KR20230039329A - 리간드 화합물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 아크릴레이트의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아크릴레이트 제조를 위한 촉매에 유용한 신규한 리간드 화합물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 아크릴레이트의 제조방법에 관한 것으로, 화학식 1로 표시되는 리간드 화합물, 이의 제조방법 및 상기 리간드 화합물과 유기 니켈 화합물을 반응시켜 제조된 촉매 조성물을 이용한 아크릴레이트의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 아크릴레이트 제조를 위한 촉매로 유용한 신규한 리간드 화합물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 아크릴레이트의 제조방법에 관한 것이다.
아크릴레이트는 카르복실산과 이중결합을 모두 가지고 있는 유기 화합물로서, 그 구조가 매우 간단하며 다양한 물질로 전환될 수 있어 고유의 가치가 상당히 크다.
아크릴레이트의 중합을 통해 폴리아크릴레이트를 생산하거나, 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 비닐스티렌, 부타디엔 등 다양한 단량체와의 공중합을 통해 플라스틱, 코팅제, 접착제, 엘라스토머, 도료, 초흡습성 수지(super absorbant polymer), 도료, 콘택트렌즈 등의 원료로 사용되고 있으며, 이외에 각종 화학 제품의 원료로서 사용된다.
아크릴레이트의 제조방법으로는 여러 방법이 알려져 있으며, 상업적으로는 산소나 불활성 기체를 이용한 촉매적 산화에 의해 프로필렌을 아크롤레인으로 전환한 뒤, 상기 아크롤레인을 충분한 산소화 반응시켜 아크릴레이트를 합성하는 방법이 있다.
최근에는 산소를 이산화탄소로 대체하는 친환경적인 제조방법이 연구되고 있으며, 일례로 다양한 전이 금속 촉매의 존재 하에 에틸렌 및 이산화탄소로부터 아크릴레이트를 제조하는 방법이 공지되고 있다. 그러나, 전이 금속 촉매를 사용하는 경우, 촉매 반응이 충분하지 않아 생성되는 아크릴레이트의 수율이 낮은 문제가 있으며, 이에 포스핀 리간드를 이용한 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 코발트(Co) 및 루테늄(Ru)와 같은 금속 촉매들도 연구되고 있으나, 촉매 반응을 위하여 환원제가 필요하고, 다량의 촉매가 필요하여 산업적 적용이 어렵거나 비용이 높은 등의 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 아크릴레이트 제조를 위한 활성 촉매를 합성하기 위한 원료물질로 유용한 리간드 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 리간드 화합물의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은 상기 리간드 화합물을 이용한 아크릴레이트의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 리간드 화합물을 제공한다:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R3, R6 및 R7 은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는 탄소수 7 내지 13의 아릴알킬기고,
R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이거나, 서로 결합하여 탄소수 6 내지 8의 지방족 불포화 고리 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족 고리를 형성하는 것이고,
R8 내지 R10은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 6의 알콕시기이다.
또한, 본 발명은 카르복실산 및 알킬화제의 존재 하에 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 화학식 3으로 표시되는 화합물을 반응시켜 화학식 4로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(S1); 상기 화학식 4로 표시되는 화합물에 플루오로붕산(HBF4)을 드롭와이즈 방식으로 적가하여 반응시키는 단계(S2)를 포함하는 하기 화학식 1로 표시되는 리간드 화합물의 제조방법을 제공한다:
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 1]
상기 화학식 1 내지 화학식 4에서,
R1 내지 R3, R6 및 R7 은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는 탄소수 7 내지 13의 아릴알킬기고,
R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이거나, 서로 결합하여 탄소수 6 내지 8의 지방족 불포화 고리 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족 고리를 형성하는 것이고,
R8 내지 R10은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 6의 알콕시기이다.
아울러, 본 발명은 반응용매 및 염기의 존재 하에 상기의 리간드 화합물과 유기 니켈 화합물을 반응시켜 촉매 조성물을 제조하는 단계(P1); 상기 촉매 조성물의 존재 하에 에틸렌과 이산화탄소를 반응시키는 단계(P2)를 포함하는 아크릴레이트의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 리간드 화합물은 염 형태를 가짐으로써 구조 안정성이 우수하여 보관이 용이하며, 환원제 없이 유기 니켈 화합물과 반응하여 아크릴레이트 제조를 위한 활성 촉매를 용이하게 형성할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도변은 본 발명의 구체적인 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 화학식 1-2로 표시되는 리간드 화합물의 11B NMR 및 19F NMR 분석 그래프이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 화학식 1-2로 표시되는 리간드 화합물의 11B NMR 및 19F NMR 분석 그래프이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
용여의 정의
본 명세서에서 용어 '알킬기(alkyl group)'는 1가의 지방족 포화 탄화수소를 의미할 수 있고, 메틸, 에틸, 프로필 및 부틸 등의 선형 알킬기; 이소프로필(isopropyl), 세크부틸(sec-butyl), 터셔리부틸(tert-butyl) 및 네오펜틸(neo-pentyl) 등의 분지형 알킬기; 및 환형의 포화 탄화수소, 또는 불포화 결합을 1개 또는 2개 이상 포함하는 환형의 불포화 탄화수소를 모두 포함하는 의미일 수 있다.
본 명세서에서 용어 '아릴기(aryl group)'는 방향족 탄화수소를 의미할 수 있고, 또한 1개의 환이 형성된 단환 방향족 탄화수소(monocyclic aromatic hydrocarbon), 또는 2개 이상의 환이 결합된 다환 방향족 탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon)을 모두 포함하는 의미일 수 있다.
본 명세서에서 용어 '아릴알킬기(arylalkyl)'는 아르알킬기(aralkyl) 또는 아랄킬로도 불리는 것으로 알킬기를 구성하는 탄소에 결합된 수소 원자가 아릴기로 치환되어 형성된 알킬기와 아릴기의 조합기를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 '포함하는', '가지는'이란 용어 및 이들의 파생어는, 이들 이 구체적으로 개시되어 있든지 그렇지 않든지 간에, 임의의 추가의 성분, 단계 혹은 절차의 존재를 배제하도록 의도된 것은 아니다. 어떠한 불확실함도 피하기 위하여, "포함하는"이란 용어의 사용을 통해 청구된 모든 조성물은, 반대로 기술되지 않는 한, 임의의 추가의 첨가제, 보조제, 혹은 화합물을 포함할 수 있다. 이와 대조적으로, '로 본질적으로 구성되는' 이란 용어는, 조작성에 필수적이지 않은 것을 제외하고, 임의의 기타 성분, 단계 혹은 절차를 임의의 연속하는 설명의 범위로부터 배제한다. '로 구성되는'이란 용어는 구체적으로 기술되거나 열거되지 않은 임의의 성분, 단계 혹은 절차를 배제한다.
본 명세서에서 용어 '리간드 화합물'은 금속 화합물과 반응하여 금속과 킬레이트(chelate)를 형성할 수 있는 화합물을 의미한다.
리간드 화합물
본 발명은 저장 안정성이 우수하고, 환원제의 사용 없이도 유기 니켈 화합물과 반응하여 아크릴레이트 제조의 활성 촉매를 용이하게 형성할 수 있는 리간드 화합물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 리간드 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R3, R6 및 R7 은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는 탄소수 7 내지 13의 아릴알킬기고,
R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이거나, 서로 결합하여 탄소수 6 내지 8의 지방족 불포화 고리 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족 고리를 형성하는 것이고,
R8 내지 R10은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 6의 알콕시기이다.
일례로, 아크릴레이트는 균일계 촉매를 이용한 에틸렌 및 이산화탄소의 촉매 반응으로 제조될 수 있다. 이때, 상기 균일계 촉매로는 통상 포스핀 리간드와 같은 리간드 화합물과 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 코발트(Co) 및 루테늄(Ru)와 같은 금속 화합물의 착체 촉매가 알려져 있으나, 활성 촉매 형성을 위해서는 환원제가 필요하여 부산물 처리 비용이 발생되고, 충분한 아크릴레이트 수율을 얻기 위해서는 다량의 촉매가 필요하여 산업적 적용이 어렵거나 비용이 높은 등의 문제점이 있다.
그러나, 본 발명에 따른 상기 리간드 화합물은 염 형태 구조임으로써 구조 안정성이 우수하여 보관이 용이하고, 화학 반응성이 높고, 0가의 유기 니켈 화합물과 원활하게 반응하여 활성 촉매를 형성할 수 있다. 이에, 2가의 유기 니켈 화합물 등의 금속 화합물을 환원제를 사용하여 0가로 환원시킨 후 리간드 화합물과의 반응으로 활성 촉매를 제조하는 종래의 촉매 합성방법 대비 단순화된 공정으로 동등 이상의 촉매 활성을 나타내는 활성 촉매을 제조할 수 있는 효과가 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 상기 리간드 화합물은, 화학식 1에서, R1, R2, R4, R5 및 R7은 수소원자이고, R3 및 R6은 서로 독립적으로 탄소수 2 내지 5의 알킬기이며, R8 내지 R10은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 3의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 3의 알콕시기인 것일 수 있다.
또 다른 예로, 상기 리간드 화합물은, 화학식 1에서, R1 내지 R3, R6 및 R7은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는 탄소수 7 내지 13의 아릴알킬기고, R4 및 R5는 서로 결합하여 탄소수 6의 지방족 불포화 고리 또는 탄소수 6의 방향족 고리를 형성하는 것이고, R8 내지 R10은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 3의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 3의 알콕시기인 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 상기 리간드 화합물은 화학식 1-1 내지 1-5로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
[화학식 1-4]
[화학식 1-5]
리간드 화합물의 제조방법
또한, 본 발명은 화학식 1로 표시되는 상기 리간드 화합물의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 상기 리간드 화합물의 제조방법은 카르복실산 및 알킬화제의 존재 하에 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 화학식 3으로 표시되는 화합물을 반응시켜 화학식 4로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(S1); 상기 화학식 4로 표시되는 화합물에 플루오로붕산(HBF4)을 드롭와이즈 방식으로 적가하여 반응시키는 단계(S2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 1]
상기 화학식 1 내지 화학식 4에서,
R1 내지 R10은 앞서 정의한 바와 같다.
S1 단계
상기 S1 단계는 화학식 2로 표시되는 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물을 반응시켜 중간체인 화학식 4로 표시되는 화합물을 제조하기 위한 단계이다.
일예로, 상기 S1 단계의 반응은 하기 반응식 1과 같이 수행하는 것일 수 있다.
[반응식 1]
상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물은 화학양론비를 고려하여 화학식 4로 표시되는 화합물로의 합성반응을 용이하게 수행할 수 있는 비율로 반응시키는 것일 수 있고, 이러한 조건 하에서 상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물은 1:1 내지 1:3의 몰비로 반응시키는 것일 수 있다.
또한, 상기 반응은 카르복실산 및 알킬화제의 존재 하에서 수행하는 것일 수 있다.
상기 카르복실산은 화학식 2로 표시되는 화합물 내 카보닐기의 산소와 반응하여 카보닐 탄소의 친전자성을 높이는 역할을 하는 것으로, 특별히 제한하는 것은 아니나 예컨대 포름산, 아세트산 및 벤조산으 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
또한, 상기 알킬화제는 화학식 2로 표시되는 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물 간 결합반응을 보다 용이하게 하는 역할을 하는 것으로, 이러한 역할을 하는 통상의 알킬화제이면 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있으며, 예컨대 클로로메틸 에틸에테르일 수 있다.
S2 단계
상기 S1 단계에서 제조된 화학식 4로 표시되는 화합물로부터 화학식 1로 표시되는 리간드 화합물을 제조하기 위한 단계이다.
일례로, 상기 S2 단계의 반응은 하기 반응식 2와 같이 수행하는 것일 수 있다.
[반응식 2]
구체적으로, 상기 단계 2는 화학식 4로 표시되는 화합물에 플루오로붕산(HBF4)을 드롭와이즈(dropwise) 방식으로 적가하여 반응시켜 수행하는 것일 수 있으며, 이때 상기 플루오로붕산은 수용액 상태일 수 있으며, 구체적으로 플루오로붕산의 50중량% 수용액이 사용될 수 있다.
또한, 상기 S2 단계의 반응은 극성용매 중에서 수행할 수 있으며, 여기에서 상기 극성용매는 테트라하이드로퓨란(tetrahycrofuran, THF), 에틸아세이트 및 디클로로메테인 및 증류수로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 구체적으로는 테트라하이드로퓨란과 증류수의 혼합용액일 수 있고, 이때 상기 혼합용액은 테트라하이드로퓨란과 증류수를 1:7 내지 1:5의 중량비로 혼합한 것일 수 있다.
또한, 상기 S2 단계의 반응은 상온(20±5℃)에서 10시간 내지 30시간동안 수행하는 것일 수 있고, 구체적으로는 15시간 내지 25시간동안 수행하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 리간드 화합물의 제조방법은 S2 단계 이후에 유기층을 분리, 세척 및 여과하는 단계를 더 수행할 수 있다.
아크릴레이트의 제조방법
또한, 본 발명은 상기 리간드 화합물을 이용한 아크릴레이트의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 아크릴레이트의 제조방법은 반응용매 및 염기의 존재 하에 상기 리간드 화합물과 유기 니켈 화합물을 반응시켜 촉매 조성물을 제조하는 단계(P1); 및 상기 촉매 조성물의 존재 하에 에틸렌과 이산화탄소를 반응시키는 단계(P2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
P1 단계
상기 P1 단계는 활성 촉매 조성물을 제조하기 위한 단계로, 반응용매 및 염기의 존재 하에 상기 화학식 1로 표시되는 리간드 화합물과 유기 니켈 화합물을 반응시켜 수행할 수 있다.
상기 유기 니켈 화합물은 Ni(COD)2(Bis(1,5-cyclooctadiene)nickel), Ni(CO)4(Nickel tetracarbonyl), 또는 Ni(cp)2(Nickelocene)일 수 있다.
상기 리간드 화합물과 유기 니켈 화합물은 화학양론비를 고려하여 활성 촉매가 용이하게 형성할 수 있는 비율로 반응시키는 것일 수 있고, 이러한 조건 하에서 상기 리간드 화합물과 유기 니켈 화합물은 1:1 내지 3:1의 몰비로 반응시키는 것일 수 있다.
상기 반응용매는 테트라하이드로퓨란, 디클로로메테인, 1,4-다이옥세인, N,N-디에틸폼아마이드, 아세토나이트릴 및 디메틸설폭사이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
또한, 상기 염기는 나트륨 메톡사이드, 나트륨 에톡사이드, 나트륨 이소프록사이드, 나트륨 t-부톡사이드, 나트륨 이소부톡사이드, 페놀레이트, 나프톨레이트(naphtholate), 리튬 디메틸아마이드(LiNMe2), 리튬 디에틸아마이드 (LiNEt2), 리튬 디이소프로필아마이드(LiN(iPr)2), 나트륨 디메틸아마이드(NaNMe2), 칼륨 디에틸아마이드(KNEt2), 칼륨 이소프로필아마이드(KN(iPr)), 나트륨 헥사메틸디실라자이드(NaNMDS), 칼륨 헥사메틸디실라자이드(KHMDS) 및 리튬 헥사메틸디실라자이드(LiHMDS)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
P2 단계
상기 P2 단계는 상기 촉매 조성물의 존재 하에 에틸렌과 이산화탄소를 반응시켜 아크릴레이트를 제조하는 단계이다.
상기 P2 단계의 반응은 상기 촉매 조성물이 충진되어 있는 반응기에 에틸렌과 이산화탄소를 각각 1 bar 내지 50 bar로 투입하고, 30℃ 내지 180℃의 온도범위에서 교반하면서 수행하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 에틸렌과 이산화탄소는 각각 5 bar 내지 30 bar, 또는 10 bar 내지 20 bar로 반응기에 투입할 수 있다. 또한, 상기 촉매 조성물은 상기 P1 단계에서 사용된 반응용매 기준으로 1 mM 내지 50 mM 농도가 되도록 사용하는 것일 수 있다.
또한, 상기 반응은 50℃ 내지 150℃의 온도범위에서 10시간 내지 30시간 동안 수행하는 것일 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1
(1) 화학식 4-1로 표시되는 화합물의 제조
4,4'-디-tert-부틸-[2,2'-비피리딘]-6-카르브알데히드(3 g), 2.6-디이소프로필아닐린(1.2 ml) 및 포름산 한방울을 마그네틱바가 포함된 250 ml 플라스크에 첨가하였다. 에탄올 60 ml를 넣은 후, 90℃에서 24시간 동안 교반하였다. 회전증발을 통해 휘발성 물질을 제거한 정제되지 않은 혼합물과 클로로메틸 에틸 에테르(10.6 ml)를 20 ml 쉬링크 튜브에 첨가한 후, 100℃에서 2일 동안 교반하였다. 회전 증발을 통해 용매를 제거한 후, 디클로로메탄/n-헥산을 이용하여 재결정하여 하기 화학식 4-1로 표시되는 화합물을 얻었다(94% 수율).
[화학식 4-1]
1H NMR (500 MHz, CD2Cl2) δ 10.29 (d, 1H), 8.70 (d, 1H), 8.60 (s, 1H), 7.93 (d, 1H), 7.84 (s, 1H), 7.76 (s, 1H), 7.54 (t, 1H), 7.51 (d, 1H), 7.33 (d, 2H), 2.62 (m, 2H), 1.52 (2, 9H), 1.47 (s, 9H), 1.26 (d, 6H), 1.15 (d, 6H).
(2) 화학식 1-2로 표시되는 화합물의 제조
250 ml 둥근플라스크에 상기 제조된 화학식 4-1로 표시되는 화합물 2.8 g을 투입하고, 테트라하이드로퓨란 및 증류수 혼합용액(1:7 중량비)을 투입하여 교반하여 녹였다. 교반상태를 유지하면서 HBF4 50 중량% 수용액 1.4 g을 주사기를 사용하여 천천히 한방울씩(dropwise)로 투입하고, 상온에서 19시간 동안 반응시켰다. 반응물을 분별깔데기에 넣고 디클로로메탄(DCM) 200 ml로 유기층을 추출하고, 디클로로메탄 100 ml로 물층으로부터 유기층을 한번더 추출하였다. 이후, 회수된 유기층은 증류수 50 ml씩 3회에 걸쳐 세척하고, MgSO4로 물을 제거한 후 여과하고 회전증발기(rotary evaporator)로 용매를 제거하였다. 그 후, 헥산으로 재결정하여 정제하고 아이보리색 고체인 화학식 1-2로 표시되는 리간드 화합물을 수득하였다(수율 72%). 1H NMR, 11B NMR 및 19F NMR 분석을 통해 상기 화학식 1-2로 표시되는 리간드 화합물이 제조되었음을 확인하였다. 또한, 11B NMR 및 19F NMR 분석 결과는 도 1에 나타내었으며, 이를 통해 상기 화학식 1-2로 표시되는 리간드 화합물이 염 상태임을 확인하였다.
[화학식 1-2]
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 10.11 (d, 1H), 8.60 (d, 1H), 8.33 (d, 1H), 8.27 (s, 1H), 7.91 (s, 1H), 7.64 (d, 1H), 7.60 (t, 1H). 7.49 (q, 1H), 7.37 (d, 2H), 2.24 (m, 2H), 1.49 (s, 9H), 1.44 (s, 9H), 1.24 (d, 6H), 1.17 (d, 6H).
실시예 2
(1) 화학식 4-2로 표시되는 화합물의 제조
4,4'-디-tert-부틸-[2,2'-비피리딘]-6-카르브알데히드(1.7 g), 2.6-디이소프로필-4-메톡시아닐린(1.2 g) 에탄올 60 ml를 넣은 후, 90℃에서 24시간 동안 교반하였다. 회전증발을 통해 휘발성 물질을 제거한 정제되지 않은 혼합물과 클로로메틸 에틸 에테르(10.0 ml)를 20 ml 쉬링크 튜브에 첨가한 후, 100℃에서 24시간 동안 교반하였다. 회전 증발을 통해 용매를 제거한 후, 디클로로메탄/n-헥산을 이용하여 재결정하여 하기 화학식 4-2로 표시되는 화합물을 얻었다(80% 수율).
[화학식 4-2]
(2) 화학식 1-5로 표시되는 화합물의 제조
250 ml 둥근플라스크에 상기 제조된 화학식 4-2로 표시되는 화합물 3.0 g을 투입하고, 테트라하이드로퓨란 및 증류수 혼합용액(1:7 중량비)을 투입하여 교반하여 녹였다. 교반상태를 유지하면서 HBF4 50 중량% 수용액 1.4 g을 주사기를 사용하여 천천히 한방울씩(dropwise)로 투입하고, 상온에서 19시간 동안 반응시켰다. 반응물을 분별깔데기에 넣고 디클로로메탄(DCM) 200 ml로 유기층을 추출하고, 디클로로메탄 100 ml로 물층으로부터 유기층을 한번더 추출하였다. 이후, 회수된 유기층은 증류수 50 ml씩 3회에 걸쳐 세척하고, MgSO4로 물을 제거한 후 여과하고 회전증발기(rotary evaporator)로 용매를 제거하였다. 그 후, 헥산으로 재결정하여 정제하고 아이보리색 고체인 화학식 1-5로 표시되는 리간드 화합물을 수득하였다(수율 78%). 1H NMR, 11B NMR 및 19F NMR 분석을 통해 상기 화학식 1-5로 표시되는 리간드 화합물이 제조되었음을 확인하였다.
[화학식 1-5]
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 10.07 (d, 1H), 8.60 (d, 1H), 8.28 (d, 1H), 8.23 (s, 1H), 7.91 (s, 1H), 7.63 (d, 1H), 7.50 (q, 1H). 3.91 (s, 3H), 2.22 (m, 2H), 1.72 (d, 6H), 1.48 (s, 9H), 1.44 (s, 9H), 1.16 (d, 6H).
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 화학식 4-1로 표시되는 화합물을 제조하였다.
화학식 4-1로 표시되는 화합물(400 mg, 0.793 mmol) 및 Ag2O(371 mg, 1.60 mmol, 1.82 equiv)를 쉬링크 플라스크에 넣은 후, CH2Cl2(9 ml)를 첨가하여, 실온에서 12시간 동안 암 조건하에 교반하였다. 셀라이트로 여과하고, 진공증발을 통해 용매를 제거한 후, 디클로메탄/n-헥산을 이용하여 재결정하여 하기 화학식 a-1로 표시되는 리간드 화합물을 얻었다(84% 수율).
[화학식 a-1]
1H NMR (400 MHz, CD2Cl2) δ 8.68 (d, J = 5.4 Hz, 1H), 7.68 (d, J = 1.9 Hz, 1H), 7.52 (t, J = 7.8 Hz, 1H), 7.48 (dd, J = 5.4, 1.9 Hz, 1H), 7.40 (d, J = 1.6 Hz, 2H), 7.30 (d, J = 7.8 Hz, 2H), 6.92 (d, J = 2.0 Hz, 1H), 2.26 (sept, J = 6.8 Hz, 2H), 1.38 (d, J = 6.0 Hz, 18H), 1.18 (d, J = 6.9 Hz, 6H), 1.13 (d, J = 6.9 Hz, 6H).
실험예
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 각 리간드 화합물을 이용하여 촉매 조성물을 제조 한 후, 아크릴레이트 제조반응을 실시하고 촉매 활성을 확인하였다.
(1) 실시예 3
글로브 박스 내에서, Ni(COD)2, 실시예 1의 리간드 화합물 7.1 mg, 테트라하이드로퓨란 2 ml, 나트륨 1,3,5-트리메틸페녹사이드 526 mg, 나트륨 아세테이트 273 mg을 반응기에 투입하고, 반응기를 체결하였다. 그 후, 글로브 박스 밖으로 반응기를 꺼내고, 반응기에 에틸렌과 이산화탄소를 각각 분압이 15 bar가 되도록 투입하고, 145℃로 가열하고 교반하면서 20시간 동안 반응시켰다. 반응완료 후, 반응기를 식힌 후 반응기 내부의 가스를 배출하고, 반응기에 산화 중수소(D2O)와 에테르를 투입하여 세척하고 내부 표준물로 소듐 3-(트리메틸실릴)-1-프로판설포네이트(sodium 3-(trimethylsilyl)-1-propanesulfonate)를 투입하였다. 이후, 층분리하고 여과한 후 1H NMR 분석을 통한 내부표준법(internal standard)으로 촉매 활성을 확인하였다.
촉매 활성은 수학식 1을 통한 촉매의 TON(Turnover Number)로 확인하였다.
[수학식 1]
TON(Turnover Number)= 아크릴레이트의 몰수(mmol)/촉매의 몰수(mmol)
(2) 실시예 4
상기 실시에 3에서, 실시예 1의 리간드 화합물 대신에 실시예 2의 리간드 화합물 7.5 mg을 사용한 것을 제외하고는 실시에 3과 동일하게 실시하여 아크릴레이트를 제조하고, 동일한 방법으로 촉매 활성을 확인하였다.
(3) 실시예 5
상기 실시에 3에서, 실시예 1의 리간드 화합물을 공기중에 24시간 노출시킨 후 사용한 것을 제외하고는 실시에 3과 동일하게 실시하여 아크릴레이트를 제조하고, 동일한 방법으로 촉매 활성을 확인하였다.
(4) 비교예 2
글로브 박스 내에서, 비교예 1에서 제조된 화학식 a-1로 표시되는 화합물(181 mg, 0.296 mmol) 및 에틸렌글리콜디메틸에테르(DME) NiBr2(91.37 mg, 0.296 mmol)를 250 ml 테플론-밸브 쉬링크 플라스크에 첨가하였다. 상기 플라스크를 글로브 박스로부터 꺼낸 뒤, 아르곤 존재 하에, 디클로로메탄(100 ml)을 첨가한 후, 60℃에서 36시간 동안 교반하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 아르곤 존재 하에 셀라이트를 포함하는 유리 프릿을 통해 여과한 후, 디클로로메탄/n-헥산을 이용 재결정하여 비활성 촉매 조성물을 제조하였다.
그 후, 반응기에 에틸렌과 이산화탄소를 각각 분압이 15 bar가 되도록 투입하고, 145℃로 가열하고 교반하면서 20시간 동안 반응시켰다. 이때, 상기 반응은 비활성 촉매 조성물의 활성화를 위하여 클로로벤젠(PhCl) 2 ml와 Zn 2.5 mmol을 함께 반응기에 투입하여 수행하였다. 이후, 촉매 활성은 실시예 3과 동일한 방법으로 확인하였다.
(5) 비교예 3
상기 비교예 2에서, Zn 2.5 mmol을 투입하지 않은 것을 제외하고는 비교예 2와 동일하게 실시하여 아크릴레이트를 제조하였으나, 촉매가 활성화 되지 않아 아크릴레이트가 유효적으로 합성되지 않았다.
| 구분 | 공기 노출 | 환원제 | TON |
| 실시예 3 | - | - | 9 |
| 실시예 4 | - | - | 11 |
| 실시예 5 | 24 시간 | 8 | |
| 비교예 2 | - | Zn | 8 |
| 비교예 3 | - | - | 0 |
상기 표 1를 통해서, 실시예 1 또는 실시예 2의 리간드 화합물을 사용하여 아크릴레이트를 제조한 실시예 3 및 실시예 4의 경우 비교예 1의 리간드 화합물을 사용하여 아크릴레이트를 제조한 비교예 2와 동등 이상으로 우수한 촉매 활성을 나타내는 것을 확인하였다. 또한, 실시예 5의 경우 실시예 1의 리간드 화합물을 24시간 동안 보관한 후 아크릴레이트 제조에 사용하였음에도 저하되지 않은 우수한 촉매 활성을 나타내는 것을 확인하였다.
한편, 비교예 1의 리간드 화합물을 이용하면서, 환원제를 이용한 촉매 활성 단계를 거치지 않은 비교예 3의 경우 촉매가 활성화 되지 않아 아크릴레이트가 유효적으로 합성되지 못하였으며, 이에 촉매 활성은 0이었다.
상기의 결과를 통하여, 본 발명에 따른 리간드 화합물은 보관 안정성이 뛰어나면서, 환원제를 이용한 촉매 활성 단계를 거치지 않고도 유기 니켈 화합물과 용이하게 반응하여 우수한 활성을 갖는 촉매를 형성할 수 있음을 확인할 수 있으며, 추가적으로 본 발명에서 제시하는 리간드 화합물은 아크릴레이트 제조용 촉매의 제조과정을 단순화하여 보다 산업성을 우수하게 할 수 있는 것임을 확인할 수 있다.
Claims (12)
- 하기 화학식 1로 표시되는 리간드 화합물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R3, R6 및 R7은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는 탄소수 7 내지 13의 아릴알킬기고,
R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이거나, 서로 결합하여 탄소수 6 내지 8의 지방족 불포화 고리 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족 고리를 형성하는 것이고,
R8 내지 R10은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 6의 알콕시기이다.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1에서,
R1, R2, R4, R5 및 R7은 수소원자이고,
R3 및 R6은 서로 독립적으로 탄소수 2 내지 5의 알킬기이며,
R8 내지 R10은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 3의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 3의 알콕시기인 것인 리간드 화합물.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R3, R6 및 R7은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는 탄소수 7 내지 13의 아릴알킬기고,
R4 및 R5는 서로 결합하여 탄소수 6의 지방족 불포화 고리 또는 탄소수 6의 방향족 고리를 형성하는 것이고,
R8 내지 R10은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 3의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 3의 알콕시기인 리간드 화합물.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 리간드 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-5로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 리간드 화합물:
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
[화학식 1-4]
[화학식 1-5]
.
- 카르복실산 및 알킬화제의 존재 하에 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 화학식 3으로 표시되는 화합물을 반응시켜 화학식 4로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(S1);
상기 화학식 4로 표시되는 화합물에 플루오로붕산(HBF4)을 드롭와이즈 방식으로 적가하여 반응시키는 단계(S2)를 포함하는 하기 화학식 1로 표시되는 리간드 화합물의 제조방법:
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 1]
상기 화학식 1 내지 화학식 4에서,
R1 내지 R3, R6 및 R7은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는 탄소수 7 내지 13의 아릴알킬기고,
R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이거나, 서로 결합하여 탄소수 6 내지 8의 지방족 불포화 고리 또는 탄소수 6 내지 12의 방향족 고리를 형성하는 것이고,
R8 내지 R10은 서로 독립적으로 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 6의 알콕시기이다.
- 제5항에 있어서,
상기 (S2) 단계의 반응은 극성용매 중에서 수행하는 것인 리간드 화합물의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 (S2) 단계의 반응은 상온에서 10시간 내지 30시간 동안 수행하는 것인 리간드 화합물의 제조방법.
- 반응용매 및 염기의 존재 하에 제1항의 리간드 화합물과 유기 니켈 화합물을 반응시켜 촉매 조성물을 제조하는 단계(P1);
상기 촉매 조성물의 존재 하에 에틸렌과 이산화탄소를 반응시키는 단계(P2)를 포함하는 아크릴레이트의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 유기 니켈 화합물은 Ni(COD)2, Ni(CO)4, Ni(OAc)2 및 Ni(cp)2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 아크릴레이트의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 염기는 나트륨 메톡사이드, 나트륨 에톡사이드, 나트륨 이소프록사이드, 나트륨 t-부톡사이드, 나트륨 이소부톡사이드, 페놀레이트, 나프톨레이트, 리튬 디메틸아마이드, 리튬 디에틸아마이드, 리튬 디이소프로필아마이드, 나트륨 디메틸아마이드, 칼륨 디에틸아마이드, 칼륨 이소프로필아마이드, 나트륨 헥사메틸디실라자이드(NaNMDS), 칼륨 헥사메틸디실라자이드(KHMDS) 및 리튬 헥사메틸디실라자이드(LiHMDS)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 아크릴레이트의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 리간드 화합물과 유기 니켈 화합물은 1:1 내지 3:1의 몰비로 반응시키는 것인 아크릴레이트의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 (P2) 단계의 반응은 상기 촉매 조성물이 충진되어 있는 반응기에 에틸렌과 이산화탄소를 각각 1 bar 내지 50 bar로 투입하고, 30℃ 내지 180℃의 온도범위에서 교반하여 수행하는 것인 아크릴레이트의 제조방법.
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|---|---|---|---|---|
| WO2018053540A1 (en) | 2016-09-19 | 2018-03-22 | Arris Enterprises Llc | Http streaming apparatus and system with pseudo manifest file and just-in-time encoding |
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