously continuously transferred to the first reaction system. In this case, the volume of the reaction mixture in each reaction system is 4.48L, the residence time of the reaction mixture is 76 minutes, and the product output per hour is 3.54L.

실시예 1에 따라 수행한 반응공정에서 시간 별로 제1반응시스템(5 L 반응기)과 제2반응시스템(10 L 반응기)에서 배출되는 반응혼합물(즉, 생성물)의 전환율을 측정한 결과를 아래 표 1 및 표 2에 각각 나타냈다.In the reaction process performed according to Example 1, the results of measuring the conversion rate of the reaction mixture (i.e., product) discharged from the first reaction system (5 L reactor) and the second reaction system (10 L reactor) over time are shown in the table below. It was shown in 1 and Table 2, respectively.

반응시간Reaction time 60분60 minutes 90분90 minutes 120분120 minutes 150분150 minutes 180분180 minutes 210분210 minutes 240분240 minutes 270분270 minutes 300분300 minutes 전환율, %Conversion rate,% 95.595.5 94.594.5 92.892.8 96.296.2 95.795.7 92.092.0 96.796.7 95.795.7 95.995.9

반응시간Reaction time 60분60 minutes 90분90 minutes 120분120 minutes 150분150 minutes 180분180 minutes 210분210 minutes 240분240 minutes 270분270 minutes 300분300 minutes 전환율, %Conversion rate,% 97.897.8 97.597.5 97.897.8 97.697.6 97.397.3 97.897.8 97.897.8 97.397.3 97.397.3

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 반응 시작 1시간 후 제2반응시스템(10 L 반응기)에서 배출되는 최종생성물의 전환율이 97wt% 이상으로 지속적으로 달성되므로 반응기 2기를 이용한 반도체용 EEP의 연속식 합성은 안정적으로 가능하고 전환율 및 반응 온도 측면에서도 60℃ 유지에 문제가 없으므로 대량 규모 연속식 생산에 적용 가능하다.As can be seen in Table 2 above, since the conversion rate of the final product discharged from the second reaction system (10 L reactor) 1 hour after the start of the reaction is continuously achieved above 97wt%, continuous synthesis of EEP for semiconductors using two reactors Since it is possible stably and there is no problem in maintaining 60℃ in terms of conversion rate and reaction temperature, it can be applied to mass-scale continuous production.

<실시예 2><Example 2>

실시예 1과 같은 방법으로 EEP 반응혼합물을 제조하였으며 각 반응시스템에서의 체류시간은 62분, EtOH 무게 대비 2.2wt%의 촉매 용액을 포함한 EtOH 중 수분 함량은 920wtppm, EtOH 유량 30.0g(38mL)/분, EAM 유량 39.5g(42mL)/분, 반응시스템 내 반응혼합물의 부피는 4.96L이고 시간 당 생성물의 생산량은 4.80L이었다. An EEP reaction mixture was prepared in the same manner as in Example 1, and the residence time in each reaction system was 62 minutes, the moisture content in EtOH including the catalyst solution of 2.2 wt% relative to the weight of EtOH was 920 wtppm, and the EtOH flow rate 30.0 g (38 mL)/ Minute, EAM flow rate 39.5g (42mL)/min, the volume of the reaction mixture in the reaction system was 4.96L, and the product output per hour was 4.80L.

실시예 2에 따라 수행한 반응공정에서 시간 별로 제1반응시스템(5 L 반응기)과 제2반응시스템(10 L 반응기)에서 배출되는 반응혼합물(즉, 생성물)의 전환율을 측정한 결과를 아래 표 3 및 표 4에 각각 나타냈다.In the reaction process carried out according to Example 2, the results of measuring the conversion rate of the reaction mixture (i.e., product) discharged from the first reaction system (5 L reactor) and the second reaction system (10 L reactor) over time are shown in the table below. It is shown in 3 and Table 4 respectively.

반응 시간Reaction time 30분30 minutes 60분60 minutes 90분90 minutes 150분150 minutes 180분180 minutes 전환율, %Conversion rate,% 96.596.5 96.896.8 96.896.8 96.496.4 96.496.4

반응 시간Reaction time 30분30 minutes 60분60 minutes 120분120 minutes 150분150 minutes 180분180 minutes 전환율, %Conversion rate,% 96.596.5 96.896.8 97.497.4 97.997.9 98.098.0

상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이 반응 시작 2시간 후 제2반응시스템(10 L 반응기)에서 배출되는 최종생성물의 전환율이 97wt% 이상으로 지속적으로 달성되므로 반응기 2기를 이용한 반도체용 EEP의 연속식 합성은 안정적으로 가능하고 전환율 및 반응 온도 측면에서도 60℃ 유지에 문제가 없으므로 대량 규모 연속식 생산에 적용 가능하다.As can be seen in Table 4 above, since the conversion rate of the final product discharged from the second reaction system (10 L reactor) 2 hours after the start of the reaction is continuously achieved above 97wt%, continuous synthesis of EEP for semiconductors using 2 reactors Since it is possible stably and there is no problem in maintaining 60℃ in terms of conversion rate and reaction temperature, it can be applied to mass-scale continuous production.

<실시예 3><Example 3>

실시예 1과 같은 방법으로 EEP 반응혼합물을 제조하였으며 각 반응시스템에서의 체류시간은 40분, EtOH 무게 대비 2.2wt%의 촉매 용액을 포함한 EtOH 중 수분 함량은 900 wtppm, EtOH 유량 30.0g(38mL)/분, EAM 유량 39.5g(42mL)/분, 반응시스템 내 반응혼합물의 부피는 4.48L이고 시간 당 생성물의 생산량은 4.80L이었다. An EEP reaction mixture was prepared in the same manner as in Example 1, and the residence time in each reaction system was 40 minutes, the moisture content in EtOH including the catalyst solution of 2.2 wt% relative to the weight of EtOH was 900 wtppm, and the EtOH flow rate 30.0 g (38 mL). /Min, EAM flow rate 39.5g (42mL)/min, the volume of the reaction mixture in the reaction system was 4.48L, and the product produced per hour was 4.80L.

실시예 3에 따라 수행한 반응공정에서 시간 별로 제1반응시스템(5 L 반응기)과 제2반응시스템(10 L 반응기)에서 배출되는 반응혼합물(즉, 생성물)의 전환율을 측정한 결과를 아래 표 3 및 표 4에 각각 나타냈다.In the reaction process performed according to Example 3, the results of measuring the conversion rate of the reaction mixture (i.e., product) discharged from the first reaction system (5 L reactor) and the second reaction system (10 L reactor) over time are shown in the table below. It is shown in 3 and Table 4 respectively.

반응 시간Reaction time 40분40 minutes 60분60 minutes 100분100 minutes 140분140 minutes 180분180 minutes 전환율, %Conversion rate,% 89.689.6 93.493.4 94.894.8 94.994.9 95.095.0

반응 시간Reaction time 40분40 minutes 60분60 minutes 100분100 minutes 140분140 minutes 180분180 minutes 전환율, %Conversion rate,% 87.887.8 90.490.4 95.795.7 97.597.5 97.197.1

상기 표 6에서 알 수 있는 바와 같이 반응 시작 140분 후 제2반응시스템(10 L 반응기)에서 배출되는 최종생성물의 전환율이 97wt% 이상으로 지속적으로 달성되므로 반응기 2기를 이용한 반도체용 EEP의 연속식 합성은 안정적으로 가능하고 전환율 및 반응 온도 측면에서도 60℃ 유지에 문제가 없으므로 대량 규모 연속식 생산에 적용 가능하다.As can be seen in Table 6 above, since the conversion rate of the final product discharged from the second reaction system (10 L reactor) 140 minutes after the start of the reaction is continuously achieved above 97wt%, continuous synthesis of EEP for semiconductors using two reactors Since it is possible stably and there is no problem in maintaining 60℃ in terms of conversion rate and reaction temperature, it can be applied to mass-scale continuous production.

<실시예 4><Example 4>

실시예 1과 같은 방법으로 EEP 반응혼합물을 제조하였으며 각 반응시스템에서의 체류시간은 40분, EtOH 무게 대비 1.8wt%의 촉매 용액을 포함한 EtOH 중 수분 함량은 900 wtppm, EtOH 유량 30.0g(38mL)/분, EAM 유량 39.5g(42mL)/분, 반응시스템 내 반응혼합물의 부피는 3.20L이고 시간 당 생성물의 생산량은 4.80L이었다. An EEP reaction mixture was prepared in the same manner as in Example 1, and the residence time in each reaction system was 40 minutes, the moisture content in EtOH including the catalyst solution of 1.8 wt% relative to the weight of EtOH was 900 wtppm, and the EtOH flow rate 30.0 g (38 mL). /Min, EAM flow rate 39.5g (42mL)/min, the volume of the reaction mixture in the reaction system was 3.20L, and the product produced per hour was 4.80L.

실시예 4에 따라 수행한 반응공정에서 시간 별로 제1반응시스템(5 L 반응기)과 제2반응시스템(10 L 반응기)에서 배출되는 반응혼합물(즉, 생성물)의 전환율을 측정한 결과를 아래 표 3 및 표 4에 각각 나타냈다.In the reaction process performed according to Example 4, the result of measuring the conversion rate of the reaction mixture (i.e., product) discharged from the first reaction system (5 L reactor) and the second reaction system (10 L reactor) over time is shown in the table below. It is shown in 3 and Table 4 respectively.

반응시간Reaction time 40분40 minutes 80분80 minutes 120분120 minutes 160분160 minutes 200분200 minutes 240분240 minutes 280분280 minutes 320분320 minutes 360분360 minutes 전환율, %Conversion rate,% 74.974.9 85.585.5 88.188.1 92.592.5 83.783.7 88.788.7 93.993.9 93.693.6 93.193.1

반응시간Reaction time 40분40 minutes 80분80 minutes 120분120 minutes 160분160 minutes 200분200 minutes 240분240 minutes 280분280 minutes 320분320 minutes 360분360 minutes 전환율, %Conversion rate,% 89.889.8 85.285.2 88.188.1 93.593.5 94.394.3 91.891.8 95.495.4 97.197.1 97.097.0

상기 표 8에서 알 수 있는 바와 같이 반응 시작 320분 후 제2반응시스템(10 L 반응기)에서 배출되는 최종생성물의 전환율이 97wt% 이상으로 지속적으로 달성되므로 반응기 2기를 이용한 반도체용 EEP의 연속식 합성은 안정적으로 가능하고 전환율 및 반응 온도 측면에서도 60℃ 유지에 문제가 없으므로 대량 규모 연속식 생산에 적용 가능하다.As can be seen in Table 8 above, since the conversion rate of the final product discharged from the second reaction system (10 L reactor) after 320 minutes of the start of the reaction is continuously achieved above 97wt%, continuous synthesis of EEP for semiconductors using two reactors Since it is possible stably and there is no problem in maintaining 60℃ in terms of conversion rate and reaction temperature, it can be applied to mass-scale continuous production.

한편, 반응기 내 반응혼합물의 체류시간을 76분(실시예 1)에서 40분으로 단축시키고 촉매량을 EtOH 대비 1.8 wt%로 감소시켜도 반응의 완결이 가능하였다.On the other hand, even if the residence time of the reaction mixture in the reactor was shortened from 76 minutes (Example 1) to 40 minutes and the amount of catalyst was reduced to 1.8 wt% compared to EtOH, the reaction could be completed.

비교예Comparative example

도 3에 도시된 바와 같이 반응시스템(5 L 반응기)에 상기 반응공정1에서 생성된 배치식 반응공정 생성물을 4~4.5 L 준비하였다.As shown in FIG. 3, 4 to 4.5 L of the batch-type reaction process product produced in the reaction process 1 were prepared in a reaction system (5 L reactor).

다음으로 EtOH에 EtOH 무게 대비 2.2wt%의 20wt% 소듐 에톡사이드 EtOH 용액을 투입하여 혼합 후 수분을 가하여 수분을 750 wtppm으로 조절하여 EtOH 원료 베셀(Vessel)에 5kg 가량 투입하고 EAM도 5kg 가량 EAM 베셀에 투입하여 연속반응물을 준비하였다.Next, add 2.2 wt% sodium ethoxide EtOH solution of 2.2 wt% to the weight of EtOH to EtOH, add moisture to adjust the moisture to 750 wtppm, and add about 5 kg to the EtOH raw vessel, and also add about 5 kg EAM to the EAM vessel. To prepare a continuous reaction product

한편, 액체순환장치 등을 이용하여 상기 반응시스템(5 L 반응기) 내부의 반응혼합물(즉 배치식 반응공정 생성물)의 온도를 60℃로 유지하였다.On the other hand, the temperature of the reaction mixture (ie, batch reaction process product) inside the reaction system (5 L reactor) was maintained at 60°C using a liquid circulation device or the like.

이후 앞서 준비한 연속반응물, 즉 수분함량이 조절되고 촉매를 함유한 EtOH과 EAM를 상기 반응시스템(5 L 반응기)에 투입하는데, EtOH는 16.6g(21mL)/분의 속도로, 그리고 EAM는 20.7g(22mL)/분의 속도로 조절하여 상기 반응시스템(5 L 반응기)에 동시에 연속적으로 계속하여 투입하였다.Thereafter, the previously prepared continuous reactants, that is, EtOH and EAM containing a catalyst with controlled moisture content, are added to the reaction system (5 L reactor), EtOH at a rate of 16.6 g (21 mL)/min, and EAM at a rate of 20.7 g. It was continuously added to the reaction system (5 L reactor) at the same time and continuously by controlling at a rate of (22 mL)/min.

이후 정량 펌프(미도시)를 이용하여 반응시스템(5 L 반응기) 내 반응혼합물의 수준이 일정하게 유지되도록 최종생성물을 배출구를 통하여 배출시켰다.Thereafter, the final product was discharged through the outlet so that the level of the reaction mixture in the reaction system (5 L reactor) was kept constant using a metering pump (not shown).

한편 시간 별로 각 반응시스템에서 배출되는 반응혼합물을 GC 분석을 사용하여 전환율을 측정하였다.Meanwhile, the conversion rate of the reaction mixture discharged from each reaction system over time was measured using GC analysis.

여기서 각 반응시스템 내 반응혼합물의 체류시간(분)은 반응시스템 내 반응혼합물 부피(mL)/투입량(mL/분)이다. 그리고 투입 유량(mL)은 축적량(mL) + 생산량 (mL, 반응시스템 배출량), 여기서 축적량은 0mL이므로 투입 유량과 생산량은 같다.Here, the residence time (minutes) of the reaction mixture in each reaction system is the volume of the reaction mixture in the reaction system (mL) / input amount (mL/minute). And the input flow rate (mL) is the accumulated amount (mL) + the production amount (mL, the reaction system discharge), where the accumulated amount is 0 mL, so the input flow rate and the production amount are the same.

전술한 바와 같이 수분함량이 조절되고 촉매를 함유한 EtOH과 EAM 각각 16.6g(21mL)/분의 속도로, 그리고 20.7g(22mL)/분의 속도로 조절하여 연속적으로 계속하여 반응시스템에 투입하며 이 경우 각 반응시스템 내 반응혼합물의 부피는 3.89L이고 반응혼합물의 체류시간은 90분이며 시간당 생성물의 생산량은 2.58L이다.As described above, the moisture content was controlled and the catalyst-containing EtOH and EAM were each adjusted at a rate of 16.6 g (21 mL)/min, and at a rate of 20.7 g (22 mL)/min, and continuously added to the reaction system. In this case, the volume of the reaction mixture in each reaction system is 3.89L, the residence time of the reaction mixture is 90 minutes, and the product yield per hour is 2.58L.

비교예에 따라 수행한 반응공정에서 시간 별로 반응시스템(5 L 반응기)에서 배출되는 반응혼합물(즉, 생성물)의 전환율을 측정한 결과를 아래 표 9에 나타냈다.Table 9 shows the results of measuring the conversion rate of the reaction mixture (ie, product) discharged from the reaction system (5 L reactor) over time in the reaction process performed according to the comparative example.

반응시간Reaction time 초기 반응기Initial reactor 60분60 minutes 100분100 minutes 130분130 minutes 160분160 minutes 200분200 minutes 240분240 minutes 전환율, %Conversion rate,% 97.997.9 88.688.6 94.194.1 91.691.6 94.394.3 94.594.5 94.394.3

상기 표 9에서 알 수 있는 바와 같이 장시간 반응 후에도 전환율이 97wt% 이상을 달성할 수 없으므로 반응기 1기를 이용한 반도체용 EEP의 연속식 합성은 부적절하다.As can be seen from Table 9 above, since the conversion rate cannot achieve more than 97wt% even after a long reaction, continuous synthesis of EEP for semiconductor using one reactor is inappropriate.

Claims (6)

반응시스템 내에서 배치식 반응공정을 수행하여 배치식 반응공정 생성물을 얻기 위한 배치식 반응공정 단계;
상기 배치식 반응공정 단계에서 수득된 배치식 반응공정 생성물을 2기 이상의 반응시스템 각각에 투입하는 단계, 여기서 상기 2기 이상의 반응시스템은 연결라인에 의해 폐회로를 형성하면서 상호 직렬로 연결되되 상기 연결라인 상에 구비된 밸브에 의해 상호 차단된 상태임; 및
직렬로 연결된 상기 2기 이상의 반응시스템 중 가장 앞단에 배치된 제1반응시스템에 연속식 반응공정을 위한 연속반응물을 연속적으로 투입하고, 밸브를 개방하여 각각의 반응시스템이 연결라인을 통하여 폐회로를 형성하면서 연결된 상태에서 반응공정이 이루어지도록 하고 가장 말단에 배치된 반응시스템의 배출구를 개방하여 연속식 반응공정을 수행하는 연속식 반응공정 단계;
를 포함하는, 연속식 반응공정을 사용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법.
A batch reaction process step for obtaining a batch reaction process product by performing a batch reaction process in the reaction system;
Injecting the batch-type reaction process product obtained in the batch-type reaction process step into each of two or more reaction systems, wherein the two or more reaction systems are connected in series with each other forming a closed circuit by a connection line, wherein the connection line They are mutually blocked by a valve provided on the top; And
A continuous reactant for a continuous reaction process is continuously injected into the first reaction system arranged at the front of the two or more reaction systems connected in series, and the valve is opened so that each reaction system forms a closed circuit through the connection line. A continuous reaction process step of performing a continuous reaction process by opening the outlet of the reaction system disposed at the far end of the reaction process while being connected to the reaction process;
Containing, a method for producing an alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process.
연결라인에 의해 폐회로를 형성하면서 상호 직렬로 연결되되 상기 연결라인 상에 구비된 밸브에 의해 상호 차단된 2기 이상의 반응시스템 각각에 반응물을 넣고 각각의 반응시스템 내에서 배치식 반응공정을 수행하여 배치식 반응공정 생성물을 얻기 위한 배치식 반응공정 단계; 및
직렬로 연결된 상기 2기 이상의 반응시스템 중 가장 앞단에 배치된 제1반응시스템에 연속식 반응공정을 위한 연속반응물을 연속적으로 투입하고, 밸브를 개방하여 각각의 반응시스템이 연결라인을 통하여 폐회로를 형성하면서 연결된 상태에서 반응공정이 이루어지도록 하고 가장 말단에 배치된 반응시스템의 배출구를 개방하여 최종 생성물을 배출시켜 연속식 반응공정을 수행하는 연속식 반응공정 단계;
를 포함하는, 연속식 반응공정을 사용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법.
Placed by putting reactants into each of two or more reaction systems that are connected in series while forming a closed circuit by a connection line and blocked from each other by a valve provided on the connection line, and perform a batch reaction process within each reaction system. A batch reaction process step to obtain a formula reaction process product; And
A continuous reactant for a continuous reaction process is continuously injected into the first reaction system arranged at the front of the two or more reaction systems connected in series, and the valve is opened so that each reaction system forms a closed circuit through the connection line. A continuous reaction process step of performing a continuous reaction process by allowing the reaction process to be performed in a connected state and discharging the final product by opening the outlet of the reaction system disposed at the far end;
Containing, a method for producing an alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배치식 반응공정 단계는 아래 반응식으로 표현되며,
Figure pat00004

여기서
R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1~C6의 알킬기이며,
촉매(Cat.)는 강알칼리 촉매이며,
상기 배치식 반응공정 단계는 다음 단계를 포함하는, 연속식 반응공정을 사용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법:
1) 반응 용기 중에 알킬알코올과 촉매의 제1a 혼합물을 준비하는 단계;
2) 물의 함량이 600 ~ 1,000 wtppm이 되도록 상기 제1a 혼합물에 물을 첨가하여 제2a 혼합물을 생성하는 단계, 여기서 상기 물의 함량은 상기 제2a 혼합물 전체 중량을 기준으로 함;
3) 상기 제2a 혼합물을 30~70℃로 가열하는 단계;
4) 상기 제2a 혼합물에 알킬 아크릴레이트:알킬알코올의 몰(mole)비가 1:1 ~ 1:3이 되도록 알킬 아크릴레이트를 적가하여 제3a 혼합물을 생성하는 단계;
5) 상기 제3a 혼합물을 50~70℃로 유지하는 단계;
6) 상기 제3a 혼합물의 반응 종료시의 반응 전환율을 분석하는 단계; 및
7) 상기 반응 전환율이 97wt% 이상이면 반응을 종료하고, 반응 전환율이 97wt% 미만이면 물의 함량이 50 ~ 200 wtppm이 되도록 상기 제3a 혼합물에 물을 추가로 첨가하는 단계, 여기서 물의 함량은 제3a 혼합물에 물을 추가한 후의 전체 중량을 기준으로 함.
The method of claim 1 or 2, wherein the batch reaction process step is represented by the following reaction formula,
Figure pat00004

here
R 1 and R 2 are each independently a C 1 ~ C 6 alkyl group,
Catalyst (Cat.) is a strong alkali catalyst,
The batch reaction process step is a method for producing an alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process comprising the following steps:
1) preparing a mixture of alkyl alcohol and catalyst 1a in a reaction vessel;
2) adding water to the 1a mixture so that the water content is 600 ~ 1,000 wtppm to form the 2a mixture, wherein the water content is based on the total weight of the 2a mixture;
3) heating the second a mixture to 30 ~ 70 ℃;
4) forming a 3a mixture by adding an alkyl acrylate dropwise to the 2a mixture so that the molar ratio of alkyl acrylate:alkyl alcohol is 1:1 to 1:3;
5) maintaining the 3a mixture at 50 to 70°C;
6) analyzing the reaction conversion rate at the end of the reaction of the 3a mixture; And
7) If the reaction conversion rate is 97 wt% or more, the reaction is terminated, and if the reaction conversion rate is less than 97 wt%, adding water to the mixture 3a so that the content of water is 50 ~ 200 wtppm, wherein the content of water is 3a Based on the total weight after adding water to the mixture.
제 3 항에 있어서, 상기 연속반응물은, 알킬알코올과 촉매의 제1b 혼합물에 물의 함량이 600 ~ 1,000 wtppm이 되도록 물을 첨가하여 생성한 제2b 혼합물과(여기서 상기 물의 함량은 상기 제2b 혼합물 전체 중량을 기준으로 함), 상기 제2b 혼합물에 투입된 알킬알코올에 대하여 알킬 아크릴레이트:알킬알코올의 몰(mole)비가 1:1 ~ 1:3이 되는 함량으로 투입되는 알킬 아크릴레이트를 포함하는, 연속식 반응공정을 사용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법.The method of claim 3, wherein the continuous reactant comprises a mixture of 2b produced by adding water to a mixture of alkyl alcohol and a catalyst having a water content of 600 to 1,000 wtppm (wherein the content of water is the entire 2b mixture Based on the weight), the alkyl acrylate to the alkyl alcohol added to the 2b mixture: a molar ratio of the alkyl alcohol is 1:1 to 1:3, including an alkyl acrylate added A method for producing an alkyl 3-alkoxypropionate using the formula reaction process. 제 3 항에 있어서, 상기 촉매는 리튬 에톡사이드, 소듐 에톡사이드, 포타슘 에톡사이드, 루비듐 에톡사이드, 세슘 에톡사이드, 베릴륨 에톡사이드, 마그네슘 에톡사이드, 및 칼슘 에톡사이드로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되는, 연속식 반응공정을 사용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법.The method of claim 3, wherein the catalyst is at least one selected from the group consisting of lithium ethoxide, sodium ethoxide, potassium ethoxide, rubidium ethoxide, cesium ethoxide, beryllium ethoxide, magnesium ethoxide and calcium ethoxide A method for producing an alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process. 제 3 항에 있어서, R1 및 R2는 서로 독립적으로 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 또는 n-부틸기인, 연속식 반응공정을 사용하는 알킬 3-알콕시프로피오네이트의 제조방법.The method of claim 3, wherein R 1 and R 2 are each independently a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, or an n-butyl group. The method of producing an alkyl 3-alkoxypropionate using a continuous reaction process.
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