KR20230142128A - CATALYTIC COMPOSITION FOR PRODUCING α-HYDROXY ACID AND METHOD OF PRODUCING α-HYDROXY ACID - Google Patents

CATALYTIC COMPOSITION FOR PRODUCING α-HYDROXY ACID AND METHOD OF PRODUCING α-HYDROXY ACID Download PDF

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KR20230142128A
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장혜영
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변희민
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Abstract

α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물 및 α-하이드록시 산 제조 방법이 개시된다. 상기 α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물은 N-헤테로사이클릭 카벤 및 이에 결합된 이리듐(Ir)을 포함하는 촉매; 및 염기;를 포함하고, 알코올 화합물 및 에틸렌 글리콜 화합물이 반응하여 α-하이드록시 산을 생성하는 과정을 촉진할 수 있다. 상기 α-하이드록시 산 제조 방법은 N-헤테로사이클릭 카벤 및 이에 결합된 이리듐을 포함하는 촉매, 염기 및 에틸렌 글리콜 화합물을 액체 알코올 화합물에 용해시켜 반응 용액을 제조하는 제1 단계; 및 상기 반응 용액을 가열하여 상기 알코올 화합물과 상기 에틸렌 글리콜 화합물을 반응시켜 α-하이드록시 산을 합성하는 제2 단계;를 포함할 수 있다.A catalyst composition for producing α-hydroxy acids and a method for producing α-hydroxy acids are disclosed. The catalyst composition for producing α-hydroxy acid includes a catalyst comprising N-heterocyclic carbene and iridium (Ir) bound thereto; and a base; and can promote a process in which an alcohol compound and an ethylene glycol compound react to produce α-hydroxy acid. The α-hydroxy acid production method includes a first step of preparing a reaction solution by dissolving a catalyst containing N-heterocyclic carbene and iridium bound thereto, a base, and an ethylene glycol compound in a liquid alcohol compound; and a second step of heating the reaction solution to react the alcohol compound and the ethylene glycol compound to synthesize α-hydroxy acid.

Description

α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물 및 α-하이드록시 산 제조 방법{CATALYTIC COMPOSITION FOR PRODUCING α-HYDROXY ACID AND METHOD OF PRODUCING α-HYDROXY ACID}Catalyst composition for producing α-hydroxy acid and method for producing α-hydroxy acid {CATALYTIC COMPOSITION FOR PRODUCING α-HYDROXY ACID AND METHOD OF PRODUCING α-HYDROXY ACID}

본 발명은 α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물 및 α-하이드록시 산 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst composition for producing α-hydroxy acids and a method for producing α-hydroxy acids.

지속 가능하고 탄소 중립적인 촉매 공정을 개발하는 것은 탄소 배출량의 증가 없이 화합물 생산 및 소비 공정을 유지하는데 중요하다. 지속 가능한 공정에는 산업적으로 유용한 α-하이드록시 산을 생성하는 공정이 포함된다.Developing sustainable and carbon-neutral catalytic processes is important to maintain compound production and consumption processes without increasing carbon emissions. Sustainable processes include those that produce industrially useful α-hydroxy acids.

α-하이드록시 산은 화장품 등의 재료로서, 산업적으로 유용하고 가치가 높은 화합물의 군이다. 종래 기술에서, 2-탄소 α-하이드록시 산인 글리콜산(glycolic acid) 및 3-탄소 α-하이드록시 산인 락트산(lactic acid)은 미생물을 이용한 발효 공정이나 화학 공정에 의해서 제조된다. 그러나 종래 기술에서 바이오매스를 이용한 α-하이드록시 산의 생성 공정은 일반적으로 2-탄소 및 3-탄소 α-하이드록시 산에 한정된다. 따라서, 다양한 탄소 수의 α-하이드록시 산을 생성할 수 있는 범용성 있는 공정의 개발이 요구된다.α-Hydroxy acids are a group of compounds that are industrially useful and valuable as ingredients for cosmetics and the like. In the prior art, glycolic acid, a 2-carbon α-hydroxy acid, and lactic acid, a 3-carbon α-hydroxy acid, are produced by a fermentation process using microorganisms or a chemical process. However, in the prior art, the process for producing α-hydroxy acids using biomass is generally limited to 2-carbon and 3-carbon α-hydroxy acids. Therefore, there is a need to develop a versatile process that can produce α-hydroxy acids of various carbon numbers.

본 발명의 일 목적은 다양한 탄소 수의 α-하이드록시 산을 제조할 수 있는 α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a catalyst composition for producing α-hydroxy acids that can produce α-hydroxy acids of various carbon numbers.

본 발명의 다른 목적은 상기 촉매 조성물을 이용하여 α-하이드록시 산을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing α-hydroxy acid using the catalyst composition.

본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물은 N-헤테로사이클릭 카벤 및 이에 결합된 이리듐(Ir)을 포함하는 촉매 및 염기를 포함하고, 알코올 화합물 및 에틸렌 글리콜 화합물이 반응하여 α-하이드록시 산을 생성하는 과정을 촉진할 수 있다.The catalyst composition for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention includes a catalyst and a base containing N-heterocyclic carbene and iridium (Ir) bound thereto, and the alcohol compound and the ethylene glycol compound react to produce α -Can promote the process of producing hydroxy acids.

일 실시예에 있어서, 상기 촉매는 하기 화학식 (Ⅰ) 내지 (Ⅵ) 중 어느 하나를 가질 수 있다.In one embodiment, the catalyst may have any one of the following formulas (I) to (VI).

(Ⅰ) (Ⅰ)

(Ⅱ) (Ⅱ)

(Ⅲ) (Ⅲ)

(Ⅳ) (Ⅳ)

(Ⅴ) (Ⅴ)

(Ⅵ) (Ⅵ)

일 실시예에 있어서, 상기 염기는 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화세슘(CsOH) 또는 수산화바륨(Ba(OH)2) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the base may include one or more of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), cesium hydroxide (CsOH), or barium hydroxide (Ba(OH) 2 ).

본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법은 N-헤테로사이클릭 카벤 및 이에 결합된 이리듐을 포함하는 촉매, 염기 및 에틸렌 글리콜 화합물을 액체 알코올 화합물에 용해시켜 반응 용액을 제조하는 제1 단계; 및 상기 반응 용액을 가열하여 상기 알코올 화합물과 상기 에틸렌 글리콜 화합물을 반응시켜 α-하이드록시 산을 합성하는 제2 단계;를 포함할 수 있다.The method for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention includes the first step of preparing a reaction solution by dissolving a catalyst containing N-heterocyclic carbene and iridium bound thereto, a base, and an ethylene glycol compound in a liquid alcohol compound. step; and a second step of heating the reaction solution to react the alcohol compound and the ethylene glycol compound to synthesize α-hydroxy acid.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 단계의 반응은 160 내지 200 ℃에서 4 내지 24 시간 진행될 수 있다.In one embodiment, the reaction in the second step may proceed at 160 to 200 °C for 4 to 24 hours.

일 실시예에 있어서, 상기 촉매는 하기 화학식 (Ⅰ) 내지 (Ⅵ) 중 어느 하나를 가질 수 있다.In one embodiment, the catalyst may have any one of the following formulas (I) to (VI).

(Ⅰ) (Ⅰ)

(Ⅱ) (Ⅱ)

(Ⅲ) (Ⅲ)

(Ⅳ) (Ⅳ)

(Ⅴ) (Ⅴ)

(Ⅵ) (Ⅵ)

일 실시예에 있어서, 상기 반응 용액에서 상기 촉매의 농도는 0.01 내지 0.1 몰% 일 수 있다.In one embodiment, the concentration of the catalyst in the reaction solution may be 0.01 to 0.1 mol%.

일 실시예에 있어서, 상기 염기는 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화세슘(CsOH) 또는 수산화바륨(Ba(OH)2) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the base may include one or more of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), cesium hydroxide (CsOH), or barium hydroxide (Ba(OH) 2 ).

일 실시예에 있어서, 상기 반응 용액은 상기 에틸렌 글리콜 화합물 1 당량 당 상기 염기를 1 내지 2 당량 포함하고, 상기 염기는 카보닐 작용기(carbonyl group)을 환원할 수 있다.In one embodiment, the reaction solution contains 1 to 2 equivalents of the base per 1 equivalent of the ethylene glycol compound, and the base can reduce a carbonyl group.

일 실시예에 있어서, 상기 촉매는 상기 알코올 화합물의 탈수소화 반응을 유도할 수 있다.In one embodiment, the catalyst can induce a dehydrogenation reaction of the alcohol compound.

일 실시예에 있어서, 상기 알코올 화합물은 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 가질 수 있다.In one embodiment, the alcohol compound may have an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.

일 실시예에 있어서, 상기 알코올 화합물은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 펜탄올 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the alcohol compound may include one or more of methanol, ethanol, propanol, butanol, or pentanol.

일 실시예에 있어서, 상기 반응 용액은 상기 에틸렌 글리콜 화합물 1 당량 당 상기 알코올 화합물을 15 내지 30 당량으로 포함할 수 있다.In one embodiment, the reaction solution may contain 15 to 30 equivalents of the alcohol compound per 1 equivalent of the ethylene glycol compound.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 단계에서 합성된 α-하이드록시 산은 3 내지 12의 탄소수를 가질 수 있다.In one embodiment, the α-hydroxy acid synthesized in the second step may have a carbon number of 3 to 12.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 단계에서 합성된 α-하이드록시 산의 수율은 40 내지 76 %일 수 있다.In one embodiment, the yield of α-hydroxy acid synthesized in the second step may be 40 to 76%.

일 실시예에 있어서, 상기 α-하이드록시 산 제조 방법은 상기 제2 단계가 완료된 후, 상기 반응 용액에 알코올 화합물 및 에틸렌 글리콜 화합물을 더 첨가하여 반응 용액을 제조하는 제3 단계를 더 포함하고, 상기 제3 단계의 반응 용액을 가열함으로써 상기 제2 단계를 수행하여 상기 촉매는 상기 α-하이드록시 산 제조 방법에 재사용 될 수 있다.In one embodiment, the method for producing α-hydroxy acid further includes a third step of preparing a reaction solution by adding an alcohol compound and an ethylene glycol compound to the reaction solution after the second step is completed, By performing the second step by heating the reaction solution of the third step, the catalyst can be reused in the α-hydroxy acid production method.

본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물을 통해 알코올 화합물과 에틸렌 글리콜 화합물을 반응하여 α-하이드록시 산을 생성하는 반응을 촉진할 수 있으며, 상기 촉매 조성물은 회수 및 재사용 될 수 있다.The catalyst composition for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention can promote the reaction of producing α-hydroxy acid by reacting an alcohol compound with an ethylene glycol compound, and the catalyst composition can be recovered and reused. there is.

본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법을 통해 탄소수 3 이상의 α-하이드록시 산을 제조할 수 있다.An α-hydroxy acid having 3 or more carbon atoms can be produced through the α-hydroxy acid production method according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물의 작용을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법에서 반응물이 반응하는 양태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법이 진행되는 경로의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실험예에 따른 실험 결과를 나타낸 도면이다.
Figure 1 is a schematic diagram schematically showing the operation of a catalyst composition for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing a method for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram schematically showing how reactants react in a method for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing an example of the route of the α-hydroxy acid production method according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a flow chart showing a method for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention.
Figures 6 and 7 are diagrams showing experimental results according to an experimental example of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Since the present invention can be subject to various changes and can have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. While describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the attached drawings, the dimensions of the structures are enlarged from the actual size for clarity of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, or a combination thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features or numbers. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of steps, operations, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.

일 측면에서 본 발명은 α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물을 제공한다.In one aspect, the present invention provides a catalyst composition for producing α-hydroxy acids.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물의 작용을 개략적으로 나타낸 모식도이다.Figure 1 is a schematic diagram schematically showing the operation of a catalyst composition for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 측면에서 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물은 N-헤테로사이클릭 카벤 및 이에 결합된 이리듐(Ir)을 포함하는 촉매 및 염기를 포함하고, 알코올 화합물 및 에틸렌 글리콜 화합물이 반응하여 α-하이드록시 산을 생성하는 과정을 촉진할 수 있다.Referring to Figure 1, in one aspect of the present invention, the catalyst composition for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention includes a catalyst containing N-heterocyclic carbene and iridium (Ir) bound thereto, and a base. And, it can promote the process in which an alcohol compound and an ethylene glycol compound react to produce α-hydroxy acid.

본 명세서의 문맥에서, "헤테로사이클릭"이란 고리형 분자 또는 작용기로, 고리를 이루는 원소가 2개 이상인 분자 또는 작용기를 의미한다. 상기 고리형 분자는 탄소 및 질소를 포함할 수 있다. 따라서 본 명세서의 문맥에서, "N-헤테로사이클릭"이란 질소 및 그 외 1개 이상의 원소를 포함하는 고리형 분자를 의미한다.In the context of this specification, “heterocyclic” means a ring-shaped molecule or functional group having two or more ring elements. The cyclic molecule may contain carbon and nitrogen. Therefore, in the context of this specification, “N-heterocyclic” means a cyclic molecule containing nitrogen and one or more other elements.

본 명세서의 문맥에서, "카벤"이란 2가 원자가의 중성 탄소 원자와 두 개의 비공유 원자가 전자를 포함하는 분자 또는 그로부터 유래한 작용기를 의미한다. 따라서 본 명세서의 문맥에서 "N-헤테로사이클릭 카벤"이란 질소와 탄소를 포함하는 고리형 분자 또는 그로부터 유래한 작용기로서 2가 원자가의 중성 탄소 원자와 두 개의 비공유 원자가 전자를 포함하는 분자 또는 그로부터 유래한 작용기를 의미한다.In the context of this specification, “carben” means a molecule containing a divalent neutral carbon atom and two unpaired valence electrons or a functional group derived therefrom. Therefore, in the context of the present specification, "N-heterocyclic carbene" refers to a cyclic molecule containing nitrogen and carbon, or a functional group derived therefrom, and a molecule containing a divalent neutral carbon atom and two unpaired valence electrons, or a functional group derived therefrom. It means one functional group.

상기 촉매는 N-헤테로사이클릭 카벤 및 이에 결합된 이리듐(Ir)을 포함하며, 상기 정의에 부합하는 촉매라면 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예에 있어서, 상기 촉매는 하기 화학식 (Ⅰ) 내지 (Ⅵ) 중 어느 하나를 가질 수 있다.The catalyst includes N-heterocyclic carbene and iridium (Ir) bound thereto, and is not particularly limited as long as it meets the above definition. In one embodiment, the catalyst may have any one of the following formulas (I) to (VI).

(Ⅰ) (Ⅰ)

(Ⅱ) (Ⅱ)

(Ⅲ) (Ⅲ)

(Ⅳ) (Ⅳ)

(Ⅴ) (Ⅴ)

(Ⅵ) (Ⅵ)

여기서, COD는 1,5-사이클로옥타다니에닐(1,5-cyclooctadienyl), CO는 카보닐 작용기(carbonyl group), Cp는 사이클로펜타디에닐(cyclopentadienyl)을 의미한다.Here, COD refers to 1,5-cyclooctadienyl, CO refers to a carbonyl group, and Cp refers to cyclopentadienyl.

상기 화학식 (Ⅰ) 내지 (Ⅵ)은 비제한적인 예시이며, 상기 촉매는 이에 제한되지 않는다.The above formulas (I) to (VI) are non-limiting examples, and the catalyst is not limited thereto.

상기 염기의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예에 있어서, 상기 염기는 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화세슘(CsOH) 또는 수산화바륨(Ba(OH)2) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The type of the base is not particularly limited. In one embodiment, the base may include one or more of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), cesium hydroxide (CsOH), or barium hydroxide (Ba(OH) 2 ).

본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물을 통해 알코올 화합물과 에틸렌 글리콜 화합물을 반응하여 α-하이드록시 산을 생성하는 반응을 촉진할 수 있으며, 상기 촉매 조성물은 회수 및 재사용 될 수 있다.The catalyst composition for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention can promote the reaction of producing α-hydroxy acid by reacting an alcohol compound with an ethylene glycol compound, and the catalyst composition can be recovered and reused. there is.

다른 측면에서 본 발명은 α-하이드록시 산 제조 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing α-hydroxy acids.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.Figure 2 is a flow chart showing a method for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 측면에서, 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법은 N-헤테로사이클릭 카벤 및 이에 결합된 이리듐을 포함하는 촉매, 염기 및 에틸렌 글리콜 화합물을 액체 알코올 화합물에 용해시켜 반응 용액을 제조하는 제1 단계(S110); 및 상기 반응 용액을 가열하여 상기 알코올 화합물과 상기 에틸렌 글리콜 화합물을 반응시켜 α-하이드록시 산을 합성하는 제2 단계(S120);를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, in another aspect of the present invention, the method for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention includes a catalyst including N-heterocyclic carbene and iridium bound thereto, a base, and an ethylene glycol compound. A first step of preparing a reaction solution by dissolving it in a liquid alcohol compound (S110); and a second step (S120) of heating the reaction solution to react the alcohol compound and the ethylene glycol compound to synthesize α-hydroxy acid.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법에서 반응물이 반응하는 양태를 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 3 is a diagram schematically showing how reactants react in a method for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 상기 합성 단계(S120)에서, 알코올 화합물 및 에틸렌 글리콜 화합물은 반응하여 α-하이드록시 산을 생성한다. 본 명세서의 문맥에서 "알코올 화합물"은 하이드록시기(hydroxy group, -OH)를 가진 화합물을 통칭하는 용어이다. 따라서, 본 명세서의 문맥에서 "주기(main group)"는 알코올 화합물에 있어서 상기 하이드록시기가 부착된 나머지를 의미할 수 있다. 결과적으로, 본 명세서의 문맥에서 "알코올 화합물"은 주기에 하이드록시기가 결합된 화합물을 통칭하는 용어이다. 또한 본 명세서의 문맥에서 "에틸렌 글리콜 화합물"은 1,2-에탄디올(1,2-ethanediol) 및 그로부터 유래한 화합물을 의미한다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법이 진행됨에 따라, 상기 알코올 화합물의 주기와 에틸렌 글리콜 화합물의 2-탄소 사슬은 결합하여 상기 알코올 화합물의 주기에 탄소수가 2 만큼 증가한 α-하이드록시 산을 생성한다.Referring to FIGS. 2 and 3 together, in the synthesis step (S120), the alcohol compound and the ethylene glycol compound react to produce α-hydroxy acid. “Alcohol compound” in the context of this specification is a general term for compounds having a hydroxy group (-OH). Therefore, in the context of the present specification, “main group” may mean the remainder of the alcohol compound to which the hydroxy group is attached. Consequently, “alcohol compound” in the context of this specification is a general term for compounds having a hydroxy group attached to the cycle. Also, “ethylene glycol compounds” in the context of this specification means 1,2-ethanediol and compounds derived therefrom. Referring to Figure 3, as the method for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention progresses, the cycle of the alcohol compound and the 2-carbon chain of the ethylene glycol compound are combined to increase the number of carbon atoms in the cycle of the alcohol compound. Produces increased α-hydroxy acid by 2.

본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법은 반응물 및 반응 조건에 따라 다양한 경로로 진행될 수 있다. 상기 경로는 둘 이상일 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법이 진행되는 경로의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 상기 경로는 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법이 진행되는 경로의 일 실시예이며, 이는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.The method for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention may proceed through various routes depending on the reactants and reaction conditions. There may be more than one path. Figure 4 is a diagram showing an example of the route of the α-hydroxy acid production method according to an embodiment of the present invention. The above route is an example of the route along which the method for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention proceeds, and does not limit the scope of the present invention.

도 4를 참조하면, 알코올 화합물 및 에틸렌 글리콜 화합물에서 탈수소 반응이 진행될 수 있다. 본 명세서의 문맥에서 "탈수소 반응"이란, 유기화합물의 사슬에서 인접한 탄소 원자에 결합한 2개의 수소 원자가 수소 기체의 형태로 생성 및 제거되며 사슬의 불포화도가 증가하는 반응을 의미한다. 상기 반응은 촉매에 의해 촉진될 수 있다. Referring to FIG. 4, a dehydrogenation reaction may occur in an alcohol compound and an ethylene glycol compound. “Dehydrogenation reaction” in the context of this specification means a reaction in which two hydrogen atoms bonded to adjacent carbon atoms in the chain of an organic compound are generated and removed in the form of hydrogen gas, and the degree of unsaturation of the chain increases. The reaction can be promoted by a catalyst.

상기 탈수소 반응 후, 상기 알코올 화합물의 탈수소 반응 산물 및 상기 에틸렌 글리콜 화합물의 탈수소 반응 산물 사이에서 알돌 반응이 진행될 수 있다. 본 명세서의 문맥에서 "알돌 반응"이란, 두 개의 카보닐(carbonyl) 화합물이 결합하여 β-하이드록시 화합물을 생성하는 반응을 의미한다. 따라서, 알돌 반응을 통해 상기 알코올 화합물의 탈수소 반응 산물 및 상기 에틸렌 글리콜 화합물의 탈수소 반응 산물은 결합하여 하나의 β-하이드록시 화합물을 생성한다.After the dehydrogenation reaction, an aldol reaction may proceed between the dehydrogenation reaction product of the alcohol compound and the dehydrogenation reaction product of the ethylene glycol compound. “Aldol reaction” in the context of this specification means a reaction in which two carbonyl compounds combine to produce a β-hydroxy compound. Therefore, through an aldol reaction, the dehydrogenation reaction product of the alcohol compound and the dehydrogenation reaction product of the ethylene glycol compound combine to produce one β-hydroxy compound.

본 명세서의 문맥에서, 작용기 앞에 기재되는 그리스 문자 α, β 또는 γ는 당업자에게 자명한 바와 같이, 각각 지칭되는 카보닐기에 포함된 탄소로부터 1개, 2개 또는 3개의 결합만큼 이격된 결합 자리(site)를 의미한다. 일례로, α-하이드록시기란 카보닐기에 포함된 탄소와 직접 결합한 탄소에 결합한 하이드록시기를 의미한다. 다른 예시로, γ-탄소란 카보닐기에 포함된 탄소와 3개의 결합만큼 이격된 자리의 탄소를 의미한다.In the context of the present specification, the Greek letter α, β or γ preceding a functional group refers to a bond site spaced by 1, 2 or 3 bonds from the carbon contained in the carbonyl group to which it is referred, respectively, as will be apparent to those skilled in the art. site). For example, an α-hydroxy group refers to a hydroxy group bonded to a carbon directly bonded to a carbon included in a carbonyl group. As another example, the γ-carbon refers to the carbon in the carbonyl group separated by three bonds.

상기 알돌 반응 후, 상기 β-하이드록시 화합물에서 탈수 반응이 진행될 수 있다. 본 명세서의 문맥에서 "탈수 반응"이란, 당업자에게 자명한 바와 같이, 유기화합물의 분자 내 또는 분자 간에서 2개의 수소 원자 및 1개의 산소 원자가 물의 형태로 생성 및 제거되는 반응을 의미한다. 일 실시예에서, 상기 탈수 반응은 인접한 탄소 원자에 각각 결합된 수소 원자 및 하이드록시기가 물의 형태로 제거되며, 상기 인접한 탄소 원자 사이 결합의 불포화도가 증가할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 탈수 반응은 β-하이드록시 화합물의 α-탄소에 결합한 수소 원자 및 β-탄소에 결합한 하이드록시기에서 일어날 수 있다. 상기 탈수 반응의 결과로, α-탄소와 β-탄소 사이에 이중 결합이 형성된 화합물이 생성될 수 있다.After the aldol reaction, a dehydration reaction may proceed in the β-hydroxy compound. “Dehydration reaction” in the context of this specification means a reaction in which two hydrogen atoms and one oxygen atom are created and removed in the form of water within or between molecules of an organic compound, as will be apparent to those skilled in the art. In one embodiment, the dehydration reaction removes hydrogen atoms and hydroxy groups each bonded to adjacent carbon atoms in the form of water, and the degree of unsaturation of the bond between adjacent carbon atoms may increase. In one embodiment, the dehydration reaction may occur at a hydrogen atom bonded to the α-carbon and a hydroxy group bonded to the β-carbon of a β-hydroxy compound. As a result of the dehydration reaction, a compound in which a double bond is formed between the α-carbon and the β-carbon may be produced.

상기 탈수 반응 후, 상기 α, β-이중 결합 화합물에서 수소 이동이 진행될 수 있다. 본 명세서의 문맥에서 "수소 이동"이란, 분자 내 또는 분자 간 수소 원자가 결합 자리를 변경하는 과정을 의미하며, 특히 분자 내에서 수소 원자가 결합 자리를 변경하여 이성질체를 생성하는 과정을 의미한다. 일 실시예에서, 상기 수소 이동은 α-탄소의 하이드록시기의 수소가 β-탄소로 이동할 수 있다. 그 결과, α-자리에도 카보닐기가 형성된 디카보닐 화합물이 생성될 수 있다.After the dehydration reaction, hydrogen transfer may occur in the α, β-double bond compound. “Hydrogen transfer” in the context of the present specification means the process of changing the bonding site of a hydrogen atom within or between molecules, and in particular the process of changing the bonding site of a hydrogen atom within a molecule to produce isomers. In one embodiment, the hydrogen transfer may occur from the hydrogen of the hydroxyl group of the α-carbon to the β-carbon. As a result, a dicarbonyl compound in which a carbonyl group is also formed at the α-site can be produced.

상기 수소 이동 후, 상기 디카보닐 화합물에서 카니자로 반응이 진행될 수 있다. 본 명세서의 문맥에서 "카니자로 반응(Cannizzaro reaction)"이란, 당업자에게 자명한 바와 같이 염기의 작용에 의해 2개의 카보닐기가 각각 카르복시산 및 알코올로 환원되는 반응을 의미하며, 상기 2개의 카보닐기는 하나의 디카보닐 화합물 분자에 위치한 카보닐기 일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 디카보닐 화합물은 카니자로 반응을 통해 말단 카보닐기(알데하이드)는 카복시기(carboxylic group)로 환원되고, α-자리의 카보닐기는 하이드록시기로 환원될 수 있다. 그 결과, α-하이드록시 산이 생성될 수 있다.After the hydrogen transfer, a Cannizzaro reaction may proceed in the dicarbonyl compound. "Cannizzaro reaction" in the context of the present specification means a reaction in which two carbonyl groups are reduced to a carboxylic acid and an alcohol, respectively, by the action of a base, as will be apparent to those skilled in the art, wherein the two carbonyl groups It may be a carbonyl group located on one dicarbonyl compound molecule. In one embodiment, the terminal carbonyl group (aldehyde) of the dicarbonyl compound may be reduced to a carboxylic group, and the carbonyl group at the α-site may be reduced to a hydroxy group through Cannizzaro reaction. As a result, α-hydroxy acids may be produced.

상기 일련의 반응 기전은 본 발명의 일 실시예에 따라 제안된 비제한적인 기전이며, 이는 본 발명의 범위와 취지를 제한하지 않는다.The above series of reaction mechanisms are non-limiting mechanisms proposed according to an embodiment of the present invention, and do not limit the scope and spirit of the present invention.

상기 촉매, 염기, 알코올 화합물 및 에틸렌 글리콜 화합물의 종류 및 목적하는 수율에 따라 반응계의 온도 및 시간 등이 선택될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제2 단계(S120)의 반응은 160 내지 200 ℃에서 4 내지 24 시간 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 반응은 약 180 ℃에서 약 16 시간 진행될 수 있다. 일례로, 상기 반응은 약 180 ℃에서 약 4 시간 진행될 수 있다. 반응의 수율을 고려했을 때, 상기 온도 및 반응 시간에서 공정에 투입되는 비용을 최소화하여 공정은 효율화된다.The temperature and time of the reaction system may be selected depending on the type and desired yield of the catalyst, base, alcohol compound, and ethylene glycol compound. In one embodiment, the reaction in the second step (S120) may proceed at 160 to 200 ° C. for 4 to 24 hours. For example, the reaction may proceed at about 180° C. for about 16 hours. For example, the reaction may proceed at about 180° C. for about 4 hours. Considering the yield of the reaction, the process is efficient by minimizing the cost input into the process at the above temperature and reaction time.

상기 촉매는 N-헤테로사이클릭 카벤 및 이에 결합된 이리듐을 포함하며, 상기 정의에 부합하는 촉매라면 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예에 있어서, 상기 촉매는 하기 화학식 (Ⅰ) 내지 (Ⅵ) 중 어느 하나를 가질 수 있다.The catalyst includes N-heterocyclic carbene and iridium bonded thereto, and is not particularly limited as long as it meets the above definition. In one embodiment, the catalyst may have any one of the following formulas (I) to (VI).

(Ⅰ) (Ⅰ)

(Ⅱ) (Ⅱ)

(Ⅲ) (Ⅲ)

(Ⅳ) (Ⅳ)

(Ⅴ) (Ⅴ)

(Ⅵ) (Ⅵ)

반응물 및 반응 조건에 따라 상기 촉매의 농도는 선택될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 반응 용액에서 상기 촉매의 농도는 약 0.01 내지 0.1 몰% 일 수 있다. 촉매의 농도를 한정함으로써, 반응 시간과 촉매 사용에 투입되는 비용을 최소화하여 공정을 효율화 할 수 있다.The concentration of the catalyst may be selected depending on the reactants and reaction conditions. In one embodiment, the concentration of the catalyst in the reaction solution may be about 0.01 to 0.1 mol%. By limiting the concentration of the catalyst, the process can be made more efficient by minimizing the reaction time and the cost of using the catalyst.

상기 염기의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예에 있어서, 상기 염기는 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화세슘(CsOH) 또는 수산화바륨(Ba(OH)2) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 염기는 수산화세슘 일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 반응 용액은 상기 에틸렌 글리콜 화합물 1 당량 당 상기 염기를 1 내지 2 당량 포함할 수 있다. 상기 염기는 상기 제2 단계(S120)가 진행되는 과정에서 카보닐 작용기(carbonyl group)을 환원할 수 있다.The type of the base is not particularly limited. In one embodiment, the base may include one or more of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), cesium hydroxide (CsOH), or barium hydroxide (Ba(OH) 2 ). For example, the base may be cesium hydroxide. In one embodiment, the reaction solution may contain 1 to 2 equivalents of the base per equivalent of the ethylene glycol compound. The base can reduce the carbonyl group during the second step (S120).

일 실시예에 있어서, 상기 촉매는 상기 알코올의 탈수소화 반응을 유도할 수 있다.In one embodiment, the catalyst can induce a dehydrogenation reaction of the alcohol.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 알코올의 주기에 따라 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법을 통해 생성되는 α-하이드록시 산의 종류가 결정될 수 있다. 따라서 생성하고자 하는 α-하이드록시 산에 따라 알코올의 주기를 선택할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 주기는 알킬기(alkyl group)일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 알코올 화합물은 탄소수 약 1 내지 10의 알킬기를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 알코올 화합물은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 펜탄올 중 하나 이상을 포함할 수 있다.Referring to Figures 3 and 4, the type of α-hydroxy acid produced through the α-hydroxy acid production method according to an embodiment of the present invention can be determined depending on the cycle of the alcohol. Therefore, the alcohol cycle can be selected depending on the α-hydroxy acid to be produced. In one embodiment, the period may be an alkyl group. In one embodiment, the alcohol compound may have an alkyl group having about 1 to 10 carbon atoms. In one embodiment, the alcohol compound may include one or more of methanol, ethanol, propanol, butanol, or pentanol.

상기 에틸렌 글리콜 화합물, 상기 알코올 화합물 및 반응 조건에 따라 반응용액에 존재하는 반응물의 양이 선택될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 반응 용액은 상기 에틸렌 글리콜 화합물 1 당량 당 상기 알코올 화합물을 15 내지 30 당량으로 포함할 수 있다. The amount of reactant present in the reaction solution may be selected depending on the ethylene glycol compound, the alcohol compound, and reaction conditions. In one embodiment, the reaction solution may contain 15 to 30 equivalents of the alcohol compound per 1 equivalent of the ethylene glycol compound.

상기 α-하이드록시 산 제조 방법은 탄소수 3개 이상의 α-하이드록시 산을 제조하는 일반적인 방법을 제공한다. 상술한 바와 같이 일 실시예에서 상기 알코올 화합물은 탄소수 약 1 내지 10의 알킬기를 가질 수 있으며, 이를 에틸렌 글리콜 화합물과 반응함을 통해 α-하이드록시 산 제조 방법을 통해 제조된 α-하이드록시 산은 약 3 내지 12의 탄소수를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 단계(S120)에서 합성된 α-하이드록시 산은 약 3 내지 12의 탄소수를 가질 수 있다.The method for producing α-hydroxy acids provides a general method for producing α-hydroxy acids having 3 or more carbon atoms. As described above, in one embodiment, the alcohol compound may have an alkyl group having about 1 to 10 carbon atoms, and the α-hydroxy acid prepared through the α-hydroxy acid production method by reacting it with an ethylene glycol compound has about It may have 3 to 12 carbon atoms. For example, the α-hydroxy acid synthesized in the second step (S120) may have a carbon number of about 3 to 12.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 단계(S120)에서 합성된 α-하이드록시 산의 수율은 약 40 내지 76 %일 수 있다.In one embodiment, the yield of α-hydroxy acid synthesized in the second step (S120) may be about 40 to 76%.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.Figure 5 is a flow chart showing a method for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법은 상기 제2 단계(S120)가 완료된 후, 상기 반응 용액에 알코올 화합물 및 에틸렌 글리콜 화합물을 더 첨가하여 반응 용액을 제조하는 제3 단계(S130)를 더 포함하고, 상기 제3 단계(S130)의 반응 용액을 가열함으로써 상기 제2 단계(S120)를 수행하여 상기 촉매는 상기 α-하이드록시 산 제조 방법에 재사용 될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 촉매는 회수되어 상기 α-하이드록시 산 제조 방법에 재사용 될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 촉매는 회수되어 상기 α-하이드록시 산 제조 방법에 약 6 내지 8회 재사용 될 수 있다. Referring to Figure 5, in the method for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention, after the second step (S120) is completed, an alcohol compound and an ethylene glycol compound are further added to the reaction solution to prepare a reaction solution. It further includes a third step (S130), and the second step (S120) is performed by heating the reaction solution of the third step (S130), so that the catalyst can be reused in the α-hydroxy acid production method. there is. In one embodiment, the catalyst can be recovered and reused in the α-hydroxy acid production method. In one embodiment, the catalyst can be recovered and reused in the α-hydroxy acid production method about 6 to 8 times.

본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법을 통해 탄소수 3 이상의 α-하이드록시 산을 제조할 수 있다.An α-hydroxy acid having 3 or more carbon atoms can be produced through the α-hydroxy acid production method according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 실시예에 대해 상술한다. 다만, 하기에 기재된 실시예는 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the examples described below are only some embodiments of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

촉매, 염기 및 반응 시간에 따른 수율 비교Yield comparison according to catalyst, base and reaction time

본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물에 포함된 촉매, 염기의 종류 및 반응 시간에 따른 반응의 수율을 분석하였다. 반응물은 메탄올과 에틸렌 글리콜을 사용하였다. 반응은 180 ℃에서 16시간 동안 진행되었고, 하기 실시예 10의 경우에만 4시간 동안 진행되었다. 상기 반응의 반응식은 하기와 같다.The reaction yield according to the catalyst composition contained in the catalyst composition for producing α-hydroxy acid according to an example of the present invention, the type of base, and the reaction time were analyzed. Methanol and ethylene glycol were used as reactants. The reaction was carried out at 180°C for 16 hours, and in the case of Example 10 below, it was carried out for 4 hours only. The reaction formula for the above reaction is as follows.

촉매의 사용 여부, 촉매의 종류, 염기의 사용 여부, 염기의 종류에 따른 상기 형태 1 내지 3의 수율은 하기 표와 같다. The yields of Forms 1 to 3 depending on whether a catalyst is used, the type of catalyst, whether a base is used, and the type of base are shown in the table below.

구분division 촉매catalyst
(몰%)(mole%)
염기base
(당량)(equivalent weight)
형태 1 수율Form 1 yield
(%)(%)
형태 2 수율Form 2 Yield
(%)(%)
형태 3 수율Form 3 Yield
(%)(%)
실시예 1Example 1
(0.05)

(0.05)
KOH
(1.5)
KOH
(1.5)
6969 1.81.8 0.50.5
실시예 2Example 2
(0.05)

(0.05)
KOH
(1.5)
KOH
(1.5)
4646 2.72.7 0.60.6
실시예 3Example 3
(0.05)

(0.05)
KOH
(1.5)
KOH
(1.5)
4646 4.74.7 0.50.5
실시예 4Example 4
(0.05)

(0.05)
KOH
(1.5)
KOH
(1.5)
6363 2.32.3 0.20.2
실시예 5Example 5
(0.05)

(0.05)
KOH
(1.5)
KOH
(1.5)
7070 1.91.9 0.20.2
실시예 6Example 6
(0.05)

(0.05)
KOH
(1.5)
KOH
(1.5)
4141 1212 0.60.6
비교예 1Comparative Example 1 [Ir(COD)Cl]2
(0.025)
[Ir(COD)Cl] 2
(0.025)
KOH
(1.5)
KOH
(1.5)
2020 1.31.3 0.10.1
비교예 2Comparative Example 2 -- KOH
(1.5)
KOH
(1.5)
4.84.8 1.11.1 0.10.1
실시예 7Example 7
(0.05)

(0.05)
NaOH
(1.5)
NaOH
(1.5)
6767 4.94.9 0.10.1
실시예 8Example 8
(0.05)

(0.05)
CsOH
(1.5)
CsOH
(1.5)
7070 3.73.7 0.30.3
실시예 9Example 9
(0.05)

(0.05)
Ba(OH)2
(0.75)
Ba(OH) 2
(0.75)
5656 4.44.4 0.20.2
비교예 3Comparative Example 3
(0.05)

(0.05)
NaOMe
(1.5)
NaOMe
(1.5)
1One 1.61.6 --
비교예 4 Comparative Example 4
(0.05)

(0.05)
-- -- -- --
실시예 10
(4시간 반응)
Example 10
(4 hour reaction)

(0.05)

(0.05)
CsOH
(1.5)
CsOH
(1.5)
6969 4.34.3 0.50.5
실시예 11Example 11
(0.0125)

(0.0125)
CsOH
(1.5)
CsOH
(1.5)
7272 2.82.8 0.30.3

상기 촉매 (Ⅰ) 내지 (Ⅵ)의 화학식은 하기와 같다.The chemical formulas of the catalysts (I) to (VI) are as follows.

(Ⅰ) (Ⅰ)

(Ⅱ) (Ⅱ)

(Ⅲ) (Ⅲ)

(Ⅳ) (Ⅳ)

(Ⅴ) (Ⅴ)

(Ⅵ) (Ⅵ)

상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 6, 비교예 1 및 2에서 촉매의 사용 여부 및 촉매의 종류에 따른 수율을 분석하였다. 비교예 1의 촉매는 N-헤테로사이클릭카벤을 포함하지 않는 촉매이며, 비교예 2는 촉매를 사용하지 않았다. 비교예 1 및 2 모두 실시예 1 내지 6과 비교하여 유의하게 낮은 수율을 보임을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, the yields according to the use of catalyst and the type of catalyst were analyzed in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2. The catalyst of Comparative Example 1 did not contain N-heterocyclic carbene, and Comparative Example 2 did not use a catalyst. It can be seen that both Comparative Examples 1 and 2 showed significantly lower yields compared to Examples 1 to 6.

실시예 7 내지 9, 비교예 3 및 4에서 염기의 사용 여부 및 염기의 종류에 따른 수율을 분석하였다. 비교예 3에 염기로 첨가한 NaOMe에서는 3% 미만의 낮은 수율을 보였으며, 염기를 사용하지 않은 비교예 4에서는 반응이 전혀 진행되지 않았다. 한편, 실시예 8의 CsOH가 가장 높은 수율을 보였다.In Examples 7 to 9 and Comparative Examples 3 and 4, the yield according to the use and type of base was analyzed. NaOMe added as a base in Comparative Example 3 showed a low yield of less than 3%, and in Comparative Example 4 where no base was used, the reaction did not proceed at all. Meanwhile, CsOH of Example 8 showed the highest yield.

실시예 10은 4시간 반응한 결과이다. 동일한 조건에서 16시간 반응한 실시예 8과 비교했을 때, 유의한 수율의 차이를 보이지 않음을 확인할 수 있다.Example 10 is the result of reaction for 4 hours. When compared to Example 8, which was reacted for 16 hours under the same conditions, it can be seen that there is no significant difference in yield.

실시예 11은 촉매의 농도를 0.0125 몰% 사용하여 반응한 결과이다. 동일한 조건에서 촉매의 농도를 0.05 몰% 사용하여 반응한 실시예 8과 비교했을 때, 유의한 수율의 차이를 보이지 않음을 확인할 수 있다.Example 11 is the result of a reaction using a catalyst concentration of 0.0125 mol%. When compared to Example 8, which was reacted under the same conditions using a catalyst concentration of 0.05 mol%, it can be seen that there is no significant difference in yield.

에틸렌 글리콜과 알코올의 반응Reaction of ethylene glycol with alcohol

에틸렌 글리콜 및 서로 다른 종류의 알코올을 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물과 반응하여 α-하이드록시 산을 제조하였다. 상기 반응의 일반적인 반응식은 하기와 같다.Ethylene glycol and different types of alcohol were reacted with the catalyst composition for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention to produce α-hydroxy acid. The general reaction formula for the above reaction is as follows.

촉매는 상기 촉매 (Ⅰ) 또는 (Ⅳ)를 사용하였고, 염기는 KOH 또는 CsOH를 사용하였다. 에틸렌 글리콜은 5 mmol 사용하였고, 알코올은 각 100 mmol 사용하였다. 반응은 180 ℃에서 16 시간 동안 진행되엇다.The above catalyst (I) or (IV) was used as the catalyst, and KOH or CsOH was used as the base. Ethylene glycol was used at 5 mmol, and alcohol was used at 100 mmol each. The reaction proceeded at 180°C for 16 hours.

도 6는 생성된 α-하이드록시 산 및 수율을 나타낸 도면이다. 도 6 및 상기 반응식을 함께 참조하면, 도 6의 실시예 및 비교예에서 사용된 알코올은 생성된 α-하이드록시 산에 대응된다. 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물을 사용했을 때, 50 내지 75 %의 수율을 모임을 확인할 수 있다. 도 6의 비교예 5의 경우, 벤질 알코올을 사용하였을 때 생성된 α-하이드록시 산이 탈수 반응 및 수소화 반응이 더 진행되어 포화 지방족 카르복실산이 형성됨을 확인할 수 있다.Figure 6 is a diagram showing the produced α-hydroxy acid and yield. Referring to FIG. 6 and the above reaction formula together, the alcohol used in the examples and comparative examples of FIG. 6 corresponds to the produced α-hydroxy acid. When using the catalyst composition for producing α-hydroxy acid according to an example of the present invention, a yield of 50 to 75% can be achieved. In the case of Comparative Example 5 of Figure 6, it can be seen that the α-hydroxy acid produced when benzyl alcohol was used further underwent dehydration and hydrogenation reactions to form saturated aliphatic carboxylic acid.

촉매의 재사용Reuse of catalyst

에틸렌 글리콜과 메탄올을 통해 본 발명의 실시예에 따른 α-하이드록시 산 제조 방법을 실시하는 과정에서, 상기 촉매 (Ⅰ)을 회수 및 재사용하여 재사용 가능성을 평가하였다. 촉매 (Ⅰ) 및 염기로 CsOH 1.5 당량을 사용하였고, 각 반응마다 에틸렌 글리콜 5 mmol, 메탄올 100 mmol을 사용하였다. 각 반응마다 180 ℃에서 4 시간 반응을 진행하였으며, 촉매는 반복해서 재사용 되었다.In the process of carrying out the method for producing α-hydroxy acid according to an embodiment of the present invention using ethylene glycol and methanol, the catalyst (I) was recovered and reused to evaluate reusability. 1.5 equivalents of CsOH were used as catalyst (Ⅰ) and base, and 5 mmol of ethylene glycol and 100 mmol of methanol were used for each reaction. For each reaction, the reaction was carried out at 180°C for 4 hours, and the catalyst was reused repeatedly.

도 7은 상기 실험의 결과를 나타낸 도면이다. 도 7의 막대 그래프는 수율, 꺾은선 그래프는 턴오버 넘버(turnover number; TON)을 의미한다. 도 7을 참조하면, 반응 사이클이 7번까지 진행됨에 따라 반응 수율은 유의한 변화를 보이지 않아 촉매의 성능이 재사용시에도 유지됨을 확인할 수 있다. TON도 대체로 선형으로 증가하며, 이를 통해 촉매의 활성이 재사용시에도 유지됨을 확인할 수 있다.Figure 7 is a diagram showing the results of the above experiment. The bar graph in FIG. 7 represents yield, and the line graph represents turnover number (TON). Referring to Figure 7, as the reaction cycle progresses up to 7 times, the reaction yield does not show any significant change, confirming that the performance of the catalyst is maintained even when reused. TON also increases roughly linearly, which confirms that the activity of the catalyst is maintained even when reused.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art can make various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following patent claims. You will understand that it is possible.

Claims (16)

N-헤테로사이클릭 카벤 및 이에 결합된 이리듐(Ir)을 포함하는 촉매; 및 염기;를 포함하고,
알코올 화합물 및 에틸렌 글리콜 화합물이 반응하여 α-하이드록시 산을 생성하는 과정을 촉진하는,
α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물.
A catalyst comprising N-heterocyclic carbene and iridium (Ir) bound thereto; and a base;
Promotes the process by which alcohol compounds and ethylene glycol compounds react to produce α-hydroxy acids,
Catalyst composition for producing α-hydroxy acids.
제1항에 있어서,
상기 촉매는 하기 화학식 (Ⅰ) 내지 (Ⅵ)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물:
(Ⅰ)
(Ⅱ)
(Ⅲ)
(Ⅳ)
(Ⅴ)
(Ⅵ).
According to paragraph 1,
The catalyst is characterized in that it contains one or more selected from the group consisting of the following formulas (I) to (VI),
Catalyst composition for producing α-hydroxy acids:
(Ⅰ)
(Ⅱ)
(Ⅲ)
(Ⅳ)
(Ⅴ)
(Ⅵ).
제1항에 있어서,
상기 염기는 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화세슘(CsOH) 및 수산화바륨(Ba(OH)2)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조용 촉매 조성물.
According to paragraph 1,
The base is characterized in that it includes one or more selected from the group consisting of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), cesium hydroxide (CsOH), and barium hydroxide (Ba(OH) 2 ).
Catalyst composition for producing α-hydroxy acids.
N-헤테로사이클릭 카벤 및 이에 결합된 이리듐을 포함하는 촉매, 염기 및 에틸렌 글리콜 화합물을 액체 알코올 화합물에 용해시켜 반응 용액을 제조하는 제1 단계; 및
상기 반응 용액을 가열하여 상기 알코올 화합물과 상기 에틸렌 글리콜 화합물을 반응시켜 α-하이드록시 산을 합성하는 제2 단계;를 포함하는,
α-하이드록시 산 제조 방법.
A first step of preparing a reaction solution by dissolving a catalyst containing N-heterocyclic carbene and iridium bound thereto, a base, and an ethylene glycol compound in a liquid alcohol compound; and
A second step of heating the reaction solution to react the alcohol compound and the ethylene glycol compound to synthesize α-hydroxy acid.
Method for producing α-hydroxy acids.
제4항에 있어서,
상기 제2 단계의 반응은 160 내지 200 ℃에서 4 내지 24 시간 진행되는 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조 방법.
According to paragraph 4,
The second stage reaction is characterized in that it proceeds for 4 to 24 hours at 160 to 200 ° C.
Method for producing α-hydroxy acids.
제4항에 있어서,
상기 촉매는 하기 화학식 (Ⅰ) 내지 (Ⅵ)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조 방법:
(Ⅰ)
(Ⅱ)
(Ⅲ)
(Ⅳ)
(Ⅴ)
(Ⅵ).
According to paragraph 4,
The catalyst is characterized in that it contains one or more selected from the group consisting of the following formulas (I) to (VI),
Method for preparing α-hydroxy acid:
(Ⅰ)
(Ⅱ)
(Ⅲ)
(Ⅳ)
(Ⅴ)
(Ⅵ).
제6항에 있어서,
상기 반응 용액에서 상기 촉매의 농도는 0.01 내지 0.1 몰% 인 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조 방법.
According to clause 6,
Characterized in that the concentration of the catalyst in the reaction solution is 0.01 to 0.1 mol%,
Method for producing α-hydroxy acids.
제4항에 있어서,
상기 염기는 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화세슘(CsOH) 및 수산화바륨(Ba(OH)2)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조 방법.
According to paragraph 4,
The base is characterized in that it includes one or more selected from the group consisting of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), cesium hydroxide (CsOH), and barium hydroxide (Ba(OH) 2 ).
Method for producing α-hydroxy acids.
제8항에 있어서,
상기 반응 용액은 상기 에틸렌 글리콜 화합물 1 당량 당 상기 염기를 1 내지 2 당량 포함하고,
상기 염기는 카보닐 작용기(carbonyl group)을 환원하는 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조 방법.
According to clause 8,
The reaction solution contains 1 to 2 equivalents of the base per 1 equivalent of the ethylene glycol compound,
The base is characterized in that it reduces the carbonyl group,
Method for producing α-hydroxy acids.
제4항에 있어서,
상기 촉매는 상기 알코올 화합물의 탈수소화 반응을 유도하는 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조 방법.
According to paragraph 4,
The catalyst is characterized in that it induces a dehydrogenation reaction of the alcohol compound,
Method for producing α-hydroxy acids.
제4항에 있어서,
상기 알코올 화합물은 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 가지는 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조 방법.
According to paragraph 4,
The alcohol compound is characterized in that it has an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
Method for producing α-hydroxy acids.
제11항에 있어서,
상기 알코올 화합물은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 및 펜탄올로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조 방법.
According to clause 11,
The alcohol compound is characterized in that it includes one or more selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, and pentanol,
Method for producing α-hydroxy acids.
제4항에 있어서,
상기 반응 용액은 상기 에틸렌 글리콜 화합물 1 당량 당 상기 알코올 화합물을 15 내지 30 당량으로 포함하는 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조 방법.
According to paragraph 4,
The reaction solution is characterized in that it contains 15 to 30 equivalents of the alcohol compound per 1 equivalent of the ethylene glycol compound.
Method for producing α-hydroxy acids.
제4항에 있어서,
상기 제2 단계에서 합성된 α-하이드록시 산은 3 내지 12의 탄소수를 가지는 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조 방법.
According to paragraph 4,
The α-hydroxy acid synthesized in the second step is characterized in that it has a carbon number of 3 to 12.
Method for producing α-hydroxy acids.
제14항에 있어서,
상기 제2 단계에서 합성된 α-하이드록시 산의 수율은 40 내지 76 %인 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조 방법.
According to clause 14,
Characterized in that the yield of α-hydroxy acid synthesized in the second step is 40 to 76%,
Method for producing α-hydroxy acids.
제4항에 있어서,
상기 제2 단계가 완료된 후, 상기 반응 용액에 알코올 화합물 및 에틸렌 글리콜 화합물을 더 첨가하여 반응 용액을 제조하는 제3 단계를 더 포함하고,
상기 제3 단계의 반응 용액을 가열함으로써 상기 제2 단계를 수행하여 상기 촉매는 상기 α-하이드록시 산 제조 방법에 재사용 되는 것을 특징으로 하는,
α-하이드록시 산 제조 방법.
According to paragraph 4,
After the second step is completed, it further includes a third step of preparing a reaction solution by adding an alcohol compound and an ethylene glycol compound to the reaction solution,
Characterized in that the second step is performed by heating the reaction solution of the third step, so that the catalyst is reused in the α-hydroxy acid production method.
Method for producing α-hydroxy acids.
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