KR20220089387A - Catalyst for producing omega aminoalkanoic acid by simultaneous reductive amination and hydrolysis reaction and method for producing omega aminoalkanoic acid using the same - Google Patents

Catalyst for producing omega aminoalkanoic acid by simultaneous reductive amination and hydrolysis reaction and method for producing omega aminoalkanoic acid using the same Download PDF

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Abstract

본 발명은 오메가 아미노알칸산을 천연물질로부터 제조하는 반응을 촉진하는 촉매 및 이의 제조방법, 그리고, 상기 촉매를 이용하여 오메가 아미노알칸산을 제조하는 방법에 관한 것으로 올레인산 함유 오일의 복분해반응과 트랜스에스테르반응 및 하이드로포밀화 반응으로 제조된 오메가 알데하이드 에스테르를 알데하이드의 환원적 아민화와 에스테르의 가수분해 반응을 동시에 수행하여 오메가 아미노알칸산을 고수율로 합성하는 특징이 있으며, 환원적 아민화 반응단계와 가수분해 반응단계의 2단계 반응을 1단계로 단일 반응기에서 동시에 수행하므로 가수분해 반응설비, 아민에스테르 생성물의 분리정제 및 가수분해 촉매제거 공정이 생략되어 매우 경제적이며 친환경적인 장점이 있다. The present invention relates to a catalyst for accelerating the reaction of producing omega aminoalkanoic acid from a natural material, a method for preparing the same, and a method for producing omega aminoalkanoic acid using the catalyst. Metathesis reaction of oleic acid-containing oil and transester It is characterized by synthesizing omega aminoalkanoic acid in high yield by simultaneously performing reductive amination of aldehyde and hydrolysis of ester on omega aldehyde ester prepared by reaction and hydroformylation reaction. Since the two-step reaction of the hydrolysis reaction step is performed simultaneously in a single reactor as one step, the hydrolysis reaction facility, separation and purification of the amine ester product, and the hydrolysis catalyst removal process are omitted, which is very economical and eco-friendly.

Description

환원적 아민화와 가수분해 반응의 동시 진행에 의한 오메가 아미노알칸산 제조용 촉매 및 이를 이용한 오메가 아미노알칸산 제조 방법 {Catalyst for producing omega aminoalkanoic acid by simultaneous reductive amination and hydrolysis reaction and method for producing omega aminoalkanoic acid using the same}Catalyst for producing omega aminoalkanoic acid by simultaneous reductive amination and hydrolysis reaction and method for producing omega aminoalkanoic acid using the same the same}

본 발명은 환원적 아민화 반응(Reductive amination)과 가수분해 반응 (Hydrolysis)을 이용하여 오메가 아미노알칸산을 제조하는 촉매 및 이를 이용한 아미노알칸산 제조에 관한 것으로서, 상세하게는 폴리아미드(나일론)의 원료인 오메가 아미노알칸산을 제조함에 있어서 오메가 알데하이드 에스테르를 원료로, 알데하이드의 환원적 아민화와 에스테르의 가수분해 반응을 동시에 촉진할 수 있는 Raney Ni-M 촉매 및 이를 사용한 오메가 아미노알칸산을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for producing omega aminoalkanoic acid using reductive amination and hydrolysis, and to aminoalkanoic acid production using the same, and more particularly, to polyamide (nylon) In the production of omega aminoalkanoic acid, which is a raw material, using omega aldehyde ester as a raw material, Raney Ni-M catalyst that can simultaneously promote reductive amination of aldehyde and hydrolysis of ester, and omega aminoalkanoic acid using the same it's about how

폴리아미드 11 또는 나일론 11은 Arkema Rilsan® 으로 알려져 있으며 탄소 11 오메가 아미노알칸산의 축합중합으로 합성된다. 나일론 11은 현재 피마자유(castor oil)에서 합성되는 바이오플라스틱으로 석유계의 나일론 6, 나일론 6-6 및 나일론 6-10에 비해 가장 낮은 융점(melting point), 가장 낮은 비중(specific gravity)과 가장 낮은 흡수성(moisture absorption)을 가지고 있다. 또한 내산성, 내알칼리성 및 내산화성을 가지고 있어서 고품질의 엔지니어링 플라스틱으로, 자동차산업, 연료, 전자, 스포츠 산업분야에서 케이블, 튜브, 스포츠용품, 공업용 섬유, 파우더코팅제, 합성섬유로 사용되고 있다. Polyamide 11 or nylon 11, known as Arkema Rilsan ® , is synthesized by the condensation polymerization of carbon 11 omega aminoalkanoic acids. Nylon 11 is currently a bioplastic synthesized from castor oil, and has the lowest melting point, lowest specific gravity and the highest compared to petroleum-based nylon 6, nylon 6-6 and nylon 6-10. It has low moisture absorption. In addition, it has acid resistance, alkali resistance and oxidation resistance, so it is a high-quality engineering plastic, and is used in the automobile industry, fuel, electronics, and sports industries as cables, tubes, sporting goods, industrial fibers, powder coatings, and synthetic fibers.

탄소 11 오메가 아미노알칸산은 공업적으로 피마자유의 리신올레인산(ricinoleic acid) 성분으로부터 5 단계의 반응으로 합성되며, 도 1에 나타낸 바와 같이 피마자유는 메틸 알콜로 트랜스에스테르화하여 메틸 리신올레이트로 전환되고(Ⅰ), 메틸 리신올레이트를 고온에서 열분해하여 메틸 운데시레네이트와 헵탄알데하이드를 합성한다(Ⅱ). 합성된 메틸 운데시레네이트를 가수분해하여 운데시렌산을 합성하고(Ⅲ), 상기 운데시렌산(탄소 11 오메가 올레핀산)을 과산화물하에서 브롬산과 반응시켜 탄소 11 오메가 브로모알칸산을 합성한다(Ⅳ). 이 후 탄소 11 오메가 브로모알칸산을 환원적 아민화 반응시켜 최종적으로 탄소 11 오메가 아미노알칸산을 합성한다(V). 그러나 상기 공정은 고온 열분해단계의 에너지 과소비와 환경독성 물질인 브롬을 사용하여 환경에 유해할 수 있으므로, 에너지 사용의 감소와 친환경 공정으로의 개선이 요구되고 있다.Carbon 11 omega aminoalkanoic acid is industrially synthesized from the ricinoleic acid component of castor oil in five steps, and as shown in FIG. 1, castor oil is transesterified with methyl alcohol and converted to methyl lysinoleate. (I), methyl lysinoleate is thermally decomposed at high temperature to synthesize methyl undecyrenate and heptanaldehyde (II). The synthesized methyl undecyrenate is hydrolyzed to synthesize undecyrenic acid (III), and the undecyrenic acid (carbon 11 omega olefin acid) is reacted with hydrobromic acid under peroxide to synthesize carbon 11 omega bromoalkanoic acid ( IV). Thereafter, carbon 11 omega bromoalkanoic acid is subjected to a reductive amination reaction to finally synthesize carbon 11 omega aminoalkanoic acid (V). However, since the process may be harmful to the environment by using bromine, which is an environmentally toxic material and excessive energy consumption in the high-temperature pyrolysis step, a reduction in energy use and improvement to an eco-friendly process are required.

한편, 관련 선행기술로 미국공개특허 2016/0185705 A1에서는 운데시렌산(탄소 11 오메가 올레핀산)을 과산화물 하에서 브롬산과 반응시켜 탄소 11 오메가 브로모알칸산을 합성하는 방법을 보고하였고, 미국등록특허 8431728 B2에서는 탄소 11 오메가 브로모알칸산을 환원적 아민화 반응하여 탄소 11 오메가 아미노알칸산을 합성하는 방법을, 중국특허 CN103804209에서는 브롬화와 아민화를 연속적으로 수행하는 방법을 보고하였다. On the other hand, as a related prior art, U.S. Patent Publication No. 2016/0185705 A1 reports a method of synthesizing carbon 11 omega bromoalkanoic acid by reacting undecyrenic acid (carbon 11 omega olefinic acid) with hydrobromic acid under a peroxide, US Patent 8431728 In B2, a method of synthesizing carbon 11 omega aminoalkanoic acid by reductive amination reaction of carbon 11 omega bromoalkanoic acid, and in Chinese Patent CN103804209, a method of continuously performing bromination and amination were reported.

또한, 피마자유 외에 베르놀린산(veronolic acid)으로부터 환원, 산화, 옥심화, 배크만 재배열, 호프만 분해 및 가수분해의 6단계 반응을 하여, 탄소 11 오메가 아미노알칸산을 합성하는 방법이 논문(JAOCS, 1997, 74, pp531-538)에 보고되었지만, Arkema 공정에 비해 더 많은 6단계이며 각 단계에서의 낮은 수율로 공정개선이 요구되고 있다(도 2 참조).In addition to castor oil, a method for synthesizing carbon 11 omega aminoalkanoic acid by performing a six-step reaction of reduction, oxidation, oximation, Bachman rearrangement, Hoffman decomposition and hydrolysis from veronolic acid is described ( JAOCS, 1997, 74, pp531-538), but there are 6 more steps than the Arkema process, and process improvement is required due to the low yield in each step (see FIG. 2).

한편, 한국특허 10-1341888에서는 식물유로부터 얻어지는 올레인산 에스테르를 환원적 가오존분해반응과 시아노아세트산을 사용한 크네페나겔 축합반응, 2 단계 수소환원반응을 연속적으로 수행하여 탄소 11 오메가 아미노알칸산을 합성하는 방법을 보고하였다. 피마자유를 원료로하는 Arkema 공정에 비해 다양한 식물유를 사용하며, 4 단계의 비교적 작은 단계로 합성하지만, 고가의 오존과 시아노아세트산을 당량비 이상으로 사용하므로 원료 비용이 크게 증가되어 경제성 면에서 개선이 요구된다. 도 3에 상기 특허에서의 반응식을 도시 하였다.Meanwhile, in Korea Patent 10-1341888, carbon 11 omega aminoalkanoic acid is synthesized by continuously performing a reductive ozonolysis reaction of an oleic acid ester obtained from vegetable oil, a Knefenagel condensation reaction using cyanoacetic acid, and a two-step hydrogen reduction reaction. reported how to do it. Compared to the Arkema process, which uses castor oil as a raw material, various vegetable oils are used, and it is synthesized in four relatively small steps. is required 3 shows the reaction scheme in the above patent.

Elevance사에서는 도 4에 도시한 반응 단계와 같이 대두유, 팜유, 카놀라유 및 유채유 등의 식물유를 복분해반응(metathesis)과 트랜스에스테르화 반응을 연속하여 2단계로 메틸 운데시레네이트(탄소 10 오메가 올레핀산 메틸 에스테르)를 합성하는 공정을 개발하여 상업생산하고 있다. 이는 피마자유에서 합성되는 공정에 비해 다양한 저가의 식물유를 사용할 수 있는 것과 열분해공정이 아닌 저온저압의 복분해공정으로 인한 고수율, 저에너지 비용의 공정이라는 장점도 있다. In Elevance, as in the reaction step shown in FIG. 4, methyl undecyrenate (carbon 10 omega olefinic acid methyl ester) has been developed and commercialized. Compared to the process synthesized from castor oil, it has the advantage of being able to use various inexpensive vegetable oils and a high-yield, low-energy cost process due to the low-temperature and low-pressure metathesis process rather than the pyrolysis process.

본 발명자들은 폴리아미드 11의 단량체인 탄소 11 오메가 아미노알칸산을 천연물질로부터 제조하는 방법을 개발하고자 노력한 결과, 올레인산 함유 오일의 복분해반응과 트랜스에스테르반응 및 하이드로포밀화 반응으로 제조된 탄소 11 오메가 알데하이드 에스테르를, 특정 촉매의 존재 하에서 알데하이드의 환원적 아민화와 에스테르의 가수분해 반응을 동시에 수행하여 탄소 11 오메가 아미노알칸산을 1단계로 제조할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.As a result of the present inventors' efforts to develop a method for producing carbon 11 omega aminoalkanoic acid, the monomer of polyamide 11, from a natural material, carbon 11 omega aldehyde prepared by metathesis reaction of oleic acid-containing oil, transesterification reaction, and hydroformylation reaction The present invention was completed by confirming that carbon 11 omega aminoalkanoic acid can be prepared in one step by simultaneously performing reductive amination of an aldehyde and hydrolysis of an ester to an ester in the presence of a specific catalyst.

미국공개특허 2016/0185705 A1(2016.06.30. 공개)US Patent Publication No. 2016/0185705 A1 (published on June 30, 2016) 미국등록특허 8431728 B2 (2013.04.30. 공고)US Patent 8431728 B2 (2013.04.30. Announcement) 중국등록특허 103804209 B (2016.01.27. 공고)China Registered Patent 103804209 B (2016.01.27. Announcement) 한국등록특허 10-1341888 B1 (2013.12.10. 공고)Korean Patent Registration 10-1341888 B1 (2013.12.10. Announcement)

JAOCS, 1997, 74, 531-538 JAOCS, 1997, 74, 531-538

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 탄소 11 오메가 알데하이드 에스테르의 알데하이드 환원적 아민화와 에스테르 가수분해 반응을 동시에 진행하는데 유용한 촉매와 그 제조 방법을 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a catalyst useful for simultaneously performing aldehyde reductive amination and ester hydrolysis of carbon 11 omega aldehyde esters and a method for preparing the same.

또한, 본 발명은 탄소 11 오메가 알데하이드 에스테르의 알데하이드 환원적 아민화와 에스테르의 가수분해 반응을 동시에 수행하여 탄소 11 오메가 아미노알칸산 제조하는 방법을 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing carbon 11 omega aminoalkanoic acid by simultaneously performing aldehyde reductive amination of carbon 11 omega aldehyde ester and hydrolysis of the ester.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 크롬, 몰리브덴, 망간, 철, 코발트 중에서 선택된 하나 이상의 금속 M과 Raney Ni이 혼합된 Raney Ni-M 금속 촉매로서, 상기 Raney Ni의 함량은 90내지 99.9wt% 이고 M 의 함량은 0.1 내지 10wt% 인 것을 특징으로 하는 오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산 제조용 촉매를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a Raney Ni-M metal catalyst in which one or more metals M and Raney Ni selected from chromium, molybdenum, manganese, iron, and cobalt are mixed, wherein the Raney Ni content is 90 to 99.9 wt% And the content of M provides a catalyst for the production of omega aminoalkanoic acid from omega aldehyde ester, characterized in that 0.1 to 10wt%.

상기 Raney Ni-M 촉매에서, 분산형 X-선 분광분석기(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDS)로 분석한 Ni의 함량은 80 내지 99 wt% 일 수 있다.In the Raney Ni-M catalyst, the content of Ni analyzed by an Energy Dispersive X-ray Spectrometer (EDS) may be 80 to 99 wt%.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속 M이 Raney Ni의 표면에 분산된 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal M may be dispersed on the surface of Raney Ni.

또한, 본 발명은 a) 크롬, 몰리브덴, 망간, 철, 코발트 중에서 선택된 하나 이상의 금속 M의 전구체를 용매에 녹여 M 전구체 용액을 만드는 단계; b) M 전구체 용액에 Raney Ni을 가하고 혼합한 후 건조하는 단계; c) M 전구체 함유 Raney Ni을 수소 분위기하에서 소성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산 제조용 금속 촉매의 제조 방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of: a) dissolving a precursor of at least one metal M selected from among chromium, molybdenum, manganese, iron, and cobalt in a solvent to prepare a M precursor solution; b) adding Raney Ni to the M precursor solution, mixing, and drying; c) sintering Raney Ni containing the M precursor in a hydrogen atmosphere; provides a method for preparing a metal catalyst for preparing omega aminoalkanoic acid from omega aldehyde ester, comprising the steps of:

상기 a)단계에서, 금속 M의 전구체를 용해하는 용매로서는 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필알콜, 아세톤, 메틸에틸케톤, 다이옥산, 에틸아세테이트, 톨루엔 중에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 상기 금속 M의 전구체로서는 아세틸아세토네이트 금속화합물과 카르보닐 금속화합물 및 아세테이트 금속화합물일 수 있다.In step a), the solvent for dissolving the precursor of metal M may be at least one selected from methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, dioxane, ethyl acetate, and toluene, and as the precursor of metal M, acetyl It may be an acetonate metal compound, a carbonyl metal compound, and an acetate metal compound.

또한, 상기 c)단계의 수소 분위기는 질소로 희석된 수소 분위기일 수 있으며, 소성온도는 200 ~ 500℃의 범위일 수 있다.In addition, the hydrogen atmosphere in step c) may be a hydrogen atmosphere diluted with nitrogen, and the firing temperature may be in the range of 200 to 500°C.

또한, 본 발명은 본원의 발명에 따른 촉매의 존재 하에서, 오메가 알데하이드 에스테르의 환원적 아민화 반응과 가수분해 반응을 동시에 수행하여 오메가 아미노알칸산을 제조하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for preparing omega aminoalkanoic acid by simultaneously performing a reductive amination reaction and a hydrolysis reaction of an omega aldehyde ester in the presence of a catalyst according to the present invention.

상기 오메가 알데하이드 에스테르는 올레인산을 복분해시켜 수득한 오메가 올레핀산 에스테르를 하이드로포르밀화 반응하여 수득한 것일 수 있으며, 상기 오메가 알데하이드 에스테르의 환원적 아민화 반응과 가수분해 반응은 60 ~ 150 ℃, 10 ~ 100 bar의 수소 압력하에서 수행될 수 있다.The omega aldehyde ester may be obtained by hydroformylation of an omega olefin acid ester obtained by metathesis of oleic acid. It can be carried out under a hydrogen pressure of bar.

본 발명에 따른 촉매는 올레인산 함유 오일의 복분해반응과 트랜스에스테르반응 및 하이드로포밀화 반응으로 제조된 오메가 알데하이드 에스테르를 알데하이드의 환원적 아민화와 에스테르의 가수분해 반응을 동시에 수행할 수 있으며, 상기 촉매를 이용한 오메가 아미노알칸산을 천연물질로부터 제조하는 본 발명의 방법은 기존 2단계 반응을 1단계로 간단하게 함으로 1단계의 반응설비와 생성물 분리정제 및 중간 단계의 촉매제거 공정이 생략되므로 경제적이며, 또한 친환경적이다. The catalyst according to the present invention can simultaneously perform reductive amination of aldehyde and hydrolysis of ester of omega aldehyde ester prepared by metathesis reaction of oleic acid-containing oil, transester reaction, and hydroformylation reaction, The method of the present invention for producing the used omega aminoalkanoic acid from a natural material is economical because the existing two-step reaction is simplified in one step, the reaction equipment in the first step, product separation and purification, and the catalyst removal process in the intermediate step are omitted, and also Eco-friendly.

도 1은 피마자유의 리신올레인산(ricinoleic acid) 성분으로부터 아미노알칸산을 공업적으로 합성하는 5단계의 반응식을 나타내었다.
도 2는 베르놀린산(veronolic acid)으로부터 6단계 반응을 통하여 탄소 11 오메가 아미노알칸산을 합성하는 반응식을 나타내었다.
도 3은 올레인산 에스테르의 환원적 가오존분해반응과 시아노아세트산을 사용한 크네페나겔 축합반응, 2단계 수소환원반응을 연속적으로 수행하여 탄소 11 오메가 아미노알칸산을 합성하는 반응식을 나타내었다.
도 4는 Elevance사에서 대두유, 팜유, 카놀라유 및 유채유 등의 식물유를 복분해반응(metathesis)과 트랜스에스테르화 반응을 연속하여 2단계로 메틸 운데시레네이트(탄소 10 오메가 올레핀산 메틸 에스테르)를 합성하는 반응식을 나타내었다.
도 5는 하이드로포밀화 반응을 이용한 아미노알칸산 또는 그의 구조이성질체의 제조 반응식을 나타내었다.
도 6은 알데하이드 에스테르로부터 아미노알칸산을 합성하기 위한 2 단계 반응식을 나타내었다.
도 7은 본 발명에 따른 알데하이드 에스테르로부터 아미노알칸산을 1단계로 제조하는 반응식을 나타내었다.
1 shows a reaction scheme of five steps for industrially synthesizing aminoalkanoic acid from ricinoleic acid component of castor oil.
2 shows a reaction scheme for synthesizing carbon 11 omega aminoalkanoic acid from veronolic acid through a six-step reaction.
3 shows a reaction scheme for synthesizing carbon 11 omega aminoalkanoic acid by continuously performing a reductive ozonolysis reaction of an oleic acid ester, a Knefenagel condensation reaction using cyanoacetic acid, and a two-step hydrogen reduction reaction.
Figure 4 is a method of synthesizing methyl undecyrenate (carbon 10 omega olefinic acid methyl ester) in two consecutive steps of metathesis and transesterification of vegetable oils such as soybean oil, palm oil, canola oil and rapeseed oil by Elevance. The reaction formula is shown.
5 shows a reaction scheme for preparing an aminoalkanoic acid or a structural isomer thereof using a hydroformylation reaction.
6 shows a two-step scheme for synthesizing an aminoalkanoic acid from an aldehyde ester.
7 shows a reaction scheme for preparing aminoalkanoic acid from an aldehyde ester according to the present invention in one step.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein and the experimental methods described below are those well known and commonly used in the art.

본 발명은 오메가 아미노알칸산을 천연물질로부터 제조하는 효율적인 방법으로서 올레인산 함유 오일의 복분해 반응과 트랜스에스테르 반응 및 하이드로포밀화 반응으로 제조된 오메가 알데하이드 에스테르를 알데하이드의 환원적 아민화와 에스테르의 가수분해 반응을 동시에 촉진하는 촉매를 사용하여 오메가 아미노알칸산을 1단계로 제조할 수 있다.The present invention is an efficient method for producing omega aminoalkanoic acid from natural materials. Reductive amination of aldehyde and hydrolysis of omega aldehyde ester prepared by metathesis reaction of oleic acid-containing oil, transester reaction, and hydroformylation reaction Omega aminoalkanoic acid can be prepared in one step using a catalyst that simultaneously promotes

본 발명에서의 상기 오메가 알데하이드 에스테르는 탄소 11 오메가 알데하이드 에스테르일 수 있으며, 상기 오메가 아미노알칸산은 폴리아미드 11의 단량체인 탄소 11 오메가 아미노알칸산일 수 있다.The omega aldehyde ester in the present invention may be a carbon 11 omega aldehyde ester, and the omega aminoalkanoic acid may be a carbon 11 omega aminoalkanoic acid, a monomer of polyamide 11.

상기 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 탄소 11 오메가 아미노알칸산과 그의 구조이성질체는 폴리아미드의 단량체로 사용되며, 각 이성질체의 비율에 따라 다른 물성을 갖는 폴리아미드가 될 수 있다. 하이드로포밀화 반응단계에서 반응의 특징을 통해 구조이성질체가 합성될 수 있으며, 이 이성질체들은 일련의 반응을 통해 탄소 11 오메가 아미노알칸산을 제조할 수 있다. 따라서 본 발명은 다양한 폴리아미드를 제조할 수 있는 새로운 친환경적인 방법이 될 수 있다.The carbon 11 omega aminoalkanoic acid prepared according to the embodiment of the present invention and its structural isomer are used as a monomer of polyamide, and may be polyamide having different physical properties depending on the ratio of each isomer. Structural isomers can be synthesized through the characteristics of the reaction in the hydroformylation step, and these isomers can produce carbon 11 omega aminoalkanoic acid through a series of reactions. Therefore, the present invention can be a new eco-friendly method for producing various polyamides.

하이드로포밀화 반응을 이용한 아미노알칸산 또는 그의 구조이성질체의 제조방법은 도 5에 도시한 반응식과 같이 리간드 및 촉매의 존재 하에 올레핀산 에스테르를 하이드로포밀화 반응시켜 알데하이드 에스테르를 제조한다.In the method for preparing aminoalkanoic acid or its structural isomer using the hydroformylation reaction, an aldehyde ester is prepared by hydroformylation of an olefinic acid ester in the presence of a ligand and a catalyst, as shown in the reaction scheme shown in FIG. 5 .

하이드로포밀화 반응단계에서 수득한 알데하이드 에스테르로부터 아미노알칸산을 합성하기 위한 기존의 방법은 하기 도 6에 도시한 바와 같이 2 단계 반응을 거친다.The conventional method for synthesizing aminoalkanoic acid from the aldehyde ester obtained in the hydroformylation step undergoes a two-step reaction as shown in FIG. 6 below.

먼저 1 단계로 알데하이드 에스테르에, 암모니아와 수소를 투입, 소정의 압력이 되도록 하고, 라니니켈과 같은 아민화 촉매를 사용하여 알데하이드를 선택적으로 환원적 아민화하여 아미노에스테르를 합성한 후, 아민화 촉매와 미반응 암모니아 등을 제거한다. 다음의 2 단계로는 반응물인 물과 가수분해 반응용 산 촉매를 아미노에스테르에 가하고, 상압 환류하여 아미노에스테르를 가수분해하여 아미노알칸산을 합성하는 방법으로 수행하고 있다. First, ammonia and hydrogen are added to the aldehyde ester in a first step to a predetermined pressure, and the aldehyde is selectively reductive amination using an amination catalyst such as Raney Nickel to synthesize an amino ester, and then the amination catalyst and unreacted ammonia. In the next two steps, water as a reactant and an acid catalyst for the hydrolysis reaction are added to the amino ester, and the amino ester is hydrolyzed by refluxing at atmospheric pressure to synthesize amino alkanoic acid.

이와 같이 반응을 2 단계로 진행하는 것은, 1 단계의 환원적 아민화 반응촉매와 반응물, 반응조건이 2 단계의 가수분해 반응 촉매, 반응물, 반응조건과 매우 상이하므로, 이들을 동시에 진행시 각각의 반응에서 미반응과 부반응이 크게 진행되어 최종 아미노알칸산의 수율이 매우 낮게 되며, 상기 각각의 환원적 아민화 반응을 촉진하는 촉매와 가수분해 반응을 촉진하는 촉매를 동시에 사용하게 되면, 상호 산염기 중화작용 및 피독으로 인해 각 촉매의 활성이 감소하기 때문이다.In proceeding the reaction in two steps as described above, since the reductive amination reaction catalyst, reactant, and reaction conditions of the first step are very different from the hydrolysis reaction catalyst, the reactant, and the reaction conditions of the second step, each reaction when proceeding at the same time In the reaction, the unreacted and side reactions proceed greatly, resulting in a very low yield of the final aminoalkanoic acid. This is because the activity of each catalyst decreases due to action and poisoning.

그러나 본 발명에서는 기존의 상기 반응들을 각각 촉진하는 개별 촉매와 달리, 상기 환원적 아민화 반응과 가수분해 반응을 동시에 촉진할 수 있는 촉매를 개발하였으며, 상기 본원 발명의 촉매를 사용할 경우, 도 7에 도시한 바와 같이 암모니아와 물을 원료 물질로 하여 알데하이드의 환원적 아민화 반응과 에스테르의 가수분해 반응을 동시에 진행시켜 아미노알칸산을 1단계로 제조할 수 있게 된다.However, in the present invention, a catalyst capable of simultaneously promoting the reductive amination reaction and the hydrolysis reaction has been developed, unlike the existing individual catalysts that promote each of the above reactions. When the catalyst of the present invention is used, FIG. As shown, the reductive amination reaction of an aldehyde and the hydrolysis reaction of an ester are simultaneously carried out using ammonia and water as raw materials to prepare an aminoalkanoic acid in one step.

본 발명에 있어서, 오메가 알데하이드 에스테르의 환원적 아민화 반응과 가수분해 반응의 원료 물질로 사용되는 암모니아와 물은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 유기용매에 용해된 상태일 수 있으며, 바람직하게는 암모니아와 물이 메탄올에 동시에 용해된 상태일 수 있다.In the present invention, ammonia and water used as raw materials for the reductive amination reaction and hydrolysis reaction of omega aldehyde esters are at least one organic selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, benzene, toluene and xylene. It may be in a dissolved state in a solvent, and preferably, ammonia and water may be dissolved in methanol at the same time.

상기 암모니아는 1~20 당량, 바람직하게는 1~10 당량을 첨가할 수 있다. 암모니아를 1 당량 미만으로 첨가할 때는 반응이 완전히 진행되지 않는 문제점이 있고, 20 당량 초과로 첨가할 경우에는 반응 후 폐기물로 인해 처리 비용이 많아지는 문제점이 있다.The ammonia may be added in an amount of 1 to 20 equivalents, preferably 1 to 10 equivalents. When ammonia is added in less than 1 equivalent, there is a problem that the reaction does not proceed completely, and when added in excess of 20 equivalents, there is a problem in that the treatment cost increases due to waste after the reaction.

상기 물은 1~20 당량, 바람직하게는 1~10 당량을 첨가할 수 있다. 물을 1 당량 미만으로 첨가할 때는 가수분해 반응이 완전히 진행되지 않는 문제점이 있고, 20 당량 초과로 첨가한 경우에는 환원적 아민화 반응성이 감소하는 문제점이 있다.The water may be added in an amount of 1 to 20 equivalents, preferably 1 to 10 equivalents. When less than 1 equivalent of water is added, there is a problem in that the hydrolysis reaction does not proceed completely, and when water is added in excess of 20 equivalents, there is a problem in that reductive amination reactivity is reduced.

본 발명에 따른 상기 환원적 아민화와 가수분해 동시 반응에 효과적인 촉매 는 크롬, 몰리브덴, 망간, 철, 코발트 중의 하나 이상의 금속 M 과 라니니켈(Raney Nickel)을 동시에 포함하며, 본 명세서에서는 상기 촉매를 “Raney Ni-M”으로 표현한다. The catalyst effective for the simultaneous reductive amination and hydrolysis reaction according to the present invention includes at least one metal M among chromium, molybdenum, manganese, iron, and cobalt and Raney Nickel, and in the present specification, the catalyst is It is expressed as “Raney Ni-M”.

라니니켈은 스폰지니켈이라고도 하며 니켈-알루미늄 합금에서 파생된 니켈로 구성된 미세 입자형 고체로서, 니켈과 알루미늄이 거의 동량으로 되는 합금에 수산화나트륨 열수용액을 작용시켜서 알루미늄을 녹여 없애고, 미세한 분산상태로 니켈을 남게하여 제조된다. 상기 라니니켈에는 Na, Al 등이 10wt% 정도까지 포함되어 있을 수 있다.Raney nickel, also called sponge nickel, is a fine-grained solid composed of nickel derived from a nickel-aluminum alloy. It melts and removes aluminum by applying a hot aqueous solution of sodium hydroxide to an alloy in which nickel and aluminum are approximately equal in amount. It is manufactured by leaving The Raney Nickel may contain up to about 10 wt% of Na, Al, or the like.

상기 Raney Ni-M 촉매에서, Raney Ni의 함량은 90 ~ 99.9 wt%, 바람직하게는 95 ~ 99.9wt% 이며, M의 함량은 0.1 ~ 10wt%, 바람직하게는 1 ~ 5wt% 일 수 있다.In the Raney Ni-M catalyst, the Raney Ni content may be 90 to 99.9 wt%, preferably 95 to 99.9 wt%, and the M content may be 0.1 to 10 wt%, preferably 1 to 5 wt%.

전술할 바와 같이 상기 Raney Ni에는 제법에 따라 Al, Na 등도 포함될 수 있으므로, 본 발명에 따른 Raney Ni-M 촉매를 분산형 X-선 분광분석기(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDS)로 분석한 Ni의 함량은 80 ~ 99wt%의 범위일 수 있으며, 바람직하게는 90 ~ 95wt%의 범위일 수 있다.As described above, since the Raney Ni may also contain Al, Na, etc. depending on the manufacturing method, the Raney Ni-M catalyst according to the present invention was analyzed using an Energy Dispersive X-ray Spectrometer (EDS). The content may be in the range of 80 to 99 wt%, preferably in the range of 90 to 95 wt%.

본 발명의 Raney Ni-M 촉매에서, 상기 Raney Ni성분은 환원적 아민화 반응에 활성을 보이며, 금속 M 성분은 가수분해 반응에 활성을 보이는 것으로 판단된다. 본 발명의 Raney Ni-M 촉매에서, M 은 바람직하게는 크롬 및/또는 몰리브덴이다. In the Raney Ni-M catalyst of the present invention, it is determined that the Raney Ni component is active in the reductive amination reaction, and the metal M component is active in the hydrolysis reaction. In the Raney Ni-M catalyst of the present invention, M is preferably chromium and/or molybdenum.

본 발명의 Raney Ni-M 금속촉매는 a) 크롬, 몰리브덴, 망간, 철, 코발트 중에서 선택된 하나 이상의 금속 M 의 전구체를 용매에 녹여 M 전구체 용액을 만드는 단계; b) M 전구체 용액에 Raney Ni을 가하고 혼합한 후 건조하는 단계; c) M 전구체 함유 Raney Ni을 환원가스 분위기하에서 소성하는 단계를 통하여 합성할 수 있다. The Raney Ni-M metal catalyst of the present invention comprises: a) dissolving a precursor of at least one metal M selected from chromium, molybdenum, manganese, iron, and cobalt in a solvent to prepare a M precursor solution; b) adding Raney Ni to the M precursor solution, mixing, and drying; c) It can be synthesized through the step of calcining Raney Ni containing M precursor under a reducing gas atmosphere.

상기 a) 단계에서 금속 M의 전구체를 용해하는 용매로서는 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필알콜, 아세톤, 메틸에틸케톤, 다이옥산, 에틸아세테이트, 톨루엔 중에서 선택된 하나 이상의 용매가 바람직하며, 용매의 사용량은 전구체 질량 대비 2배 내지 10배가 바람직하다. 용매의 사용량이 2배 미만이면 전구체가 균일하게 용해되지 않아서 M 성분의 균일한 분산이 되지 않아 반응 활성과 선택성이 감소하고, 용매의 사용량이 10배를 초과하면 전구체의 농도가 낮아져서 용매 제거를 위한 건조 시간이 크게 증가하고, 전구체의 균일하고 신속한 담지가 되지 않으므로 M 성분의 불균일한 분산이 발생하여 반응 활성과 선택성이 감소된다.As a solvent for dissolving the precursor of metal M in step a), at least one solvent selected from among methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, dioxane, ethyl acetate, and toluene is preferable, and the amount of the solvent used is determined by the mass of the precursor. 2 to 10 times the contrast is preferred. If the amount of the solvent used is less than 2 times, the precursor is not uniformly dissolved and the M component is not uniformly dispersed, so that the reaction activity and selectivity decrease. The drying time is greatly increased, and since the uniform and rapid loading of the precursor is not performed, non-uniform dispersion of the M component occurs, thereby reducing the reaction activity and selectivity.

M 금속성분의 전구체로서는 아세틸아세토네이트 금속화합물과 카르보닐 금속화합물 및 아세테이트 금속화합물이 바람직하며, 구체적으로는 크롬아세틸아세토네이트(Cr(acac)3), 크롬카르보닐(Cr(CO)6), 크롬아세테이트(Cr(OAc)3), 몰리브덴아세틸아세토네이트(MoO2(acac)2), 몰리브덴카르보닐(Mo(CO)6), 몰리브덴아세테이트 다이머(Mo2(OAc)4), 망간아세틸아세토네이트(Mn(acac)2, Mn(acac)3), 망간카르보닐(Mn2(CO)10), 망간아세테이트(Mn(OAc)3, Mn(OAc)2), 철아세틸아세토네이트(Fe(acac)3), 철카르보닐(Fe3(CO)12), 철아세테이트(Fe(OAc)2), 코발트아세틸아세토네이트(Co(acac)2, Co(acac)3), 코발트카르보닐(Co2(CO)8), 코발트아세테이트(Co(OAc)2) 등에서 선택된 하나 이상의 화합물이다.As a precursor of the M metal component, an acetylacetonate metal compound, a carbonyl metal compound, and an acetate metal compound are preferable, and specifically, chromium acetylacetonate (Cr(acac) 3 ), chromium carbonyl (Cr(CO) 6 ), Chromium acetate (Cr(OAc) 3 ), molybdenum acetylacetonate (MoO 2 (acac) 2 ), molybdenum carbonyl (Mo(CO) 6 ), molybdenum acetate dimer (Mo 2 (OAc) 4 ), manganese acetylacetonate (Mn(acac) 2 , Mn(acac) 3 ), manganesecarbonyl (Mn 2 (CO) 10 ), manganese acetate (Mn(OAc) 3 , Mn(OAc) 2 ), iron acetylacetonate (Fe(acac) ) 3 ), iron carbonyl (Fe 3 (CO) 12 ), iron acetate (Fe(OAc) 2 ), cobaltacetylacetonate (Co(acac) 2 , Co(acac) 3 ), cobaltcarbonyl (Co 2 ) (CO) 8 ), cobalt acetate (Co(OAc) 2 ), and the like.

상기 b)단계는 M 전구체 용액에 Raney Ni을 가하여 혼합한 후 건조하는 단계이다. 상기 Raney Ni는 파우더 상태로 상기 M 전구체 용액에 혼합한다. 혼합은 통상의 혼합 수단을 이용하여 혼합할 수 있으며, 건조는 통상적으로 40 ~ 80℃의 온도 범위에서 수행된다.In step b), Raney Ni is added to the M precursor solution, mixed, and then dried. The Raney Ni is mixed with the M precursor solution in a powder state. Mixing may be performed using a conventional mixing means, and drying is usually performed in a temperature range of 40 to 80°C.

상기 c)단계는 b) 단계에서 얻어진 M전구체 함유 Raney Ni을 수소 분위기 하에서 소성하는 단계이다.Step c) is a step of calcining Raney Ni containing M precursor obtained in step b) under a hydrogen atmosphere.

상기 수소 분위기는, 수소 단독 분위기 하, 바람직하게는 희석된 수소 분위기 하, 더욱 바람직하게는 질소로 희석된 수소 분위기 하에서 소성한다. 희석된 수소 가스에서 수소함량은 5 vol% 내지 30 vol%가 바람직하다. In the hydrogen atmosphere, the calcination is carried out under a hydrogen atmosphere alone, preferably under a diluted hydrogen atmosphere, and more preferably under a hydrogen atmosphere diluted with nitrogen. The hydrogen content in the diluted hydrogen gas is preferably 5 vol% to 30 vol%.

상기 소성의 온도는 200℃ 내지 500℃가 바람직하다. 200℃ 미만에서의 소성으로는 M전구체와 Raney Ni의 충분한 결합과 활성화가 되지 않아서 2개의 촉매성분의 특성이 상호충돌과 피독작용이 발생하여 반응활성과 선택성이 감소하게 되고, 500℃ 이상에서는 M성분과 Raney Ni성분과의 과결합이나 소결로 인한 각각의 반응에 효과적인 활성점이 감소하거나, 부반응을 일으키는 금속 복합체를 생성하여 반응수율이 감소하게 된다. The firing temperature is preferably 200°C to 500°C. Firing at less than 200 °C does not cause sufficient bonding and activation of the M precursor and Raney Ni, causing mutual collision and poisoning between the properties of the two catalyst components, resulting in reduced reaction activity and selectivity. The effective active site for each reaction is decreased due to over-bonding or sintering between the component and the Raney Ni component, or a metal complex that causes a side reaction is generated, thereby reducing the reaction yield.

소성시간은 조건에 따라 달라질 수 있으나, 3 ~ 10 시간 동안 실시하는 것이 일반적이다. 소성을 통하여 얻어진 Raney Ni-M 촉매는 Raney Ni의 표면에 금속 M의 입자가 분산된 상태이다.The firing time may vary depending on the conditions, but it is generally carried out for 3 to 10 hours. The Raney Ni-M catalyst obtained through calcination is in a state in which particles of metal M are dispersed on the surface of Raney Ni.

소성 후에는 상온으로 냉각한 후 물에 보관하여 사용한다. 이때, 물에 보관되는 Raney Ni-M 금속촉매 수성 슬러리의 금속 함량은 40 내지 50wt%로 하는 것이 보통이다.After firing, it is cooled to room temperature and stored in water for use. At this time, the metal content of the Raney Ni-M metal catalyst aqueous slurry stored in water is usually 40 to 50 wt%.

본 발명은 또한, 상기 본 발명의 촉매 하에서, 오메가 알데하이드 에스테르를 환원적 아민화 반응과 가수분해 반응을 동시에 실시하여 오메가 아미노알칸산을 제조하는 방법을 제공한다. 상기 아미노알칸산 제조 방법은 60~150 ℃ 반응온도, 10 ~ 100 bar의 수소 압력하에서, 약 3 ~ 12시간 동안 반응을 수행하는 것일 수 있다. The present invention also provides a method for preparing omega aminoalkanoic acid by simultaneously performing a reductive amination reaction and a hydrolysis reaction of an omega aldehyde ester under the catalyst of the present invention. The method for preparing aminoalkanoic acid may be to perform the reaction for about 3 to 12 hours at a reaction temperature of 60 to 150° C. and a hydrogen pressure of 10 to 100 bar.

상기 환원적 아민화와 가수분해 반응 후에는, 반응 혼합물을 냉각시키는 단계; 반응기의 압력을 낮추는 단계; 생성물을 필터링시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.cooling the reaction mixture after the reductive amination and hydrolysis reactions; lowering the pressure in the reactor; It may further comprise the step of filtering the product.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for illustrating the present invention, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

<올레핀산 에스테르의 하이드로포밀화 반응으로 알데하이드 에스테르 합성><Synthesis of aldehyde ester by hydroformylation of olefinic acid ester>

식물유 올레산의 복분해 반응으로 합성된 탄소 10 오메가 올레핀산 에스테르(methyl 9-dodecenoate)를 다음과 같이 하이드로포밀화 반응을 수행하여 탄소 11 오메가 알데하이드 에스테르를 합성하였다. 0.1mol%의 로듐 촉매[Rh(CO)2(acac), Aldrich사]와 0.4 mol%의 트라이페닐포스핀(PPh3, Aldrich사)을 사용하여, CO/H2 40 bar, 60℃에서 18시간 동안 하이드로포밀화 반응을 진행하였다. 반응 후 생성물을 1H-NMR로 정량 분석하였고 반응 분석결과는 표 1의 합성예 1로 나타내었다. 또한 동일한 반응조건에서 리간드를 비스(2-디페닐포스피노페닐)에테르(DPEphos, Aldrich사)로 사용한 반응결과는 표 1의 합성예2로 나타내었다. The carbon 10 omega olefin acid ester (methyl 9-dodecenoate) synthesized by the metathesis reaction of vegetable oil oleic acid was subjected to a hydroformylation reaction as follows to synthesize a carbon 11 omega aldehyde ester. Using 0.1 mol% of a rhodium catalyst [Rh(CO) 2 (acac), Aldrich) and 0.4 mol% of triphenylphosphine (PPh 3 , Aldrich), CO/H 2 18 at 40 bar, 60°C The hydroformylation reaction was carried out for a period of time. After the reaction, the product was quantitatively analyzed by 1 H-NMR, and the reaction analysis result is shown in Synthesis Example 1 in Table 1. In addition, the reaction results using the ligand as bis(2-diphenylphosphinophenyl)ether (DPEphos, Aldrich) under the same reaction conditions are shown in Synthesis Example 2 in Table 1.

트라이페닐포스핀[PPh3]을 리간드로 한 경우, 탄소 10 오메가 올레핀산 에스테르는 99%의 전환율을 보였으며 1.9의 선형 대 가지형 알데하이드 비율(l/b)을 확인할 수 있었다. 부가반응인 수소화반응 생성물은 13%로 확인되었다. 그리고 두자리 리간드인 DPEphos 리간드는 99%의 전환율을 보였지만, 0.8의 선형 대 가지형 알데하이드 비율을 보여주었다. When triphenylphosphine [PPh 3 ] was used as a ligand, the carbon 10 omega olefinic acid ester showed a conversion rate of 99%, and a linear to branched aldehyde ratio (l/b) of 1.9 was confirmed. The hydrogenation product as an addition reaction was confirmed to be 13%. And the bidentate ligand, DPEphos ligand, showed a conversion rate of 99%, but a linear to branched aldehyde ratio of 0.8.

이러한 하이드로포밀화 반응결과, 한자리 리간드가 두자리 리간드보다 반응성이 우수하고, 생성되는 선형 및 가지형 알데하이드의 비율은 리간드에 따라 조절이 가능함을 알 수 있었다. 선형 및 가지형 알데하이드의 비율(l/b)은 0.8에서부터 1.9까지 조절할 수 있었다.As a result of this hydroformylation reaction, it was found that the monodentate ligand has better reactivity than the bidentate ligand, and the ratio of the resulting linear and branched aldehydes can be controlled depending on the ligand. The ratio (l/b) of linear and branched aldehydes could be controlled from 0.8 to 1.9.

하기 표에서 생성물 A, B, C, D는 도 5의 생성물들이며 구체적으로 A는 methyl 11-oxoundecanoate, B는 methyl 9-methyl-10-oxodecanoate, C는 methyl 8-formyldecanoate, D는 methyl decanoate를 나타낸다.In the table below, products A, B, C, and D are the products of FIG. 5, and specifically, A is methyl 11-oxoundecanoate, B is methyl 9-methyl-10-oxodecanoate, C is methyl 8-formyldecanoate, D is methyl decanoate .

합성예Synthesis example LigandLigand Conv.
(%)
Conv.
(%)
l/bl/b Yield(%)Yield (%)
AA BB CC DD 합성예1Synthesis Example 1 PPh3 PPh 3 >99>99 1.91.9 5757 2424 66 1313 합성예2Synthesis Example 2 DPEphosDPEphos >99>99 0.80.8 4545 3737 1717 1One

<실시예 1><Example 1>

Raney Ni-Mo 금속촉매 합성Raney Ni-Mo metal catalyst synthesis

Raney Ni-Mo 금속촉매는 다음과 같은 방법으로 합성하였다. Mo 금속 전구체로 몰리브덴아세틸아세토네이트(MoO2(acac)2, Aldrich사)를 사용하였고, Raney Ni로는 Metalyst MC 111(Ni 93wt%, Evonik사)을 사용하였다. 몰리브덴아세틸아세토네이트(MoO2(acac), Aldrich사) 3.26g(0.01 mol)을 에틸 알콜과 톨루엔 혼합용매(알콜과 톨루엔 중량비는 1대1) 15g에 가하여 50℃에서 녹인 뒤, 상기 몰리브덴아세틸아세토네이트가 용해된 용액에 Raney Ni Metalyst MC 111 49 g 을 가하고 혼합한다. 혼합한 슬러리를 60℃에서 4시간 건조한다. 건조한 후에 소성로에 넣고 10% 수소 함유 질소 분위기 하에서 350℃에서 6시간 소성한다. 소성 후 상온으로 냉각하고, 물에 보관하여 사용한다. 합성된 Raney Ni-Mo(91-2) 촉매시료를 에너지 분산형 X-선 분광분석기(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDS)로 분석한 결과 Ni의 함량은 91wt%, Mo의 함량은 1.9wt% 이었다. Raney Ni-Mo(91-2) 표기에서 괄호 안의 숫자 91-2 는 각각 EDS로 분석한 Ni 및 Mo의 함량을 나타낸다. 이하 같은 방식으로 촉매 함량을 표기하였다.The Raney Ni-Mo metal catalyst was synthesized as follows. Molybdenum acetylacetonate (MoO 2 (acac) 2 , Aldrich Co.) was used as the Mo metal precursor, and as Raney Ni, Metalyst MC 111 (Ni 93wt%, Evonik) was used. 3.26 g (0.01 mol) of molybdenum acetylacetonate (MoO 2 (acac), Aldrich) was added to 15 g of a mixed solvent of ethyl alcohol and toluene (alcohol and toluene weight ratio of 1:1) was dissolved at 50° C., and then the molybdenum acetyl aceto Add 49 g of Raney Ni Metalyst MC 111 to the solution in which the nitrate is dissolved and mix. The mixed slurry is dried at 60°C for 4 hours. After drying, it is placed in a kiln and calcined at 350° C. for 6 hours under a nitrogen atmosphere containing 10% hydrogen. After firing, it is cooled to room temperature and stored in water for use. As a result of analyzing the synthesized Raney Ni-Mo (91-2) catalyst sample with an Energy Dispersive X-ray Spectrometer (EDS), the Ni content was 91wt% and the Mo content was 1.9wt% it was In the notation of Raney Ni-Mo (91-2), the number 91-2 in parentheses indicates the content of Ni and Mo analyzed by EDS, respectively. Hereinafter, the catalyst content was indicated in the same manner.

One-pot 반응기에서 환원적 아민화와 가수분해 반응을 동시 수행Simultaneous reductive amination and hydrolysis reactions in one-pot reactor

탄소 11 오메가 알데하이드 에스테르를 탄소 11 오메가 아미노알칸산으로 변환하기 위해, 알데하이드의 환원적 아민화 반응과 에스테르의 가수분해 반응을 단일 반응기에서 동시에 수행하였다. 구체적인 방법은 다음과 같다. 100ml 스테인레스 고압반응기(Autoclave 사)에 상기 합성된 탄소 11 오메가 알데하이드 에스테르 20g(0.11mole), Raney Ni-Mo(91-2) 촉매 2g(알데하이드 에스테르 대비 10wt%), 7M 암모니아 메틸알콜 용액(Aldrich사) 31g(알데하이드 에스테르 대비 1.5당량), 물 5.9g(알데하이드 에스테르 대비 3당량), 수소 40 bar, 90℃에서 6시간 반응하였다. 반응 종료 후 반응용기는 60℃로 냉각한 뒤, 상압으로 반응기의 압력을 낮추고, 생성물을 60℃의 핫 필트레이션(hot filtration) 실리카 필터를 통해 Raney Ni-Mo(91-2) 촉매를 제거한 뒤, 사용한 메탄올을 증류하여 제거하고 유백색 고체의 탄소 11 오메가 아미노알칸산을 얻었다. 시료의 정량분석은 1H-NMR로 분석하였고 반응 분석결과는 표 2의 실시예 1로 나타내었다.In order to convert the carbon 11 omega aldehyde ester to the carbon 11 omega aminoalkanoic acid, the reductive amination reaction of the aldehyde and the hydrolysis reaction of the ester were simultaneously performed in a single reactor. The specific method is as follows. In a 100ml stainless steel high pressure reactor (Autoclave), 20 g (0.11 mole) of the synthesized carbon 11 omega aldehyde ester, 2 g of Raney Ni-Mo (91-2) catalyst (10 wt% compared to aldehyde ester), 7M ammonia methyl alcohol solution (Aldrich) ) 31g (1.5 equivalents compared to aldehyde ester), 5.9g water (3 equivalents compared to aldehyde ester), 40 bar of hydrogen, and reacted at 90° C. for 6 hours. After completion of the reaction, the reaction vessel is cooled to 60°C, the pressure of the reactor is lowered to atmospheric pressure, and the Raney Ni-Mo (91-2) catalyst is removed through a hot filtration silica filter at 60°C. , The used methanol was distilled off to obtain a milky white solid carbon 11 omega aminoalkanoic acid. Quantitative analysis of the sample was analyzed by 1 H-NMR, and the reaction analysis results are shown in Example 1 of Table 2.

<실시예 2 ~ 실시예 6><Example 2 ~ Example 6>

실시예1과 동일한 방법으로 Raney Ni-Cr(91-2) 금속촉매를 합성하며, M 금속 전구체로 몰리브덴아세틸아세토네이트(MoO2(acac)2, Aldrich사) 대신에 크롬아세틸아세토네이트(Cr(acac)3) 6.4g을 사용하였다. 그리고 실시예 1과 동일한 반응 조건에서 환원적 아민화와 가수분해 반응을 수행한 결과를 표 2의 실시예 2에 나타내었다. A Raney Ni - Cr (91-2) metal catalyst was synthesized in the same manner as in Example 1 , and as an M metal precursor, chromium acetylacetonate (Cr ( acac) 3 ) 6.4 g was used. And the results of performing the reductive amination and hydrolysis reaction under the same reaction conditions as in Example 1 are shown in Example 2 of Table 2.

Raney Ni-Mn(91-2) 촉매는 금속전구체로 망간아세틸아세토네이트(Mn(acac)3) 6.1g을 사용하여 합성하였고, Raney Ni-Fe(91-2) 촉매는 금속전구체로 철아세틸아세토네이트(Fe(acac)3) 6.1g을 사용하여 합성하였으며, Raney Ni-Mo-Cr(91-1-1) 촉매는 금속전구체로 몰리브덴아세틸아세토네이트(MoO2(acac)2, Aldrich사) 1.63g과 크롬아세틸아세토네이트(Cr(acac)3) 3.2g을 사용하여 합성하였고, Raney Ni-Mo(92-1) 은 M 금속 전구체로 몰리브덴아세틸아세토네이트(MoO2(acac)2, Aldrich사) 1.63g을 사용하여 합성하였다. 상기의 Raney Ni-M 금속촉매를 실시예 1과 동일한 반응 조건에서 환원적 아민화와 가수분해 반응을 수행한 결과를 표 2의 실시예 2 ~ 실시예 6에 나타내었다.Raney Ni-Mn (91-2) catalyst was synthesized using 6.1 g of manganese acetylacetonate (Mn(acac) 3 ) as a metal precursor, and Raney Ni-Fe (91-2) catalyst was synthesized using iron acetylacetonate as a metal precursor. Nitrate (Fe(acac) 3 ) was synthesized using 6.1 g, and the Raney Ni-Mo-Cr (91-1-1) catalyst is a metal precursor molybdenum acetylacetonate (MoO 2 (acac) 2 , Aldrich) 1.63 g and chromium acetylacetonate (Cr(acac) 3 ) was synthesized using 3.2 g, and Raney Ni-Mo (92-1) is an M metal precursor molybdenum acetylacetonate (MoO 2 (acac) 2 , Aldrich Corporation) 1.63 g was used for synthesis. The results of reductive amination and hydrolysis of the Raney Ni-M metal catalyst under the same reaction conditions as in Example 1 are shown in Examples 2 to 6 of Table 2.

<비교예 1, 비교예 2><Comparative Example 1, Comparative Example 2>

실시예 1과 동일한 방법으로 Raney Ni(93) 금속 촉매를 합성하되, M 금속 전구체를 사용하지 않고 합성하였고, Raney Ni-Mo(78-12)촉매는 몰리브덴아세틸아세토네이트(MoO2(acac)2, Aldrich사) 19.6g과 에틸알콜과 톨루엔 혼합용매(알콜과 톨루엔 중량비는 1대1) 60g을 사용하여 합성하였다. 상기 비교예에서 합성된 촉매를 사용하고, 실시예 1과 동일한 반응 조건에서 환원적 아민화와 가수분해 반응을 수행한 결과를 표 2의 비교예 1 ~ 비교예 2에 나타내었다A Raney Ni(93) metal catalyst was synthesized in the same manner as in Example 1, but without using an M metal precursor, and the Raney Ni-Mo(78-12) catalyst was molybdenum acetylacetonate (MoO 2 (acac) 2 , Aldrich) 19.6 g and ethyl alcohol and toluene mixed solvent (alcohol and toluene weight ratio 1:1) were used for synthesis using 60 g. The results of performing reductive amination and hydrolysis reactions using the catalyst synthesized in Comparative Example 1 and under the same reaction conditions as in Example 1 are shown in Comparative Examples 1 to 2 in Table 2

실시예Example CatalystCatalyst Conv.
(%)
Conv.
(%)
Yield(%)Yield (%)
C11 Amino esterC11 Amino ester C11 Amino alkanoic acidC11 Amino alkanoic acid 실시예1Example 1 Raney Ni-Mo(91-2)Raney Ni-Mo (91-2) 9999 66 9191 실시예2Example 2 Raney Ni-Cr(91-2)Raney Ni-Cr (91-2) 9999 33 9090 실시예3Example 3 Raney Ni-Mn(91-2)Raney Ni-Mn (91-2) 9999 1010 8484 실시예4Example 4 Raney Ni-Fe(91-2)Raney Ni-Fe (91-2) 9999 88 8787 실시예5Example 5 Raney Ni-Mo-Cr(91-1-1)Raney Ni-Mo-Cr (91-1-1) 9999 44 9090 실시예6Example 6 Raney Ni-Mo(92-1)Raney Ni-Mo (92-1) 9999 99 8686 비교예1Comparative Example 1 Raney Ni(93)Raney Ni(93) 9999 8989 66 비교예2Comparative Example 2 Raney Ni-Mo(78-12)Raney Ni-Mo (78-12) 7878 3131 3838

상기 표 2의 실시예 1 내지 실시예 6의 결과와 같이 탄소 11 오메가 알데하이드 에스테르로부터 탄소 11 오메가 아미노알칸산을 합성함에 있어서, 본 발명에 따른 Raney Ni-M(M= Mo, Cr, Mn, Fe)금속 촉매를 사용할 경우, 알데하이드의 환원적 아민화 반응과 에스테르의 가수분해 반응을 단일 반응기에서 동시에 수행하여 탄소 11 오메가 알데하이드 에스테르의 전환율 99%에서 탄소 11 오메가 아미노알칸산의 수율 84-91%를 달성할 수 있었다. In the synthesis of carbon 11 omega aminoalkanoic acid from carbon 11 omega aldehyde ester as shown in Examples 1 to 6 of Table 2, Raney Ni-M (M = Mo, Cr, Mn, Fe according to the present invention) ) When a metal catalyst is used, the reductive amination reaction of the aldehyde and the hydrolysis reaction of the ester are simultaneously performed in a single reactor to obtain a yield of 84-91% of carbon 11 omega aminoalkanoic acid at a conversion rate of 99% of carbon 11 omega aldehyde ester. could achieve

그러나 비교예 1의 결과와 같이 M(M= Mo, Cr, Mn, Fe)금속 성분이 없으면, 환원적 아민화 반응 단독으로 진행된 아미노에스테르 수율이 89%이고 아미노알칸산 수율은 6%로 매우 낮았고, M 성분이 과량인 비교예 2의 Ni-Mo(78-12)촉매의 경우 아미노에스테르 수율이 31%이고 아미노알칸산 수율은 38%로 목표하는 탄소 11 오메가 아미노알칸산의 수율이 40% 이하였다. However, as in Comparative Example 1, if there was no M (M = Mo, Cr, Mn, Fe) metal component, the yield of the amino ester proceeded by the reductive amination reaction alone was 89%, and the yield of the amino alkanoic acid was very low as 6%. , in the case of the Ni-Mo (78-12) catalyst of Comparative Example 2 in which the M component is excessive, the aminoester yield is 31% and the aminoalkanoic acid yield is 38%. The target yield of carbon 11 omega aminoalkanoic acid is 40% or less it was

이와 같이 본원 발명의 촉매를 사용하지 않은 비교예에서는 가수분해 반응이 진행되지 않고 환원적 아민화 반응만 진행된 탄소 11 오메가 아미노에스테르 생성물이 31-89% 수율로 합성되므로 추가의 가수분해 반응이 필요하게 된다.As described above, in the comparative example in which the catalyst of the present invention is not used, the carbon 11 omega aminoester product that has undergone only the reductive amination reaction without the hydrolysis reaction is synthesized in a yield of 31-89%, so an additional hydrolysis reaction is required. do.

따라서 본 발명의 방법을 통해서, 오메가 아미노알칸산을 오메가 알데하이드 에스테르로부터 1단계로 환원적 아민화 반응과 가수분해 반응을 단일 반응기에서 동시 진행하는 데 효과적인 Raney Ni-M금속 촉매를 확보하였고, 고수율로 오메가 아미노알칸산을 합성할 수 있다.Therefore, through the method of the present invention, an effective Raney Ni-M metal catalyst was obtained to simultaneously perform the reductive amination reaction and hydrolysis reaction of omega aminoalkanoic acid from omega aldehyde ester in a single reactor in one step, and high yield can synthesize omega aminoalkanoic acid.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As the specific parts of the present invention have been described in detail above, for those of ordinary skill in the art, it is clear that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the claims and their equivalents.

Claims (11)

오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산으로의 반응에 사용되는 촉매로서,
상기 촉매는 크롬, 몰리브덴, 망간, 철, 코발트 중에서 선택된 하나 이상의 금속 M과 Raney Ni이 혼합된 Raney Ni-M 촉매이며, 상기 Raney Ni의 함량은 90내지 99.9wt% 이고 M 의 함량은 0.1 내지 10wt% 인 것을 특징으로 하는 오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산 제조용 촉매.
A catalyst for use in the reaction of omega aldehyde esters to omega aminoalkanoic acids, comprising:
The catalyst is a Raney Ni-M catalyst in which at least one metal M selected from chromium, molybdenum, manganese, iron, and cobalt and Raney Ni are mixed, the Raney Ni content is 90 to 99.9 wt%, and the M content is 0.1 to 10 wt% % Catalyst for the production of omega aminoalkanoic acid from omega aldehyde ester, characterized in that it is.
제1항에 있어서,
상기 금속 M이 Raney Ni의 표면에 분산된 것임을 특징으로 하는 오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산 제조용 촉매.
According to claim 1,
Catalyst for preparing omega aminoalkanoic acid from omega aldehyde ester, characterized in that the metal M is dispersed on the surface of Raney Ni.
제1항에 있어서,
상기 Raney Ni-M에서, 분산형 X-선 분광분석기(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDS)로 분석한 Ni의 함량은 80 내지 99 wt% 인 것을 특징으로 하는 오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산 제조용 촉매.
According to claim 1,
In the Raney Ni-M, the content of Ni analyzed by an Energy Dispersive X-ray Spectrometer (EDS) is 80 to 99 wt% for production of omega aminoalkanoic acid from omega aldehyde ester, characterized in that catalyst.
a) 크롬, 몰리브덴, 망간, 철, 코발트 중에서 선택된 하나 이상의 금속 M 의 전구체를 용매에 녹여 M 전구체 용액을 만드는 단계;
b) M 전구체 용액에 Raney Ni을 가하고 혼합한 후 건조하는 단계;
c) M 전구체 함유 Raney Ni을 수소 분위기하에서 소성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산 제조용 촉매의 제조 방법.
a) preparing a M precursor solution by dissolving a precursor of at least one metal M selected from chromium, molybdenum, manganese, iron, and cobalt in a solvent;
b) adding Raney Ni to the M precursor solution, mixing, and drying;
c) calcining Raney Ni containing M precursor in a hydrogen atmosphere;
제4항에 있어서,
상기 a)단계에서, 금속 M의 전구체를 용해하는 용매로서는 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필알콜, 아세톤, 메틸에틸케톤, 다이옥산, 에틸아세테이트, 톨루엔 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산 제조용 촉매의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
In step a), the solvent for dissolving the precursor of metal M is omega amino from omega aldehyde ester, characterized in that at least one selected from among methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, dioxane, ethyl acetate, and toluene. A method for preparing a catalyst for the production of alkanoic acid.
제4항에 있어서,
상기 금속 M의 전구체로서는 아세틸아세토네이트 금속화합물과 카르보닐 금속화합물 및 아세테이트 금속화합물인 것을 특징으로 하는 오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산 제조용 촉매의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
The method for producing a catalyst for the production of omega aminoalkanoic acid from an omega aldehyde ester, characterized in that the precursor of the metal M is an acetylacetonate metal compound, a carbonyl metal compound, and an acetate metal compound.
제4항에 있어서,
상기 c)단계의 수소 분위기는 질소로 희석된 수소 분위기인 것을 특징으로 하는 오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산 제조용 촉매의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
The hydrogen atmosphere in step c) is a method for preparing a catalyst for preparing omega aminoalkanoic acid from omega aldehyde ester, characterized in that it is a hydrogen atmosphere diluted with nitrogen.
제4항에 있어서,
상기 c) 단계의 소성온도는 200 ~ 500℃의 범위인 것을 특징으로 하는 오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산 제조용 촉매의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
The method for preparing a catalyst for preparing omega aminoalkanoic acid from omega aldehyde ester, characterized in that the calcination temperature of step c) is in the range of 200 to 500°C.
오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산을 제조하는 방법에 있어서,
상기 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 촉매 또는 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해서 제조된 촉매의 존재하에서, 상기 오메가 알데하이드 에스테르의 환원적 아민화 반응과 가수분해 반응을 동시에 수행하여 오메가 아미노알칸산을 얻는 것을 특징으로 하는 오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산의 제조 방법.
A method for preparing an omega aminoalkanoic acid from an omega aldehyde ester, the method comprising:
In the presence of the catalyst of any one of claims 1 to 3 or the catalyst prepared by the method of any one of claims 4 to 8, the reductive amination reaction and hydrolysis reaction of the omega aldehyde ester A method for producing omega aminoalkanoic acid from omega aldehyde ester, characterized in that by simultaneously performing the omega aminoalkanoic acid.
제9항에 있어서,
상기 오메가 알데하이드 에스테르는 올레인산을 복분해시켜 수득한 오메가 올레핀산 에스테르를 하이드로포르밀화 반응하여 수득하는 것을 특징으로 하는 오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The omega aldehyde ester is a method for producing an omega aminoalkanoic acid from an omega aldehyde ester, characterized in that it is obtained by hydroformylation of an omega olefinic acid ester obtained by metathesis of oleic acid.
제9항에 있어서,
상기 오메가 알데하이드 에스테르의 환원적 아민화 반응과 가수분해 반응은 60 ~ 150 ℃, 10 ~ 100 bar의 수소 압력하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 오메가 알데하이드 에스테르로부터 오메가 아미노알칸산의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The method for producing omega aminoalkanoic acid from omega aldehyde ester, characterized in that the reductive amination reaction and hydrolysis reaction of the omega aldehyde ester is carried out at 60 ~ 150 °C and under a hydrogen pressure of 10 ~ 100 bar.
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