KR20210057520A - zinc-imidazolate frameworks catalyst, manufacturing method thereof and preparation method for methyl N-aryl carbamate using the same - Google Patents

zinc-imidazolate frameworks catalyst, manufacturing method thereof and preparation method for methyl N-aryl carbamate using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20210057520A
KR20210057520A KR1020190144364A KR20190144364A KR20210057520A KR 20210057520 A KR20210057520 A KR 20210057520A KR 1020190144364 A KR1020190144364 A KR 1020190144364A KR 20190144364 A KR20190144364 A KR 20190144364A KR 20210057520 A KR20210057520 A KR 20210057520A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
methyl
aryl carbamate
producing
zinc
Prior art date
Application number
KR1020190144364A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102307202B1 (en
Inventor
이현주
하정명
이웅
델리아나
트란 투안
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020190144364A priority Critical patent/KR102307202B1/en
Publication of KR20210057520A publication Critical patent/KR20210057520A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102307202B1 publication Critical patent/KR102307202B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/16Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
    • B01J31/1691Coordination polymers, e.g. metal-organic frameworks [MOF]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C269/00Preparation of derivatives of carbamic acid, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atom not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C269/04Preparation of derivatives of carbamic acid, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atom not being part of nitro or nitroso groups from amines with formation of carbamate groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C271/00Derivatives of carbamic acids, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atom not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C271/06Esters of carbamic acids
    • C07C271/08Esters of carbamic acids having oxygen atoms of carbamate groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C271/26Esters of carbamic acids having oxygen atoms of carbamate groups bound to acyclic carbon atoms with the nitrogen atom of at least one of the carbamate groups bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring
    • C07C271/28Esters of carbamic acids having oxygen atoms of carbamate groups bound to acyclic carbon atoms with the nitrogen atom of at least one of the carbamate groups bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring to a carbon atom of a non-condensed six-membered aromatic ring

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

The present invention relates to a catalyst, a manufacturing method thereof and a method for manufacturing methyl N-aryl carbamate using the same, and can provide the catalyst for manufacturing methyl N-aryl carbamate having very high catalytic activity even at a low temperature. In addition, when the catalyst for manufacturing the methyl N-aryl carbamate is used, the methyl N-aryl carbamate can be manufactured with high production yield and selectivity with only a small amount of catalyst.

Description

촉매, 이의 제조방법 및 촉매를 이용한 메틸 N-아릴카바메이트의 제조방법{zinc-imidazolate frameworks catalyst, manufacturing method thereof and preparation method for methyl N-aryl carbamate using the same}A catalyst, a method for preparing the same, and a method for preparing methyl N-aryl carbamate using the catalyst {zinc-imidazolate frameworks catalyst, manufacturing method thereof and preparation method for methyl N-aryl carbamate using the same}

본 발명은 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 메틸 N-아릴카바메이트의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디메틸카보네이트에 의해 기능화된 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF;zeolitic imidazole framework)를 촉매로 제조함으로써, 이를 통해 생산율 및 선택성이 향상된 메틸 N-아릴카바메이트의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst, a method for preparing the same, and a method for preparing methyl N-aryl carbamate using the same, and more particularly, a zeolitic imidazole framework (ZIF) functionalized with dimethyl carbonate as a catalyst. By manufacturing, it relates to a method for producing methyl N-aryl carbamate with improved production rate and selectivity.

방향족 카바메이트는 카르보닐화제, 메틸화제, 가솔린 첨가제, 옥탄가향상제, 그리고 폴리카보네이트 수지와 폴리우레탄의 모노머인 이소시아네이트의 제조 원료, 의약품의 중간체 합성 반응물 등 다양한 분야에 이용되고 있다. 이소시아네이트는 통상적으로 아민과 포스젠(phosgene)을 반응시켜 생산하고 있다. 포스젠 공정은 유해성으로 환경오염 측면에서 상당한 큰 문제점을 유발해 왔다.Aromatic carbamates are used in various fields such as carbonylating agents, methylating agents, gasoline additives, octane number enhancing agents, raw materials for producing isocyanates, which are monomers of polycarbonate resins and polyurethanes, and synthetic reactants of intermediates in pharmaceuticals. Isocyanates are usually produced by reacting amines with phosgene. The phosgene process has caused a significant problem in terms of environmental pollution due to its harmfulness.

이에 포스젠 공정의 단점을 극복하기 위해, 포스젠을 사용하지 않고 이소시아네이트를 생산할 수 있는 방법이 다각적으로 연구되었고, 대표적으로 니트로벤젠의 환원적 카보닐레이션법[J. Mol. Catal. A:Chem. (2001) 9; J. Mol. catal. A:Chem. (2006) 64]과 아닐린의 산화적 카보닐레이션법[Green Chem. (2011) 3406; J. Catal. (1999) 526] 그리고 디메틸카보네이트와 아민의 반응을 통해 메톡시카보닐레이션시키는 방법(미국특허 4,268,683호)이 있다. 상기 방법들은 최종 생성물로 방향족 카바메이트를 얻는데, 방향족 카바메이트는 하기와 같이 열분해하여 이소시아네이트를 합성할 수 있다.Accordingly, in order to overcome the shortcomings of the phosgene process, a method capable of producing isocyanate without using phosgene has been studied in various ways, and representatively, the reductive carbonylation method of nitrobenzene [J. Mol. Catal. A: Chem. (2001) 9; J. Mol. catal. A: Chem. (2006) 64] and the oxidative carbonylation method of aniline [Green Chem. (2011) 3406; J. Catal. (1999) 526] and a method of methoxycarbonylation through the reaction of dimethyl carbonate and amine (US Pat. No. 4,268,683). The above methods obtain an aromatic carbamate as a final product, and the aromatic carbamate can be pyrolyzed as follows to synthesize an isocyanate.

Figure pat00001
Figure pat00001

이렇듯 니트로벤젠의 환원적 카보닐레이션과 아닐린의 산화적 카보닐레이션은 포스젠을 사용하지 않고 방향족 카바메이트를 제조한다는 점에서 장점이 있으나, 독성가스로 알려진 CO를 사용하며, 높은 온도(130-250 ℃) 및 압력(40-80 bar) 조건이 선행되어야 하고, 귀금속 촉매(Ru, Pd, Rh, Se)를 사용해야 하는 문제점이 있다. As such, the reductive carbonylation of nitrobenzene and the oxidative carbonylation of aniline are advantageous in that they produce aromatic carbamates without using phosgene, but they use CO, which is known as a toxic gas, and use high temperatures (130- 250 ℃) and pressure (40-80 bar) conditions must be preceded, and there is a problem that noble metal catalysts (Ru, Pd, Rh, Se) must be used.

한편, 디메틸카보네이트를 이용한 아민의 메톡시카보닐레이션 방법의 경우에는, 상기 두 방법보다 온화한 조건에서 다음의 반응을 수행할 수 있고, 친환경적인 화학 물질인 디메틸카보네이트를 사용하는 등의 장점을 갖는다. 또한, 부산물로 생성된 메탄올은 산화적 카보닐레이션을 통해 디메틸카보네이트를 생산하는 물질로 재사용할 수 있고, 촉매도 Zn, Pb와 같은 비교적 저가 금속을 사용할 수 있다.On the other hand, in the case of the methoxycarbonylation method of amine using dimethyl carbonate, the following reaction can be carried out under milder conditions than the above two methods, and has advantages such as using dimethyl carbonate, an environmentally friendly chemical substance. In addition, methanol produced as a by-product can be reused as a material to produce dimethyl carbonate through oxidative carbonylation, and relatively inexpensive metals such as Zn and Pb can be used as catalysts.

Figure pat00002
Figure pat00002

특허문헌 2(미국특허 3,763,217호)는 환류(reflux) 조건에서 우라닐 질산염(uranyl nitrate)과 같은 루이스산 촉매로 사용하여 아민과 알킬 카보네이트를 반응시키는 방법에 대해 기재하고, 이 경우 반응 시간이 18??24 hr으로 길고, 전환율과 선택도가 약 20%로 낮다.Patent Document 2 (U.S. Patent No. 3,763,217) describes a method of reacting an amine and an alkyl carbonate by using it as a Lewis acid catalyst such as uranyl nitrate under reflux condition, and in this case, the reaction time is 18 It is long at 24 hr, and the conversion and selectivity is low at about 20%.

또한, 특허문헌 1(미국특허 4,268,683호)은 루이스 산(Lewis acid)인 Sn(II) 혹은 Zn(II)의 할로겐 화합물(halide) 혹은 유기산 염을 촉매로 사용하여 카바메이트를 합성하는 방법에 관한 것으로, 다양한 촉매 중 아연 아세테이트산 염(zinc acetate)을 이용해 메틸 N-페닐카바메이트를 합성할 때, 온도 140 ℃ 및 압력 0.88 MPa에서 선택도가 99.8%였다. 그러나 비특허문헌 1(Feng Li 등)의 연구에 따르면 아연 아세트산 염을 이용한 메틸 N-페닐카바메이트의 생산은 분리와 회수의 어려움이 있고 반응 후에 메탄올과 반응하여 아연 산화물로 전환되어 촉매의 활성을 잃게 된다고 알려져 있다.In addition, Patent Document 1 (U.S. Patent No. 4,268,683) relates to a method of synthesizing carbamate using a halogen compound (halide) or an organic acid salt of Sn(II) or Zn(II), which is Lewis acid. As a result, when methyl N-phenyl carbamate was synthesized using zinc acetate among various catalysts, the selectivity was 99.8% at a temperature of 140° C. and a pressure of 0.88 MPa. However, according to the study of Non-Patent Literature 1 (Feng Li et al.), production of methyl N-phenyl carbamate using zinc acetate has difficulty in separation and recovery, and it is converted to zinc oxide by reacting with methanol after the reaction, thereby reducing the activity of the catalyst. It is known to lose.

상술한 문제를 해결하기 위해 비특허문헌 2(Zhangg L 등)에는 담지체에 담지된 Zn(OAc)2를 이용해 방향족 카바메이트를 합성하는 방법이 공지되었으나, Zn(OAc)2의 형태변화로 인해 반응이 반복될수록 촉매활성이 점진적으로 감소하는 단점이 있다.In order to solve the above-described problem, a method of synthesizing an aromatic carbamate using Zn(OAc) 2 supported on a carrier is known in Non-Patent Document 2 (Zhangg L, etc.), but due to the change in the shape of Zn(OAc) 2 There is a disadvantage in that the catalytic activity gradually decreases as the reaction is repeated.

특허문헌 1. 미국등록특허 제3,763,217호Patent Document 1. US Patent No. 3,763,217 특허문헌 2. 미국등록특허 제4,268,683호Patent Document 2. US Patent No. 4,268,683

비특허문헌 1. Fang Li et. al. Appl., Catal. A: Gen., 475, 355-362 (2014)Non-Patent Document 1. Fang Li et. al. Appl., Catal. A: Gen., 475, 355-362 (2014) 비특허문헌 2. Zhangg L et. al., Catalysis Today., 158, 279-285 (2010)Non-Patent Document 2. Zhangg L et. al., Catalysis Today., 158, 279-285 (2010)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 메틸 N-아릴카바메이트를 생산반응에 대해 높은 촉매활성을 가지며, 디메틸카보네이트와의 반응에 의한 재생이 가능한 촉매를 제공하고자 하는 것이다.The present invention was conceived in consideration of the above problems, and an object of the present invention is to provide a catalyst that has high catalytic activity for the production reaction of methyl N-aryl carbamate and is capable of regeneration by reaction with dimethyl carbonate. It is to do.

본 발명의 다른 목적은 단일 공정으로 대량생산이 가능한 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a catalyst for producing methyl N-aryl carbamate that can be mass-produced in a single process.

본 발명의 다른 목적은 상기 촉매를 이용하여, 방향족 아민 화합물에 디메틸카보네이트를 메틸 N-아릴카바메이트의 우수한 선택성을 갖는 메틸 N-아릴카바메이트의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing methyl N-aryl carbamate having excellent selectivity of methyl N-aryl carbamate by adding dimethyl carbonate to an aromatic amine compound using the catalyst.

본 발명의 일 측면은 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 가장자리에 메톡시카보닐옥시 그룹이 결합된 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate, characterized in that a methoxycarbonyloxy group is bonded to the edge of a zeolite imidazolate skeleton.

상기 메톡시카보닐옥시 그룹은 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 Zn 1몰당 0.01 내지 0.07몰 포함되는 것일 수 있다.The methoxycarbonyloxy group may be contained in an amount of 0.01 to 0.07 mol per 1 mol of Zn in the zeolite imidazolate skeleton.

본 발명의 다른 측면은 (a) 제올라이트 이미다졸레이트 골격체를 디메틸카보네이트를 혼합하여 현탁액을 제조하는 단계; 및Another aspect of the present invention is (a) preparing a suspension by mixing a zeolite imidazolate skeleton with dimethyl carbonate; And

(b) 상기 현탁액을 가열하는 단계를 포함하는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매의 제조방법에 관한 것이다.(b) It relates to a method for preparing a catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate comprising the step of heating the suspension.

상기 (a) 단계는 (a-1) 아연 염 및 이미다졸 또는 이미다졸 유도체를 용매 하에 용해하여 전구체 용액을 제조하는 단계; 및 (a-2) 상기 전구체 용액을 가열시켜 제올라이트 이미다졸레이트 골격체를 제조하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.The step (a) comprises the steps of (a-1) dissolving a zinc salt and an imidazole or imidazole derivative in a solvent to prepare a precursor solution; And (a-2) heating the precursor solution to prepare a zeolite imidazolate skeleton.

상기 아연 염은 질산 아연(zinc nitrate), 아세트산 아연(zinc acetate), 염화 아연(zinc chloride), 황산 아연(zinc sulfate), 브롬화 아연(zinc bromide), 및 요오드화 아연(zinc iodide)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.The zinc salt is in the group consisting of zinc nitrate, zinc acetate, zinc chloride, zinc sulfate, zinc bromide, and zinc iodide. It may be one or more selected.

상기 이미다졸 또는 상기 이미다졸 유도체가 벤지미다졸(benzimidazole), 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole), 4-메틸이미다졸(4-methylimidazole), 2-메틸벤지미다졸(2-methylbenzimidazole), 2-니트로이미다졸(2-nitroimidazole), 5-니트로벤지미다졸(5-nitrobenzimidazole), 및 5-클로로벤지미다졸(5-chlorobenzimidazole)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.The imidazole or the imidazole derivative is benzimidazole, 2-methylimidazole, 4-methylimidazole, 2-methylbenzimidazole ), 2-nitroimidazole, 5-nitrobenzimidazole, and 5-chlorobenzimidazole.

상기 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, iso-프로판올, tert-부탄올, n-부탄올, 메톡시에탄올, 에톡시에탄올, 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아마이드, n-메틸-2-피롤리돈(NMP), 포름산, 니트로메탄, 아세트산, 및 증류수로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.The solvent is methanol, ethanol, propanol, iso-propanol, tert-butanol, n-butanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, dimethylacetamide, dimethylformamide, n-methyl-2-pyrrolidone (NMP), It may be at least one selected from the group consisting of formic acid, nitromethane, acetic acid, and distilled water.

상기 아연 염, 및 상기 이미다졸 또는 상기 이미다졸 유도체를 각각 1 : 2 내지 4의 몰비로 혼합되는 것일 수 있다.The zinc salt and the imidazole or the imidazole derivative may be mixed in a molar ratio of 1: 2 to 4, respectively.

상기 (a) 단계에서 제올라이트 이미다졸레이트 골격체와 디메틸카보네이트의 몰비는 1 : 15 내지 25일 수 있다.In the step (a), the molar ratio of the zeolite imidazolate skeleton and dimethyl carbonate may be 1:15 to 25.

본 발명의 또 다른 측면은 촉매, 방향족 아민 및 디메틸카보네이트를 혼합하고, 150 내지 250 ℃에서 반응시키는 단계를 포함하는 메틸 N-아릴카바메이트의 제조방법으로서, 상기 촉매는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 가장자리에 메톡시카보닐옥시 그룹이 결합된 것 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트의 제조방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is a method for preparing methyl N-aryl carbamate comprising mixing a catalyst, an aromatic amine and dimethyl carbonate, and reacting at 150 to 250° C., wherein the catalyst is a zeolite imidazolate skeleton. It relates to a method for producing methyl N-aryl carbamate, characterized in that a methoxycarbonyloxy group is bonded to the edge.

상기 방향족 아민 화합물 및 상기 디메틸카보네이트의 몰비는 1 : 5 내지 40일 수 있다.The molar ratio of the aromatic amine compound and the dimethyl carbonate may be 1:5 to 40.

상기 촉매는 상기 방향족 아민 화합물 100 중량부를 기준으로 대비 1 내지 20 중량부 첨가하는 것일 수 있다.The catalyst may be added in an amount of 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the aromatic amine compound.

상기 방향족 아민 화합물은 아닐린, 페닐렌디아민, 메틸렌디페닐디아민 및 톨루엔디아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.The aromatic amine compound may be any one or more selected from the group consisting of aniline, phenylenediamine, methylenediphenyldiamine, and toluenediamine.

본 발명은 매우 높은 촉매활성와 장기 안정성을 갖는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매를 제공할 수 있다.The present invention can provide a catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate having very high catalytic activity and long-term stability.

또한, 본 발명에 따른 촉매를 단일 공정으로 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공함으로써, 보다 경제적이다.In addition, it is more economical by providing a method for easily manufacturing the catalyst according to the present invention in a single process.

또한, 상기 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매를 사용하면, 소량의 촉매만으로 높은 생산 수율과 선택성으로 메틸 N-아릴카바메이트를 제조할 수 있다.In addition, when the catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate is used, it is possible to prepare methyl N-aryl carbamate with high production yield and selectivity with only a small amount of catalyst.

도 1의 좌측은 Zn(Benzimidaole)2로 표시되는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 SEM 이미지이고, 도 1의 우측은 실시예 1로부터 제조된 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매의 SEM 이미지이다.
도 2의 좌측은 Zn(Benzimidaole)2로 표시되는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 XPS 결과 그래프이고, 도 2의 우측은 실시예 1로부터 제조된 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매의 XPS 결과 그래프이다.
도 3은 실시예 1로부터 제조된 촉매와 표준시료로써 ZIF-7에 대한 1H NMR 그래프이다.
The left side of FIG. 1 is an SEM image of the zeolite imidazolate skeleton represented by Zn (Benzimidaole) 2 , and the right side of FIG. 1 is an SEM image of the catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate prepared in Example 1.
The left side of FIG. 2 is an XPS result graph of the zeolite imidazolate skeleton represented by Zn (Benzimidaole) 2 , and the right side of FIG. 2 is an XPS result graph of the catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate prepared in Example 1.
3 is a 1H NMR graph for ZIF-7 as a catalyst and a standard sample prepared from Example 1. FIG.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF; zeolitic imidazole framework)의 가장자리에 메톡시카보닐옥시 그룹이 결합된 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate, characterized in that a methoxycarbonyloxy group is bonded to the edge of a zeolite imidazole framework (ZIF).

상기 촉매는 디메틸카보네이트로 기능화된 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF; zeolitic imidazole framework)인 것으로, 구체적으로 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 가장자리에 메톡시카보닐옥시 그룹이 결합된 것으로, 상기 메톡시카보닐옥시 그룹은 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 Zn 1몰당 0.01 내지 1몰, 바람직하게는 0.01 내지 0.5몰, 가장 바람직하게는 0.01 내지 0.07몰 포함된 것일 수 있다.The catalyst is a zeolite imidazole framework (ZIF) functionalized with dimethyl carbonate, and specifically, a methoxycarbonyloxy group is bonded to the edge of the zeolite imidazole framework, and the methoxycarbo The niloxy group may include 0.01 to 1 mole, preferably 0.01 to 0.5 mole, and most preferably 0.01 to 0.07 mole per 1 mole of Zn in the zeolite imidazolate skeleton.

상기 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 가장자리에 메톡시카보닐옥시 그룹이 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 Zn 1몰을 기준으로 0.01 몰 내지 0.5몰로 포함되면 촉매의 사용에 별무리없이, 상기 제올라이트 이미다졸레이트 골격체를 아무처리없이 바로 사용하는 것보다 훨씬 우수한 효율을 달성할 수 있게 된다.When the methoxycarbonyloxy group at the edge of the zeolite imidazolate skeleton is contained in an amount of 0.01 mol to 0.5 mol based on 1 mol of Zn of the zeolite imidazolate skeleton, the zeolite imidazolate It is possible to achieve a much better efficiency than using the skeleton without any treatment.

그럼에도, 상기 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 가장자리에 메톡시카보닐옥시 그룹이 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 Zn 1몰을 기준으로 0.01 몰 내지 0.07몰로 포함되는 것이 가장 바람직한데, 이 경우 촉매의 활성화 자리가 모자르거나, 과량 생성되지 않음으로써, 가장 우수한 촉매효율과 동시에 가장 높은 수명(1.5~2배 이상)을 얻을 수 있다는 장점이 있다.Nevertheless, it is most preferable that the methoxycarbonyloxy group at the edge of the zeolite imidazolate skeleton is contained in an amount of 0.01 mol to 0.07 mol based on 1 mol of Zn of the zeolite imidazolate skeleton. In this case, the activation site of the catalyst There is an advantage of being able to obtain the highest catalytic efficiency and the highest lifetime (1.5 to 2 times or more) at the same time by not being insufficient or excessively generated.

상기 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매는 다음과 같은 특징을 가지고 있음을 확인하였다. 우선 본 발명에 따른 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매는 X선 광전자 분광 분석법(XPS) 분석에서, C-C/C=C 피크(peak) 면적에 대한 O-C(=O)-O 피크(peak) 면적의 비{(O-C(=O)-O 피크 면적)/(C-C/C=C 피크 면적)}을 계산할 수 있고, 이를 통해 이미다졸레이트 골격체의 가장자리에 메톡시카보닐옥시 그룹이 상기 조건 범위로 결합되어 있음을 실험적으로도 확인할 수 있다. It was confirmed that the catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate had the following characteristics. First, the catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate according to the present invention is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of the OC(=O)-O peak area relative to the CC/C=C peak area. The ratio {(OC(=O)-O peak area)/(CC/C=C peak area)} can be calculated, through which the methoxycarbonyloxy group at the edge of the imidazolate skeleton falls within the above condition range. It can also be confirmed experimentally that it is bound.

본 발명은 메틸 N-아릴카바메이트를 제조함에 있어서, 우수한 수율(%)과 선택도(%)를 가지며, 촉매활성이 우수한 촉매를 쉽고 간편하게 제조할 수 있는 방법으로서, 다음 단계를 통해 수행되는 것일 수 있다.The present invention is a method that can easily and conveniently prepare a catalyst having excellent yield (%) and selectivity (%) and excellent catalytic activity in preparing methyl N-aryl carbamate, which is carried out through the following steps. I can.

(a) 제올라이트 이미다졸레이트 골격체을 디메틸카보네이트를 혼합하여 현탁액을 제조하는 단계; 및 (a) preparing a suspension by mixing a zeolite imidazolate skeleton with dimethyl carbonate; And

(b) 상기 현탁액을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.(b) heating the suspension.

우선 제올라이트 이미다졸레이트 골격체는 아연과 이미다졸 또는 이미다졸 유도체의 접합에 의해 형성된 완벽한 구조체로써, 이는 아연의 루이스산 자리가 이미다졸 또는 이미다졸 유도체에 의해 완벽하게 가려진 형태이다. 만약 별다른 과정없이 제올라이트 이미다졸레이트 골격체를 바로 촉매로써 활용하면, 방향족 아민과 디메틸카보네이트의 양이나 온도를 아무리 조정하여도 촉매로써 기능을 전혀 발휘하지 못하게 되는 문제가 있다.First, the zeolite imidazolate skeleton is a complete structure formed by conjugation of zinc and imidazole or imidazole derivatives, and this is a form in which the Lewis acid site of zinc is completely covered by imidazole or imidazole derivatives. If the zeolite imidazolate skeleton is directly used as a catalyst without any special process, there is a problem that no matter how much the amount or temperature of the aromatic amine and dimethyl carbonate is adjusted, it cannot function as a catalyst at all.

따라서 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 제올라이트 이미다졸레이트 골격체를 촉매로 사용하기 위해서, 이를 디메틸카보네이트와 반응시켜 활성화하는 과정을 거쳐야 한다. 보다 구체적으로 (a) 제올라이트 이미다졸레이트 골격체를 디메틸카보네이트를 혼합하여 현탁액을 제조한다.Therefore, in the present invention, in order to solve this problem, in order to use the zeolite imidazolate skeleton as a catalyst, it must undergo a process of reacting and activating it with dimethyl carbonate. More specifically, (a) a zeolite imidazolate skeleton is mixed with dimethyl carbonate to prepare a suspension.

이때, 상기 (a) 단계는 (a-1) 아연 염 및 이미다졸 또는 이미다졸 유도체를 용매 하에 용해하여 전구체 용액을 제조하는 단계; 및 (a-2) 상기 전구체 용액을 가열시켜 제올라이트 이미다졸레이트 골격체를 제조하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.In this case, the step (a) comprises (a-1) preparing a precursor solution by dissolving a zinc salt and an imidazole or imidazole derivative in a solvent; And (a-2) heating the precursor solution to prepare a zeolite imidazolate skeleton.

즉, (a) 단계에서의 제올라이트 이미다졸레이트 골격체는 통상의 제올라이트 이미다졸레이트 골격체라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 상기 (a-1) 및 (a-2) 단계를 통해 제조된 것일 수 있다.That is, the zeolite imidazolate skeleton in step (a) is not particularly limited as long as it is a conventional zeolite imidazolate skeleton, but is preferably prepared through the above (a-1) and (a-2) steps. I can.

상기 아연 염은 질산 아연(zinc nitrate), 아세트산 아연(zinc acetate), 염화 아연(zinc chloride), 황산 아연(zinc sulfate), 브롬화 아연(zinc bromide), 및 요오드화 아연(zinc iodide)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 아세트산 아연일 수 있다.The zinc salt is in the group consisting of zinc nitrate, zinc acetate, zinc chloride, zinc sulfate, zinc bromide, and zinc iodide. It may be one or more selected, more preferably zinc acetate.

상기 이미다졸 또는 상기 이미다졸 유도체는 실험예에서 살펴본 바와 같이, 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 벤지미다졸(benzimidazole), 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole), 4-메틸이미다졸(4-methylimidazole), 2-메틸벤지미다졸(2-methylbenzimidazole), 2-니트로이미다졸(2-nitroimidazole), 5-니트로벤지미다졸(5-nitrobenzimidazole), 및 5-클로로벤지미다졸(5-chlorobenzimidazole)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 벤지미다졸(benzimidazole), 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)일 수 있으며, 가장 바람직하게는 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)일 수 있다.The imidazole or the imidazole derivative is not particularly limited as described in Experimental Examples, but preferably, benzimidazole, 2-methylimidazole, and 4-methylimidazole (4-methylimidazole), 2-methylbenzimidazole, 2-nitroimidazole, 5-nitrobenzimidazole, and 5-chlorobenzimidazole (5 -chlorobenzimidazole) may be one or more selected from the group consisting of, more preferably benzimidazole (benzimidazole), 2-methylimidazole (2-methylimidazole), most preferably 2-methylimidazole (2-methylimidazole).

상기 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, iso-프로판올, tert-부탄올, n-부탄올, 메톡시에탄올, 에톡시에탄올, 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아마이드, n-메틸-2-피롤리돈(NMP), 비닐피롤리돈, 1, 3-디메틸-2-이미다졸리디논, 디메틸설폭시드, 헥사메틸포스포라이드, 포름산, 니트로메탄, 아세트산, 및 증류수로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 디메틸포름아마이드일 수 있다.The solvent is methanol, ethanol, propanol, iso-propanol, tert-butanol, n-butanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, dimethylacetamide, dimethylformamide, n-methyl-2-pyrrolidone (NMP), Vinylpyrrolidone, 1, 3-dimethyl-2-imidazolidinone, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoride, formic acid, nitromethane, acetic acid, and may be one or more selected from the group consisting of distilled water, preferably May be dimethylformamide.

상기 아연 염, 및 상기 이미다졸 또는 상기 이미다졸 유도체의 몰 비는 원하는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체에 따라 적절히 선택하여 혼합할 수 있는데, 바람직하게 아연 염, 및 상기 이미다졸 또는 상기 이미다졸 유도체는 각각 1 : 2 내지 4의 몰 비로 혼합되어 제조되는 것이 촉매의 촉매활성뿐만 아니라 장기안정성 측면에서 바람직하다.The molar ratio of the zinc salt and the imidazole or the imidazole derivative may be appropriately selected and mixed according to the desired zeolite imidazolate skeleton. Preferably, the zinc salt and the imidazole or the imidazole derivative are each It is preferable in terms of long-term stability as well as catalytic activity of the catalyst to be prepared by mixing in a molar ratio of 1:2 to 4.

상기 (a-2)는 고압반응기로 50 내지 200 ℃, 바람직하게는 100 내지 150 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 온도 범위를 벗어나면 원하는 구조를 갖는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체를 얻을 수 없다. 구체적으로 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 가장자리에 메톡시카보닐옥시 그룹이 충분히 결합되지 않아(활성화자리가 형성되지 않아), 촉매로써의 기능을 나타내지 못할 수 있다.The (a-2) is preferably carried out at 50 to 200 ℃, preferably 100 to 150 ℃ with a high pressure reactor. Outside the above temperature range, a zeolite imidazolate skeleton having a desired structure cannot be obtained. Specifically, since the methoxycarbonyloxy group is not sufficiently bonded to the edge of the zeolite imidazolate skeleton (the activation site is not formed), the function as a catalyst may not be displayed.

상기 (a) 단계로부터 제조된 제올라이트 이미다졸레이트 골격체는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체라면 특별히 이에 제한되지 않으나, 본 발명의 실시예에서는 상기 제올라이트 이미다졸레이트 골격체로 아연을 포함하는 ZIF-7을 사용하였다.The zeolite imidazolate skeleton prepared from step (a) is not particularly limited as long as it is a zeolite imidazolate skeleton, but in the embodiment of the present invention, ZIF-7 containing zinc is used as the zeolite imidazolate skeleton. I did.

상기 (a-2) 단계로부터 제조된 제올라이트 이미다졸레이트 골격체는 용매에 침전시켜 침전물을 회수하고, 상기 침전물을 고온에서 건조하는 과정을 더 포함할 수 있다(a-3).The zeolite imidazolate skeleton prepared in step (a-2) may further include a process of recovering the precipitate by precipitating in a solvent, and drying the precipitate at high temperature (a-3).

상기 (a) 단계에서 제올라이트 이미다졸레이트 골격체와 디메틸카보네이트의 혼합 중량비는 1 : 1 내지 50일 수 있고, 바람직하게는 1 : 10 내지 30이며, 보다 바람직하게는 1 : 15 내지 25일 수 있다. 만약 상기 범위 미만이거나, 초과할 경우에는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체에 충분한 활성자리가 형성되지 못하거나 미반응물질이 불순물로 남아, 수율이나 선택도에 악영향을 미칠 수 있다.In the step (a), the mixing weight ratio of the zeolite imidazolate skeleton and dimethyl carbonate may be 1: 1 to 50, preferably 1: 10 to 30, more preferably 1: 15 to 25. . If it is less than or exceeds the above range, sufficient active sites may not be formed in the zeolite imidazolate skeleton, or unreacted substances remain as impurities, which may adversely affect yield or selectivity.

다음으로, (b) 상기 현탁액을 가열한다. 이 과정은 단일 열처리 과정으로써, 제올라이트 이미다졸레이트 골격체에서, 아연의 루이스산 자리가 가려져 있다가, 상기 과정을 통해, ZIF의 이미다졸 또는 이미다졸 유도체의 일부가 디메틸카보네이트로 치환되면서 반응에 활성자리가 형성되는 것이다. 실제 실험예에 기재된 바와 같이, 제올라이트 이미다졸레이트 골격체를 디메틸카보네이트로 활성화하면 촉매의 모양이 활성화 전에 비해 변형됨을 알 수 있다(도 1). 또한, 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF)를 디메틸카보네이트와 혼합하고 열처리함으로써, 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF)의 표면(가장자리)에 메톡시카보닐옥시 그룹으로 기능화되었음을 알 수 있다. 구체적으로 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF)에서 표면에 위치한 아연(Zn)에 메톡시카보닐옥시 그룹이 결합되어 있다. 다른말로는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF)에서 표면에 위치한 아연(Zn)이 Zn-OC(=O)R1로 치환되었다고도 할 수 있으나, 바람직하게는 결합되어 있는 것일 수 있다.Next, (b) the suspension is heated. This process is a single heat treatment process. In the zeolite imidazolate skeleton, the Lewis acid site of zinc is covered, and through the above process, a part of the imidazole or imidazole derivative of ZIF is substituted with dimethyl carbonate to activate the reaction. The seat is formed. As described in the actual experimental example, it can be seen that when the zeolite imidazolate skeleton is activated with dimethyl carbonate, the shape of the catalyst is deformed compared to before activation (FIG. 1). In addition, by mixing the zeolite imidazolate skeleton (ZIF) with dimethyl carbonate and heat treatment, it can be seen that the surface (edge) of the zeolite imidazolate skeleton (ZIF) is functionalized with a methoxycarbonyloxy group. Specifically, a methoxycarbonyloxy group is bonded to zinc (Zn) located on the surface of the zeolite imidazolate skeleton (ZIF). In other words, it may be said that zinc (Zn) located on the surface of the zeolite imidazolate skeleton (ZIF) is substituted with Zn-OC(=O)R 1 , but it may be preferably bound.

상기 메톡시카보닐옥시 그룹은 디메틸카보네이트로부터 유래된 것으로, *-OC(=O)R1일 수 있다. 상기 R1은 탄소원자 1 내지 6의 알킬기일 수 있고, 바람직하게 R1은 메틸기(CH3)일 수 있다.The methoxycarbonyloxy group is derived from dimethyl carbonate and may be *-OC(=O)R 1. The R 1 may be an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and preferably R 1 may be a methyl group (CH 3 ).

상기 (b) 단계는 50 내지 250 ℃, 1 내지 24 시간동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 180 내지 200 ℃에서, 1 내지 10 시간동안 수행되는 것일 수 있다. 만약 상기 열처리 조건 미만으로 수행되면 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF)의 표면(가장자리)가 디메틸카보네이트로부터 유래된 메톡시카보닐옥시 그룹으로 충분히 기능화되지 못하여 메틸 N-아릴카바메이트 제조시 충분한 촉매 활성을 얻을 수 없다. 또한 상기 열처리 조건을 초과하여 수행되면 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF)에 결함이 발생하여 장기 안정성, 반복 사용 가능한 등의 성질이 저하될 수 있다.The step (b) may be performed at 50 to 250° C. for 1 to 24 hours, and preferably at 180 to 200° C., for 1 to 10 hours. If performed under the above heat treatment conditions, the surface (edge) of the zeolite imidazolate skeleton (ZIF) is not sufficiently functionalized with a methoxycarbonyloxy group derived from dimethyl carbonate, and thus sufficient catalytic activity when preparing methyl N-aryl carbamate. Can't get In addition, if the heat treatment conditions are exceeded, defects may occur in the zeolite imidazolate skeleton (ZIF), resulting in deterioration in properties such as long-term stability and reusability.

또한 본 발명은 촉매, 방향족 아민 및 디메틸카보네이트를 혼합하고, 150 내지 250 ℃에서 반응시키는 단계를 포함하는 메틸 N-아릴카바메이트의 제조방법으로서, 상기 촉매는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF; zeolitic imidazole framework)의 가장자리에 메톡시카보닐옥시 그룹이 결합된 것 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트의 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention is a method for producing methyl N-aryl carbamate comprising mixing a catalyst, an aromatic amine and dimethyl carbonate, and reacting at 150 to 250° C., wherein the catalyst is a zeolite imidazolate skeleton (ZIF; zeolitic imidazole framework), a method for producing methyl N-aryl carbamate, characterized in that a methoxycarbonyloxy group is bonded to the edge.

우선, 상기 메틸 N-아릴카바메이트 반응은 150 ℃ 이상에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 150 내지 250 ℃일 수 있으며, 보다 바람직하게는 150 내지 170 ℃일 수 있다. 만일 상기 반응조건이 150 ℃ 미만이면 메틸 N-아릴카바메이트의 생산 수율이 70% 미만으로 현저히 감소하는 문제가 발생하고, 반응온도가 낮을수록 반응시간이 길어져야 하므로 경제적인 측면에서 바람직하지 않다. First, the methyl N-aryl carbamate reaction may be carried out at 150° C. or higher, preferably 150 to 250° C., and more preferably 150 to 170° C.. If the reaction conditions are less than 150° C., the production yield of methyl N-aryl carbamate significantly decreases to less than 70%, and the lower the reaction temperature, the longer the reaction time, which is not preferable in terms of economy.

또한, 상기 메틸 N-아릴카바메이트 반응은 2 시간 이상 수행될 수 있고, 바람직하게는 2 내지 4시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 만일 상기 반응시간이 2 시간 미만이면 메틸 N-아릴카바메이트의 생산 수율이 30% 미만으로 현저히 감소하는 문제가 발생하고, 반응시간이 짧아질수록 반응온도가 올라가야 하므로 비경제적이다.In addition, the methyl N-aryl carbamate reaction may be performed for 2 hours or more, and preferably may be performed for 2 to 4 hours. If the reaction time is less than 2 hours, there is a problem that the production yield of methyl N-aryl carbamate is significantly reduced to less than 30%, and it is uneconomical because the reaction temperature must be increased as the reaction time is shortened.

따라서, 상기 반응온도와 반응시간 범위 중 어느 하나라도 벗어나는 경우에는 메틸 N-아릴카바메이트의 생산 수율이 급격히 저하될 뿐만 아니라, 상기 범위를 초과할 경우에는 메틸화 생성물(MMPC+MA+DMA)(부산물)의 생산 수율이 1%를 넘어가게 되는 문제가 발생하게 된다.Therefore, when any one of the above reaction temperature and reaction time range is out of the range, the production yield of methyl N-aryl carbamate rapidly decreases, and when it exceeds the above range, the methylation product (MMPC+MA+DMA) (by-product ), there is a problem that the production yield exceeds 1%.

부산물인 메틸화 생성물의 수율은 1% 미만으로 유지하되, 메틸 N-아릴카바메이트의 생산 수율은 90% 이상 유지되도록 하기 위해서는, 상기 반응온도와 반응시간 조건을 모두 만족시키는 것이 가장 바람직하다.In order to maintain the yield of the methylated product, which is a by-product, to less than 1%, but maintain the production yield of methyl N-aryl carbamate more than 90%, it is most preferable to satisfy both the reaction temperature and reaction time conditions.

상기 방향족 아민 화합물은 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게 아닐린, 페닐렌디아민, 메틸렌디페닐디아민 및 톨루엔디아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 가장 바람직하게는 아닐린일 수 있다.The aromatic amine compound is not particularly limited, but may be preferably any one or more selected from the group consisting of aniline, phenylenediamine, methylenediphenyldiamine, and toluenediamine, and most preferably aniline.

상기 방향족 아민 화합물 및 상기 디메틸카보네이트의 몰비는 1 : 5 내지 40인 것이 바람직하다. 상기 몰비 범위를 벗어나는 경우에는 메틸 N-아릴카바메이트의 생산 수율이 1.5~2배 가량 저하될 수 있으므로 바람직하지 않으며, 상기 몰비 범위 내에서 수율이 1.5~2배 이상 급격히 향상되는 것을 확인하였다.It is preferable that the molar ratio of the aromatic amine compound and the dimethyl carbonate is 1:5 to 40. If it is out of the molar ratio range, it is not preferable because the production yield of methyl N-aryl carbamate may be reduced by 1.5 to 2 times, and it was confirmed that the yield is rapidly improved by 1.5 to 2 times or more within the molar ratio range.

상기 방향족 아민 화합물과 디메틸카보네이트 반응에 있어서 디메틸카보네이트는 메틸화제로도 작용할 수 있다. 즉, 디메틸카보네이트는 아래 반응식 1의 경로를 통해 다양한 메틸화 생성물을 부산물로 합성한다. 메틸화 부산물이 과량 혼합될 경우 부가적인 정제공정이 필수적으로 포함되어야 하므로, 비경제적이다. 본 발명은 앞서 서술한 바와 같이, 이러한 메틸화 생성물의 합성을 1% 미만으로 현저히 감소시킴으로써 단일공정만으로 높은 순도의 메틸 N-아릴카바메이트를 제조하기 때문에, 별도의 정제공정이 요구되지 않아 매우 경제적이라는 큰 장점을 갖는다.In the reaction between the aromatic amine compound and dimethyl carbonate, dimethyl carbonate may also function as a methylating agent. That is, dimethyl carbonate synthesizes various methylated products as by-products through the route of Scheme 1 below. When the methylation by-product is mixed in excess, it is uneconomical because an additional purification process must be included inevitably. As described above, the present invention significantly reduces the synthesis of these methylated products to less than 1%, thereby producing high-purity methyl N-aryl carbamate with only a single process, so it is very economical because no separate purification process is required. It has a great advantage.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

또한, 본 발명에 따른 촉매는 상기 방향족 아민 화합물 100 중량부를 기준으로 대비 1 내지 20 중량부 첨가할 수 있는데, 만약 1 중량부보다 작은 경우 메틸 N-아릴카바메이트의 생산 수율이 미미하고, 20 중량부를 넘을 경우에도 더 이상 메틸 N-아릴카바메이트의 생산 수율이 증가하지 않으므로, 비용이나 촉매의 낭비가 발생하여 공정 단가를 높일 수 있다.In addition, the catalyst according to the present invention may be added in an amount of 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the aromatic amine compound. If it is less than 1 part by weight, the production yield of methyl N-aryl carbamate is insignificant, and 20 parts by weight Even if it exceeds the part, since the production yield of methyl N-aryl carbamate no longer increases, cost or waste of catalyst may occur, thereby increasing the process unit cost.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples and the like, but the scope and contents of the present invention are reduced or limited by the following examples, and thus cannot be interpreted. In addition, if based on the disclosure of the present invention including the following examples, it is obvious that the present invention for which no specific experimental results are presented can be easily carried out by a person skilled in the art. It is natural to fall within the scope of the claims.

또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.In addition, the experimental results presented below are only representative of the experimental results of the above examples and comparative examples, and the effects of each of the various embodiments of the present invention that are not explicitly presented below will be described in detail in the corresponding section.

실시예 1: 메틸 N-아릴카바네이트 제조용 촉매(활성화된 ZIF-7)의 제조.Example 1: Preparation of a catalyst for preparing methyl N-aryl carbonate (activated ZIF-7).

아세트산아연(Zn(OAc)2)과 벤지미다졸(화학식 1)을 N,N-디메틸포름아마이드 용매 60 g에 용해하여 전구체 용액을 제조하였다. 이때, 아세트산아연(Zn(OAc)2)과 벤지미다졸은 혼합 몰비가 1 : 2가 되도록 첨가하였다.A precursor solution was prepared by dissolving zinc acetate (Zn(OAc) 2 ) and benzimidazole (Chemical Formula 1) in 60 g of an N,N-dimethylformamide solvent. At this time, zinc acetate (Zn(OAc) 2 ) and benzimidazole were added so that the mixing molar ratio was 1:2.

상기 전구체 용액을 고압반응장치에 투입하고, 130 ℃에서 48 시간 동안 반응시켰다. 상기 반응액으로부터 생성된 고체만을 필터하여 회수하고, 회수한 고체는 180 ℃에서 3시간 동안 진공 건조하여 Zn(benzimidazole)2로 표시되는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(이하, 'ZIF-7'이라고도 한다)을 합성하였다. The precursor solution was put into a high-pressure reactor, and reacted at 130° C. for 48 hours. Only the solid generated from the reaction solution was collected by filtering, and the recovered solid was vacuum-dried at 180° C. for 3 hours to form a zeolite imidazolate skeleton represented by Zn (benzimidazole) 2 (hereinafter also referred to as'ZIF-7'. ) Was synthesized.

상기 ZIF-7 1 g과 디메틸카보네이트 20 g을 고압반응장치에 넣고, 190 ℃에서 12 시간 반응시켜, 활성화된 ZIF-7(촉매)을 제조하였다. 상기 반응물에는 활성화된 ZIF-7(촉매)와 불순물이 혼재되어 있으므로, 고체상태의 활성화된 ZIF-7(촉매)만을 필터로 회수하고 실온에서 3 시간 건조하였다.1 g of ZIF-7 and 20 g of dimethyl carbonate were placed in a high-pressure reactor and reacted at 190° C. for 12 hours to prepare an activated ZIF-7 (catalyst). Since activated ZIF-7 (catalyst) and impurities were mixed in the reaction product, only activated ZIF-7 (catalyst) in a solid state was collected by a filter and dried at room temperature for 3 hours.

상술한 과정을 통해 제조된, 활성화된 ZIF-7(촉매)를 SEM과 XPS로 분석하였고, 그 결과는 도 1과 2의 우측에 도시하였다.The activated ZIF-7 (catalyst) prepared through the above-described process was analyzed by SEM and XPS, and the results are shown on the right side of FIGS. 1 and 2.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

실시예 2 : 메틸 N-아릴카바네이트 제조용 촉매(활성화된 촉매)의 제조.Example 2: Preparation of a catalyst for preparing methyl N-aryl carbonate (activated catalyst).

벤지미다졸 대신에 이미다졸(imidazole)(화학식 2)을 사용하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 모두 동일하게 하여 메틸 N-아릴카바네이트 제조용 촉매(활성화된 촉매)을 제조하였다.A catalyst (activated catalyst) for preparing methyl N-aryl carbonate was prepared in the same manner as in Example 1, except that imidazole (Formula 2) was used instead of benzimidazole.

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00005
Figure pat00005

실시예 3 : 메틸 N-아릴카바네이트 제조용 촉매(활성화된 촉매)의 제조.Example 3: Preparation of a catalyst for preparing methyl N-aryl carbonate (activated catalyst).

벤지미다졸 대신에 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)(화학식 3)을 사용하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 모두 동일하게 하여 메틸 N-아릴카바네이트 제조용 촉매(활성화된 촉매)을 제조하였다.In the same manner as in Example 1, except that 2-methylimidazole (Chemical Formula 3) was used instead of benzimidazole, a catalyst for preparing methyl N-aryl carbonate (activated catalyst) was prepared. Was prepared.

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00006
Figure pat00006

실험예 1 : 촉매에 따른 메틸 N-페닐카바메이트의 수율 분석Experimental Example 1: Analysis of the yield of methyl N-phenylcarbamate according to the catalyst

[반응식 2][Scheme 2]

Figure pat00007
Figure pat00007

실시예 1 내지 3으로부터 제조된 촉매를 각각 사용하여 상기 반응식 2와 같이, 메틸 N-아릴카바메이트 중에서 메틸 N-페닐카바메이트를 제조하였다. 먼저, 회분식 반응기에 실시예 1 내지 3 중에서 어느 하나의 촉매(0.11 g)(아닐린 기준 10 wt%)를 각각 넣고, 다음으로 디메틸카보네이트를 13.5 g(150 mmol)를 투입한 후, 방향족 아민 화합물 중에서 아닐린을 선택하여, 각각 1.16 g(12.5 mmol)을 첨가하였다. 반응기의 온도를 150 ℃까지 승온시킨 후 500 rpm의 교반 속도로 2 시간 동안 반응시켜 메틸 N-페닐카바메이트를 제조하였다. 상기 아닐린 전환율과 각 생성물의 수율(%)을 계산하여, 표 1에 나타내었다.Using the catalysts prepared in Examples 1 to 3, respectively, as in Scheme 2, methyl N-phenyl carbamate was prepared in methyl N-aryl carbamate. First, one of the catalysts (0.11 g) (10 wt% based on aniline) of Examples 1 to 3 was added to a batch reactor, and then 13.5 g (150 mmol) of dimethyl carbonate was added, and then in the aromatic amine compound. Aniline was selected, and 1.16 g (12.5 mmol) were added respectively. After raising the temperature of the reactor to 150° C., it was reacted for 2 hours at a stirring speed of 500 rpm to prepare methyl N-phenylcarbamate. The aniline conversion rate and the yield (%) of each product were calculated and shown in Table 1.

구분division 촉매catalyst 아닐린 전환율(%)Aniline conversion rate (%) 생성물 수율(%)Product yield (%) MPCMPC MMPCMMPC MAMA DMADMA 실험예 1-1Experimental Example 1-1 실시예 1Example 1 99.599.5 99.399.3 -- 0.10.1 0.10.1 실험예 1-2Experimental Example 1-2 실시예 2Example 2 98.498.4 97.997.9 0.10.1 0.20.2 0.20.2 실험예 1-3Experimental Example 1-3 실시예 3Example 3 98.598.5 98.098.0 0.10.1 0.20.2 0.20.2

*MPC는 메틸 N-페닐카바메이트(methyl N-phenyl carbamate), MMPC는 메틸화된 N-메틸 페닐 카바메이트(methyl N-methyl phenyl carbamate), MA는 메틸화된 아닐린(methyl aniline), DMA는 디메틸 아닐린(dimethyl aniline)을 의미한다.*MPC is methyl N-phenyl carbamate, MMPC is methylated N-methyl phenyl carbamate, MA is methyl aniline, DMA is dimethyl aniline stands for (dimethyl aniline).

표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3으로부터 제조된 각각의 촉매에 대한 아닐린 전환율(%)과 메틸 N-페닐카바메이트 수율(%)을 비교한 결과, 제올라이트 이미다졸레이트 골격체에서 이미다졸 또는 이미다졸 유도체의 종류에 따른 차이는 크지 않은 것으로 확인되었다.As shown in Table 1, as a result of comparing the aniline conversion (%) and the methyl N-phenylcarbamate yield (%) for each of the catalysts prepared from Examples 1 to 3, in the zeolite imidazolate skeleton It was confirmed that the difference according to the type of imidazole or imidazole derivative was not large.

실험예 2 : 방향족 아민 화합물에 따른 메틸 N-아릴카바메이트의 수율 분석Experimental Example 2: Analysis of the yield of methyl N-aryl carbamate according to the aromatic amine compound

반응온도는 180 oC로 하고, 방향족 아민 화합물로 2,4-디아미노톨루엔또는 메틸렌디페닐 4,4'-디아민을 사용하였다는 것을 제외하고는 모두 실험예 1-1과 동일하게 하여 각각의 메틸 N-아릴카바메이트를 제조하였다. 구체적인 반응과정은 하기 반응식 2, 반응식 3에 나타내었다. 반응식 2는 2,4-디아미노톨루엔을 사용한 것이고, 반응식 3은 메틸렌디페닐 4,4'-디아민을 사용한 것이다.The reaction temperature was set at 180 ° C., except that 2,4-diaminotoluene or methylenediphenyl 4,4′-diamine was used as the aromatic amine compound. Methyl N-aryl carbamate was prepared. The specific reaction process is shown in Scheme 2 and Scheme 3 below. Scheme 2 uses 2,4-diaminotoluene, and Scheme 3 uses methylenediphenyl 4,4'-diamine.

[반응식 2][Scheme 2]

Figure pat00008
Figure pat00008

[반응식 3][Scheme 3]

Figure pat00009
Figure pat00009

상기 반응식에서 DMC는 디메틸카보네이트이고, DMC와 함께 실시예 1의 촉매가 사용되었다. 상기 아닐린 전환율(%)과 각 생성물의 수율(%)을 표 2에 나타내었다.In the above reaction scheme, DMC is dimethyl carbonate, and the catalyst of Example 1 was used together with DMC. Table 2 shows the aniline conversion (%) and the yield (%) of each product.

구분division 촉매catalyst 방향족 아민 화합물Aromatic amine compounds 아닐린 전환율(%)Aniline Conversion Rate (%) 생성물 수율(%)Product yield (%) MACMAC MMACMMAC MAMA DMADMA 실험예 2-1Experimental Example 2-1 실시예 1Example 1 아닐린aniline 99.599.5 99.499.4 -- 0.20.2 0.10.1 실험예 2-2Experimental Example 2-2 2,4-디아미노톨루엔2,4-diaminotoluene 98.398.3 98.198.1 1.21.2 0.30.3 0.30.3 실험예 2-3Experimental Example 2-3 메틸렌디페닐 4,4‘-디아민Methylenediphenyl 4,4'-diamine 97.997.9 97.897.8 2.42.4 0.50.5 0.40.4

본 실험예에서 MAC는 메틸 N-아릴카바메이트(methyl N-aryl carbamate), MMAC는 메틸화된 N-메틸 페닐 카바메이트(methyl N-methyl aryl carbamate), MA는 메틸화된 방향족 아민 화합물, DMA는 디메틸화된 방향족 아민 화합물을 의미한다.In this experimental example, MAC is methyl N-aryl carbamate, MMAC is methylated N-methyl phenyl carbamate, MA is a methylated aromatic amine compound, DMA is dimethyl It means an aromatic amine compound.

표 2에 나타난 바를 살펴보면, 메틸 N-페닐카바메이트 수율(%)은 실험예 2-2, 2-3은 실험예 2-1의 결과와 유사한 수준인 것을 알 수 있다. 즉, 아닐린 외에 다른 방향족 아민 화합물이 사용되어도, 본 발명에 따른 촉매는 우수한 촉매활성을 나타냄을 알 수 있다. 그러나 메틸화된 생성물(부산물)의 수율(%)을 고려한다면 방향족 아민 화합물은 아닐린이 사용되는 것이 바람직함을 알 수 있다. Looking at the bars shown in Table 2, it can be seen that the yield (%) of methyl N-phenylcarbamate is similar to the results of Experimental Examples 2-2 and 2-3. That is, it can be seen that even if other aromatic amine compounds other than aniline are used, the catalyst according to the present invention exhibits excellent catalytic activity. However, considering the yield (%) of the methylated product (by-product), it can be seen that aniline is preferably used as the aromatic amine compound.

실험예 3 : 촉매 사용량에 따른 메틸 N-페닐카바메이트의 수율 분석.Experimental Example 3: Analysis of the yield of methyl N-phenylcarbamate according to the amount of catalyst used.

실시예 1로부터 제조된 촉매의 사용량을 하기 표 3에서와 같이, 다양하게 첨가하는 것을 제외하고 실험예 1-1과 모두 동일하게 실험하였고, 상기 촉매의 사용량에 따른 각 생성물의 수율(%)을 측정하였다.As shown in Table 3 below, the amount of the catalyst prepared from Example 1 was tested in the same manner as in Experimental Example 1-1, except for various additions. It was measured.

구분division 촉매의 사용량(아닐린 기준, 중량%)Amount of catalyst used (based on aniline, wt%) 아닐린 전환율(%)Aniline Conversion Rate (%) 생성물 수율(%)Product yield (%) MPCMPC MMPCMMPC MAMA DMADMA 실험예 3-1Experimental Example 3-1 1One 23.723.7 23.423.4 -- 0.20.2 0.10.1 실험예 3-2Experimental Example 3-2 55 63.363.3 63.063.0 0.10.1 0.20.2 -- 실험예 3-2Experimental Example 3-2 77 85.285.2 84.284.2 0.10.1 0.30.3 0.10.1 실험예 3-3Experimental Example 3-3 1515 100100 99.599.5 0.10.1 0.30.3 0.10.1 실험예 3-4Experimental Example 3-4 2020 100100 99.299.2 0.30.3 0.30.3 0.20.2

*MPC는 메틸 N-페닐카바메이트(methyl N-phenyl carbamate), MMPC는 메틸화된 N-메틸 페닐 카바메이트(methyl N-methyl phenyl carbamate), MA는 메틸화된 아닐린(methyl aniline), DMA는 디메틸 아닐린(dimethyl aniline)을 의미한다.*MPC is methyl N-phenyl carbamate, MMPC is methylated N-methyl phenyl carbamate, MA is methyl aniline, DMA is dimethyl aniline stands for (dimethyl aniline).

표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1로부터 제조된 촉매의 사용량을 달리하여, 메틸 N-페닐카바메이트를 제조하고, 이들의 아닐린 전환율과 메틸 N-페닐카바메이트 수율(%)을 비교한 결과, 촉매의 사용량이 증가할수록 아닐 전환율과 메틸 N-페닐카바메이트의 수율(%)이 증가하고 있음을 알 수 있다.As shown in Table 3, methyl N-phenylcarbamate was prepared by varying the amount of the catalyst prepared from Example 1, and the result of comparing their aniline conversion and methyl N-phenylcarbamate yield (%), It can be seen that as the amount of catalyst used increases, the ani conversion rate and the yield (%) of methyl N-phenylcarbamate increase.

따라서 실시예 1로부터 제조된 촉매의 사용량은 바람직하게, 방향족 아민 화합물 기준 7 중량% 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 10 내지 20 wt%이며, 가장 바람직하게는 10 내지 15 중량%임을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the amount of the catalyst prepared in Example 1 is preferably 7% by weight or more, more preferably 10 to 20% by weight, and most preferably 10 to 15% by weight based on the aromatic amine compound.

실험예 4 : 반응조건에 따른 메틸 N-페닐카바메이트의 수율 분석.Experimental Example 4: Analysis of the yield of methyl N-phenylcarbamate according to the reaction conditions.

하기 표 4와 같이, 반응시간을 0.5~5 시간으로 달리하거나, 반응온도를 100 내지 220 ℃로 달리한 것을 제외하고는 모두 실험예 1-1과 동일하게 메틸 N-페닐카바메이트를 제조하였다.As shown in Table 4 below, methyl N-phenyl carbamate was prepared in the same manner as in Experimental Example 1-1, except that the reaction time was changed to 0.5 to 5 hours or the reaction temperature was changed to 100 to 220°C.

각 실험의 반응물을 회수하고, 가스 크로마토그래피를 사용하여 분석하여, 반응조건에 따른 전환율(%), 생산 수율(%)을 측정하여 비교하였다.The reactants of each experiment were recovered and analyzed using gas chromatography, and the conversion rate (%) and production yield (%) according to the reaction conditions were measured and compared.

구분
(실험예)
division
(Experimental example)
반응조건Reaction conditions 아닐린 전환율(%)Aniline Conversion Rate (%) 생성물 수율(%)Product yield (%)
MPCMPC MMPCMMPC MAMA DMADMA 4-14-1 0.5 hr0.5 hr 32.832.8 32.432.4 -- 0.20.2 0.20.2 4-24-2 1 hr1 hr 70.670.6 70.170.1 0.10.1 0.20.2 0.20.2 4-34-3 3 hr3 hr 99.699.6 99.299.2 0.30.3 0.30.3 0.20.2 4-44-4 4 hr4 hr 99.799.7 99.199.1 0.40.4 0.30.3 0.20.2 4-54-5 5 hr5 hr 99.699.6 99.099.0 0.60.6 0.20.2 0.10.1 4-64-6 100℃100℃ 10.210.2 10.010.0 -- 0.10.1 0.10.1 4-74-7 130℃130℃ 26.126.1 25.925.9 -- 0.10.1 0.10.1 4-84-8 170℃170℃ 100100 99.599.5 0.20.2 0.20.2 0.10.1 4-94-9 190℃190℃ 100100 99.199.1 0.60.6 0.20.2 0.10.1 4-104-10 220℃220℃ 100100 98.998.9 0.80.8 0.20.2 0.10.1

*MPC는 메틸 N-페닐카바메이트(methyl N-phenyl carbamate), MMPC는 메틸화된 N-메틸 페닐 카바메이트(methyl N-methyl phenyl carbamate), MA는 메틸화된 아닐린(methyl aniline), DMA는 디메틸 아닐린(dimethyl aniline)을 의미한다.*MPC is methyl N-phenyl carbamate, MMPC is methylated N-methyl phenyl carbamate, MA is methyl aniline, DMA is dimethyl aniline stands for (dimethyl aniline).

표 4에 나타난 바와 같이, 메틸 N-페닐카바메이트의 수율(%)을 고려하면 반응시간은 2 시간 이상 수행되는 것이 바람직하고, 반응온도는 150 ℃ 이상 수행되는 것이 바람직하다. 반응과정에서 생성되는 메틸화된 생성물의 수율(%)을 고려하면 반응시간은 2~4시간 수행되는 것이 보다 바람직하며, 반응온도는 150~170 ℃에서 수행되는 것이 보다 바람직함을 확인하였다. 만약 어느 하나라도 상기 조건을 벗어난다면 메틸 N-페닐카바메이트의 수율(%)이 70% 미만으로 떨어지거나 부산물의 수율이 1%에 가깝게 높아질 수 있다. As shown in Table 4, considering the yield (%) of methyl N-phenyl carbamate, the reaction time is preferably performed for 2 hours or more, and the reaction temperature is preferably performed at 150° C. or more. Considering the yield (%) of the methylated product generated during the reaction, it was confirmed that the reaction time is more preferably performed for 2 to 4 hours, and the reaction temperature is more preferably performed at 150 to 170°C. If any one is out of the above conditions, the yield (%) of methyl N-phenylcarbamate may drop to less than 70% or the yield of by-products may increase to close to 1%.

실험예 5 : 촉매의 장기안정성 분석Experimental Example 5: Analysis of long-term stability of catalyst

실시예 1로부터 제조된 촉매의 수명을 확인하고자, 실험예 1-1의 메틸 N-페닐카바메이트의 제조과정을 4회 연속 수행하였다(회분식 반응기). 마지막 메틸 N-페닐카바메이트 제조과정이 완료되고, 2 시간이 지난 후, 반응을 정지시키고, 촉매만을 회수한 후, 이를 바로 새로운 회분식 반응기에 넣은 다음, 디메틸카보네이트와 아닐린을 초기와 동일하게 다시 넣고 4회 연속 실험을 수행하였다(재사용횟수 1회). 이를 5회까지 반복하고, 각 회차마다 아닐린 전환율(%)과 각 생성물의 수율(%)을 측정하여 하기 표 5에 나타내었다.In order to check the life of the catalyst prepared in Example 1, the preparation process of methyl N-phenylcarbamate of Experimental Example 1-1 was carried out four times in a row (batch reactor). After the last methyl N-phenylcarbamate production process was completed, and 2 hours passed, the reaction was stopped, and only the catalyst was recovered, then immediately put it into a new batch reactor, and then dimethyl carbonate and aniline were added again as in the beginning. Four consecutive experiments were performed (reuse once). This was repeated up to 5 times, and the aniline conversion rate (%) and the yield (%) of each product were measured for each run, and are shown in Table 5 below.

재사용횟수Number of reuse 아닐린 전환율(%)Aniline Conversion Rate (%) 생성물 수율(%)Product yield (%) MPCMPC MMPCMMPC MAMA DMADMA 1One 99.599.5 99.199.1 0.20.2 0.10.1 0.10.1 22 99.499.4 99.199.1 0.10.1 0.10.1 0.10.1 33 98.798.7 98.598.5 -- 0.10.1 0.10.1 44 98.398.3 98.098.0 0.10.1 0.10.1 0.10.1 55 97.997.9 97.797.7 -- 0.10.1 0.10.1

*MPC는 메틸 N-페닐카바메이트(methyl N-phenyl carbamate), MMPC는 메틸화된 N-메틸 페닐 카바메이트(methyl N-methyl phenyl carbamate), MA는 메틸화된 아닐린(methyl aniline), DMA는 디메틸 아닐린(dimethyl aniline)을 의미한다.*MPC is methyl N-phenyl carbamate, MMPC is methylated N-methyl phenyl carbamate, MA is methyl aniline, DMA is dimethyl aniline stands for (dimethyl aniline).

표 5에 따르면, 실시예 1로부터 제조된 촉매를 통해 메틸 N-페닐카바메이트를 제조하는 경우, 수차례 반복사용되어도 우수한 수율(90% 이상)로 메틸 N-페닐카바메이트를 제조해낼 수 있다는 사실을 알 수 있다. 아연 아세테이트 염(Zn(OAc)2)을 촉매로 이용하면, 메틸 N-페닐카바메이트를 생산하는 반응과정 중 촉매의 활성이 크게 저하되어, 장기적으로 촉매의 사용이 불가하다는 문제가 있으나, 본 발명은 고수율의 메틸 N-페닐카바메이트를 장기간 촉매의 교환없이 생성할 수 있다는 점에서 큰 장점을 갖는다.According to Table 5, in the case of preparing methyl N-phenyl carbamate through the catalyst prepared in Example 1, it is possible to prepare methyl N-phenyl carbamate in excellent yield (90% or more) even if it is repeatedly used several times. Can be seen. If zinc acetate salt (Zn(OAc) 2 ) is used as a catalyst, the activity of the catalyst is greatly reduced during the reaction process to produce methyl N-phenylcarbamate, and there is a problem that the use of the catalyst is impossible for a long time, Has a great advantage in that it can produce a high yield of methyl N-phenylcarbamate without a long-term catalyst exchange.

시험예 6 : 활성화 하지 않은 아연- 아민 구조체 촉매의 활성Test Example 6: Activity of non-activated zinc-amine structure catalyst

활성화과정을 거치지 않은 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF;zeolitic imidazole framework;ZIF-7)와 실시예 1로부터 제조된 촉매의 활성을 비교하고자 하였다. The activity of the catalyst prepared from Example 1 was compared with the zeolitic imidazole framework (ZIF) that did not undergo the activation process.

실시예 1과 동일한 방법으로 활성화과정을 거치지 않은 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF;zeolitic imidazole framework;ZIF-7)를 제조하되 활성화과정은 수행하지 않은, ZIF-7을 준비하였다. In the same manner as in Example 1, a zeolitic imidazole framework (ZIF-7) was prepared, but the activation process was not performed, and ZIF-7 was prepared.

실시예 1의 촉매 대신에 상기 ZIF-7을 사용하고, 반응온도를 하기 표 6과 같이 달리하는 것을 제외하고는 실험예 1-1과 모두 동일하게 사용하여 메틸 N-아릴카바메이트를 제조하였다.Methyl N-aryl carbamate was prepared in the same manner as in Experimental Example 1-1, except that ZIF-7 was used instead of the catalyst of Example 1, and the reaction temperature was changed as shown in Table 6 below.

구분division 반응온도(℃)Reaction temperature(℃) 아닐린 전환율(%)Aniline Conversion Rate (%) 생성물 수율(%)Product yield (%) MPCMPC MMPCMMPC MAMA DMADMA 시험예 1Test Example 1 150150 21.221.2 17.017.0 -- 3.13.1 1.01.0 시험예 2Test Example 2 190190 97.297.2 67.367.3 11.711.7 9.39.3 8.98.9

*MPC는 메틸 N-페닐카바메이트(methyl N-phenyl carbamate), MMPC는 메틸화된 N-메틸 페닐 카바메이트(methyl N-methyl phenyl carbamate), MA는 메틸화된 아닐린(methyl aniline), DMA는 디메틸 아닐린(dimethyl aniline)을 의미한다.*MPC is methyl N-phenyl carbamate, MMPC is methylated N-methyl phenyl carbamate, MA is methyl aniline, DMA is dimethyl aniline stands for (dimethyl aniline).

표 6에 따르면, 활성화과정없이 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF;zeolitic imidazole framework;ZIF-7)를 바로 사용할 경우, 가장 적정한 반응온도인 150 ℃에서 메틸 N-아릴카보메이트의 수율(%)이 미미하고, 190 ℃에서는 아닐린 전환율이 90% 이상이였으나, 실질적 메틸 N-페닐카바메이트 수율(%)은 70% 미만이였으며, 과량의 메틸화 생성물이 부산물로써 생성됨을 알 수 있다.According to Table 6, when the zeolite imidazole framework (ZIF-7) is used directly without the activation process, the yield (%) of methyl N-aryl carbomate at 150 °C, which is the most appropriate reaction temperature, is It is insignificant, and the aniline conversion rate was 90% or more at 190°C, but the actual methyl N-phenylcarbamate yield (%) was less than 70%, and it can be seen that an excess methylation product was produced as a by-product.

따라서, 본 발명의 여러 구현예에 따르면, 반응 안정성이 높아 재사용이 가능한 아연-이미다졸 복합체 촉매를 제조할 수 있다.Accordingly, according to various embodiments of the present invention, a zinc-imidazole complex catalyst that can be reused due to high reaction stability can be prepared.

또한, 이렇게 제조된 아연-이미다졸 복합체 촉매를 이용하여 메틸 N-페닐카바메이트를 제조했을 때 생산 수율 및 선택성을 현저히 향상시킬 수 있다.In addition, the production yield and selectivity can be remarkably improved when methyl N-phenyl carbamate is prepared using the thus prepared zinc-imidazole complex catalyst.

실험예 7. 실시예 1로부터 제조된 촉매의 특성Experimental Example 7. Characteristics of the catalyst prepared from Example 1

실시예 1로부터 제조된 촉매의 각 구성에 대한 농도를 분석하기 위해, ICP-AES(Thermo science iCAP 7000)로 측정하였다. 양성자 NMR은 Bruker Avance 400 MHz(Bruker Corp .: Billerica, MS, USA)로 수행하였다.In order to analyze the concentration of each component of the catalyst prepared from Example 1, it was measured by ICP-AES (Thermo science iCAP 7000). Proton NMR was performed with Bruker Avance 400 MHz (Bruker Corp.: Billerica, MS, USA).

1H NMR 샘플의 제조를 위해, 0.05 g의 ZIF-7을 내부 표준으로서 메탄 설폰산 10 중량%를 포함하여 0.5 g의 D2SO4 및 0.5 g의 H2SO4에 희석시켰다. For the preparation of 1 H NMR samples, 0.05 g of ZIF-7 was diluted in 0.5 g of D 2 SO 4 and 0.5 g of H 2 SO 4 with 10% by weight of methane sulfonic acid as an internal standard.

실시예 1로부터 제조된 촉매로부터 침출된 벤즈이미다졸의 농도와 아연에 부착된 화학종의 유형은 1H NMR 및 ICP 분석을 사용하여 확인하였고, 도 3과 표 7에 나타내었다.The concentration of benzimidazole leached from the catalyst prepared in Example 1 and the type of species attached to zinc were confirmed using 1H NMR and ICP analysis, and are shown in FIGS. 3 and 7.

도 3은 실시예 1로부터 제조된 촉매와 표준시료로써 ZIF-7에 대한 1H NMR 그래프이다. 1H NMR은 D2SO4에서 측정하였다. 도 3a는 표준시료인 ZIF-7, 도 3b는 실시예 1의 촉매를 2회 MPC 제조에 사용한 것, 도 3c는 실시예 1의 촉매를 4회 MPC 제조에 사용한 것, 도 3d는 실시예 1의 촉매를 6회 MPC 제조에 사용한 것, 도 3e는 메탄올(MeOH), 도 3f는 메틸 N-페닐카바메이트(MPC)이다.3 is a 1H NMR graph for ZIF-7 as a catalyst and a standard sample prepared from Example 1. FIG. 1H NMR was measured in D 2 SO 4. Figure 3a is a standard sample ZIF-7, Figure 3b is that the catalyst of Example 1 was used to prepare MPC twice, Figure 3c is that the catalyst of Example 1 was used to prepare MPC four times, and Figure 3d is to Example 1 The catalyst of 6 times was used to prepare MPC, FIG. 3E is methanol (MeOH), and FIG. 3F is methyl N-phenylcarbamate (MPC).

Catalyst RunCatalyst Run Zn : BeIm : Methoxy : MPC(Molar ratio)a Zn: BeIm: Methoxy: MPC(Molar ratio) a FreshFresh 1 : 2.08 : 0 : 0 1: 2.08: 0: 0 22 1 : 1.86 : 0.07 : 0.021: 1.86: 0.07: 0.02 44 1 : 1.69 : 0.15 : 0.291: 1.69: 0.15: 0.29 66 1 : 1.44 : 0.29 : 0.501: 1.44: 0.29: 0.50

a 아연 농도와 유기 화합물은 각각 ICP와 1H-NMR을 통해 분석하였다. a Zinc concentration and organic compound were analyzed by ICP and 1H-NMR, respectively.

ZIF-7는 D2SO4에 용해되면, 아연 이온 및 벤즈이미다졸로 파괴되어 ZIF-7에서 아연 및 벤즈이미다졸의 정량화가 가능하다. 도 3 및 표 7에 나타난 바와 같이, 1H NMR에서 표준시료인 ZIF-7에는 벤즈이미다졸만을 갖고 있고, Zn 1몰에 대한 벤즈이미다졸의 양은 2.06 몰임을 알 수 있다. 이는 ZIF-7의 실험식에 가까운 Zn(BeIm)2 구조임을 의미한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예 1의 촉매는 MPC 제조과정에 따라 Zn 1몰당 벤즈이미다졸 몰비가 1.86이였고, 촉매의 사용량이 점차 증가할수록 벤즈이미다졸 몰비도 1.44로 더 감소함을 알 수 있다.When ZIF-7 is dissolved in D 2 SO 4 , it is destroyed by zinc ions and benzimidazole, allowing the quantification of zinc and benzimidazole in ZIF-7. As shown in Fig. 3 and Table 7, in 1H NMR, ZIF-7, which is a standard sample, has only benzimidazole, and it can be seen that the amount of benzimidazole per 1 mole of Zn is 2.06 moles. This means that it has a Zn(BeIm) 2 structure close to the empirical formula of ZIF-7. However, the catalyst of Example 1 according to the present invention had a benzimidazole molar ratio per 1 mole of Zn of 1.86 according to the MPC manufacturing process, and it can be seen that the benzimidazole molar ratio further decreased to 1.44 as the amount of the catalyst increased gradually. .

또한, Zn 1몰당 디메틸카보네이트에서 유래한 메톡시카보닐옥시 그룹(methoxy)은 촉매의 사용량에 따라 0.07에서 0.29 몰로 증가됨을 알 수 있다. 이후, 10회 이상 MPC를 제조할 때에는 그 증가폭이 줄어들었으므로, 본 발명에 따른 실시예 1의 촉매는 MPC 제조함에 있어서 10회 이상 안정적으로 사용할 수 있음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the methoxycarbonyloxy group (methoxy) derived from dimethyl carbonate per mole of Zn increases from 0.07 to 0.29 moles depending on the amount of catalyst used. Thereafter, when the MPC was prepared 10 or more times, the increase was reduced, so it can be seen that the catalyst of Example 1 according to the present invention can be stably used 10 or more times in the production of MPC.

또한, 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매는 상기 메톡시카보닐옥시 그룹이 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 Zn 1몰당 0.01 내지 0.07몰이라면 무리없이 MPC 제조에 사용이 가능함을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate can be used in MPC production without difficulty if the methoxycarbonyloxy group is 0.01 to 0.07 mol per 1 mol of Zn of the zeolite imidazolate skeleton.

Claims (14)

제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF; zeolitic imidazole framework)의 가장자리에 메톡시카보닐옥시 그룹이 결합된 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매.A catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate, characterized in that a methoxycarbonyloxy group is bonded to the edge of a zeolite imidazole framework (ZIF). 제1항에 있어서,
상기 메톡시카보닐옥시 그룹은 제올라이트 이미다졸레이트 골격체의 Zn 1몰당 0.01 내지 0.07몰 포함되는 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매.
The method of claim 1,
The methoxycarbonyloxy group is a catalyst for producing methyl N-aryl carbamate, characterized in that it contains 0.01 to 0.07 mol per 1 mol of Zn of the zeolite imidazolate skeleton.
(a) 제올라이트 이미다졸레이트 골격체을 디메틸카보네이트를 혼합하여 현탁액을 제조하는 단계; 및
(b) 상기 현탁액을 가열하는 단계를 포함하는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매의 제조방법.
(a) preparing a suspension by mixing a zeolite imidazolate skeleton with dimethyl carbonate; And
(b) a method for producing a catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate comprising heating the suspension.
제3항에 있어서,
상기 (a) 단계는
(a-1) 아연 염 및 이미다졸 또는 이미다졸 유도체를 용매 하에 용해하여 전구체 용액을 제조하는 단계; 및
(a-2) 상기 전구체 용액을 가열시켜 제올라이트 이미다졸레이트 골격체를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매의 제조방법.
The method of claim 3,
The step (a) is
(a-1) dissolving a zinc salt and an imidazole or imidazole derivative in a solvent to prepare a precursor solution; And
(a-2) heating the precursor solution to prepare a zeolite imidazolate skeleton.
제4항에 있어서,
상기 아연 염은 질산 아연(zinc nitrate), 아세트산 아연(zinc acetate), 염화 아연(zinc chloride), 황산 아연(zinc sulfate), 브롬화 아연(zinc bromide), 및 요오드화 아연(zinc iodide)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매의 제조방법.
The method of claim 4,
The zinc salt is in the group consisting of zinc nitrate, zinc acetate, zinc chloride, zinc sulfate, zinc bromide, and zinc iodide. Method for producing a catalyst for producing methyl N-aryl carbamate, characterized in that at least one selected.
제4항에 있어서,
상기 이미다졸 또는 상기 이미다졸 유도체가 벤지미다졸(benzimidazole), 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole), 4-메틸이미다졸(4-methylimidazole), 2-메틸벤지미다졸(2-methylbenzimidazole), 2-니트로이미다졸(2-nitroimidazole), 5-니트로벤지미다졸(5-nitrobenzimidazole), 및 5-클로로벤지미다졸(5-chlorobenzimidazole)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매의 제조방법.
The method of claim 4,
The imidazole or the imidazole derivative is benzimidazole, 2-methylimidazole, 4-methylimidazole, 2-methylbenzimidazole ), 2-nitroimidazole, 5-nitrobenzimidazole, and 5-chlorobenzimidazole, characterized in that at least one selected from the group consisting of methyl Method for producing a catalyst for producing N-aryl carbamate.
제4항에 있어서,
상기 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, iso-프로판올, tert-부탄올, n-부탄올, 메톡시에탄올, 에톡시에탄올, 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아마이드, n-메틸-2-피롤리돈(NMP), 비닐피롤리돈, 1, 3-디메틸-2-이미다졸리디논, 디메틸설폭시드, 헥사메틸포스포라이드, 포름산, 니트로메탄, 아세트산, 및 증류수로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매의 제조방법.
The method of claim 4,
The solvent is methanol, ethanol, propanol, iso-propanol, tert-butanol, n-butanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, dimethylacetamide, dimethylformamide, n-methyl-2-pyrrolidone (NMP), Vinylpyrrolidone, 1, 3-dimethyl-2-imidazolidinone, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoride, formic acid, nitromethane, acetic acid, and methyl, characterized in that at least one selected from the group consisting of distilled water Method for producing a catalyst for producing N-aryl carbamate.
제4항에 있어서,
상기 아연 염, 및 상기 이미다졸 또는 상기 이미다졸 유도체를 각각 1 : 2 내지 4의 몰비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매의 제조방법.
The method of claim 4,
The zinc salt and the imidazole or the imidazole derivative are each mixed in a molar ratio of 1: 2 to 4, wherein the method for producing a catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate.
제3항에 있어서,
상기 (b) 단계는 180 내지 200 ℃에서, 1 내지 24 시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매의 제조방법.
The method of claim 3,
The step (b) is a method for producing a catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate, characterized in that it is carried out at 180 to 200° C. for 1 to 24 hours.
제3항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF; zeolitic imidazole framework)와 디메틸카보네이트의 몰비는 1 : 15 내지 25인 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트 제조용 촉매의 제조방법.
The method of claim 3,
In the step (a), the molar ratio of the zeolite imidazole framework (ZIF) and dimethyl carbonate is 1: 15 to 25. Method for producing a catalyst for preparing methyl N-aryl carbamate.
촉매, 방향족 아민 및 디메틸카보네이트를 혼합하고, 150 내지 250 ℃에서 반응시키는 단계를 포함하는 메틸 N-아릴카바메이트의 제조방법으로서,
상기 촉매는 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(ZIF; zeolitic imidazole framework)의 가장자리에 메톡시카보닐옥시 그룹이 결합된 것 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트의 제조방법.
As a method for producing methyl N-aryl carbamate comprising mixing a catalyst, an aromatic amine and dimethyl carbonate, and reacting at 150 to 250° C.,
The catalyst is a method for producing methyl N-aryl carbamate, characterized in that a methoxycarbonyloxy group is bonded to the edge of a zeolite imidazole framework (ZIF).
제11항에 있어서,
상기 방향족 아민 및 상기 디메틸카보네이트의 몰비는 1 : 5-40인 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트의 제조방법.
The method of claim 11,
The method for producing methyl N-aryl carbamate, characterized in that the molar ratio of the aromatic amine and the dimethyl carbonate is 1:5-40.
제11항에 있어서,
상기 촉매는 상기 방향족 아민 화합물 100 중량부를 기준으로 대비 1 내지 20 중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트의 제조방법.
The method of claim 11,
The catalyst is a method for producing methyl N-aryl carbamate, characterized in that the addition of 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the aromatic amine compound.
제11항에 있어서,
상기 방향족 아민 화합물은 아닐린, 페닐렌디아민, 메틸렌디페닐디아민 및 톨루엔디아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 메틸 N-아릴카바메이트의 제조방법.
The method of claim 11,
The aromatic amine compound is any one or more selected from the group consisting of aniline, phenylenediamine, methylenediphenyldiamine, and toluenediamine. Method for producing methyl N-aryl carbamate.
KR1020190144364A 2019-11-12 2019-11-12 zinc-imidazolate frameworks catalyst, manufacturing method thereof and preparation method for methyl N-aryl carbamate using the same KR102307202B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190144364A KR102307202B1 (en) 2019-11-12 2019-11-12 zinc-imidazolate frameworks catalyst, manufacturing method thereof and preparation method for methyl N-aryl carbamate using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190144364A KR102307202B1 (en) 2019-11-12 2019-11-12 zinc-imidazolate frameworks catalyst, manufacturing method thereof and preparation method for methyl N-aryl carbamate using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210057520A true KR20210057520A (en) 2021-05-21
KR102307202B1 KR102307202B1 (en) 2021-09-30

Family

ID=76157840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190144364A KR102307202B1 (en) 2019-11-12 2019-11-12 zinc-imidazolate frameworks catalyst, manufacturing method thereof and preparation method for methyl N-aryl carbamate using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102307202B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3763217A (en) 1970-12-03 1973-10-02 Halcon International Inc Preparation of carbamates
US4268683A (en) 1980-02-21 1981-05-19 The Dow Chemical Company Preparation of carbamates from aromatic amines and organic carbonates

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3763217A (en) 1970-12-03 1973-10-02 Halcon International Inc Preparation of carbamates
US4268683A (en) 1980-02-21 1981-05-19 The Dow Chemical Company Preparation of carbamates from aromatic amines and organic carbonates

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Deliana Dahnum 외, Journal of Catalysis, 380, 2019, 297~306 (2019.10.22.) *
비특허문헌 1. Fang Li et. al. Appl., Catal. A: Gen., 475, 355-362 (2014)
비특허문헌 2. Zhangg L et. al., Catalysis Today., 158, 279-285 (2010)

Also Published As

Publication number Publication date
KR102307202B1 (en) 2021-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101654731B1 (en) NN'- Polymer resin-anchored ionic liquid catalyst and preparing method of NN-substituted urea using the same
CA1229343A (en) Preparation of carbamates
US10124321B2 (en) Carbon nitride heterogeneous catalyst containing rhodium, method for preparing the same, and method for preparing acetic acid using the same
Geng et al. Rhenium-catalyzed C–H aminocarbonylation of azobenzenes with isocyanates
EP3411038B1 (en) Improved process for the preparation of osimertinib (azd9291) or a salt thereof, and "azd9291 aniline" or a salt thereof
EP2102182B1 (en) Catalytic process for asymmetric hydrogenation
KR102307202B1 (en) zinc-imidazolate frameworks catalyst, manufacturing method thereof and preparation method for methyl N-aryl carbamate using the same
EP1893563B1 (en) Production of n-aryl carbamates and n-aryl isocyanates
EP3173404B1 (en) Method for preparing n,n'-bis(2-cyanoethyl)-1,2-ethylenediamine
US9199924B2 (en) Process for the preparation of urethanes
EP1731501A1 (en) Method of amidocarbonylation reaction
KR101865817B1 (en) Zinc-amine complex catalyst, preparation method therof and preparation method for methyl N-phenyl carbamate using the same
CN115477614A (en) Benzimidazole column [5] arene N-heterocyclic carbene ligand and preparation method and application thereof
US10722875B2 (en) Zinc-imidazole complex mixed catalyst and method for producing methyl N-phenyl carbamate using the same
EP0532861B1 (en) Method for producing a carbonic acid ester
US10947170B2 (en) Process for the preparation of deuterated ethanol from D2O
Kipshagen et al. Formic acid as H 2 storage system: hydrogenation of CO 2 and decomposition of formic acid by solid molecular phosphine catalysts
CN109704301B (en) Preparation method and application of cobalt-sulfur co-doped mesoporous carbon
KR101726316B1 (en) Cesium-azolide catalysts and preparing method of disubstituted urea using the catalyst
EP2513126B1 (en) Bimetallic complexes and their use in the preparation of diarylcarbonate
KR20150134964A (en) Method for Preparing Diureido Compounds
KR101609191B1 (en) Method for Preparing Dicarbamate Compounds
EP4165014B1 (en) Synthesis of n-(2,4-dinitrophenyl)-4-nitrobenzamide (tnba) using solid acid catalysts
KR102509969B1 (en) Palladium complex catalyst and method of synthesizing polyketone using the palladium complex catalyst
EP3794004B1 (en) Molecular catalysts for selective hydrogenolysis of amides

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right