KR20230158334A - Catalyst system including selenium and amino pyridine derivative for preparing dialkyl carbonate derivative and method of preparing dialkyl carbonate derivative using same - Google Patents
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Classifications
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- C07C69/67—Esters of carboxylic acids having esterified carboxylic groups bound to acyclic carbon atoms and having any of the groups OH, O—metal, —CHO, keto, ether, acyloxy, groups, groups, or in the acid moiety of saturated acids
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Abstract
본 발명은 셀레늄(Se); 및 하기 구조식 1로 표시되는 피리딘 아민 화합물;을 포함하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템 및 그를 이용한 카보네이트 유도체의 제조방법은 피리딘 아민 화합물을 포함하는 셀레늄계 촉매 시스템을 사용하여 알코올의 산화성 카르보닐화 공정을 수행함으로써, 기존 카르보닐화 공정에 비해 경제적이면서, 실현가능한 수율로 디알킬카보네이트를 수득할 수 있다.
[구조식 1]
상기 구조식 1에서,
n은 1 내지 4의 정수이다.The present invention relates to selenium (Se); and a pyridine amine compound represented by the following structural formula 1. It relates to a catalyst system for producing a carbonate derivative comprising: The catalyst system for producing carbonate derivatives of the present invention and the method for producing carbonate derivatives using the same are economical and economical compared to existing carbonylation processes by carrying out the oxidative carbonylation process of alcohol using a selenium-based catalyst system containing a pyridine amine compound. , dialkyl carbonate can be obtained in feasible yield.
[Structural Formula 1]
In structural formula 1,
n is an integer from 1 to 4.
Description
본 발명은 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템 및 그를 이용한 카보네이트 유도체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디알킬 카보네이트 유도체를 제조하기 위한 셀레늄 및 아미노 피리딘계 화합물 촉매 시스템 및 그를 이용한 카보네이트 유도체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst system for producing carbonate derivatives and a method for producing carbonate derivatives using the same. More specifically, it relates to a selenium and amino pyridine compound catalyst system for producing dialkyl carbonate derivatives and a method for producing carbonate derivatives using the same. will be.
디알킬카보네이트(DAC)는 환경적으로 온화한 특징을 갖고 비양자성 용매, 폴리카보네이트용 모노머 및 알킬화제와 같은 다양한 적용이 가능하여 주목받고 있다. 또한, 디알킬 카보네이트 전해질 용매 및 가솔린 첨가제로도 사용되고 있다. 이러한 디알킬카보네이트는 알코올과 포스겐(phosgene)의 반응으로 용이하게 제조될 수 있다.Dialkyl carbonates (DAC) are attracting attention because they have environmentally benign characteristics and can be used in a variety of applications such as aprotic solvents, monomers for polycarbonate, and alkylating agents. Additionally, dialkyl carbonate is also used as an electrolyte solvent and gasoline additive. These dialkyl carbonates can be easily produced through the reaction of alcohol and phosgene.
그러나, 상기 포스겐화(phosgenation) 반응은 높은 독성의 포스겐 사용에 의한 문제점을 유발한다. 이러한 포스겐화 반응을 대체하기 위해, 에스테르 교환, 메틸 니트릴 카르보닐화, 우레아의 알코올 분해, 산화성 카르보닐화 및 카르복시화 등의 여러 가지 공정이 개발되었다. 이중에서, CO2에 의한 카르복시화를 통한 DAC의 합성이 환경적 및 경제적인 측면에서 가장 바람직하나, 아직까지는 원료로 CO2를 이용하면서 경제적으로 실현가능한 공정이 개발되지 않았다. 또한 상기 반응은 반응 시 부산물 발생, 복잡한 공정 등과 같은 문제점이 있다.However, the phosgenation reaction causes problems due to the use of highly toxic phosgene. To replace this phosgenation reaction, several processes have been developed, including transesterification, methyl nitrile carbonylation, alcoholysis of urea, oxidative carbonylation, and carboxylation. Among these, the synthesis of DAC through carboxylation with CO 2 is the most preferable from environmental and economic perspectives, but an economically feasible process using CO 2 as a raw material has not yet been developed. Additionally, the above reaction has problems such as generation of by-products during the reaction and complicated processes.
한편, CuCl와 같은 구리계 촉매를 사용하여 산화성 카르보닐화를 통해 디메틸 카보네이트를 생성하는 방법이 애니켐(Enichem)에 의해 상업화되었다(US Patent 5,536,864 참조). 그 이후로, 구리계 촉매의 활성을 개선하기 위한 많은 노력들이 있었다. 성공한 예로는 CuCl2와 함께 PdCl2및 암모늄 염을 사용한 경우이다. 다우 케미칼(Dow chemical)은 또한 활성탄-지지된 구리 촉매의 사용에 대한 여러 특허를 냈다(US Patent 5,004,827, US Patent 4,625,044 참조).Meanwhile, a method of producing dimethyl carbonate through oxidative carbonylation using a copper-based catalyst such as CuCl has been commercialized by Enichem (see US Patent 5,536,864). Since then, many efforts have been made to improve the activity of copper-based catalysts. A successful example is the use of PdCl 2 and ammonium salts with CuCl 2 . Dow chemical has also issued several patents for the use of activated carbon-supported copper catalysts (see US Patent 5,004,827, US Patent 4,625,044).
그럼에도 불구하고, 지금까지 산화성 카르보닐화 반응에 대해서 보고된 촉매 시스템들은 활성도, 선택도, 그리고 촉매의 회수 및 부식의 측면에서 여전히 개선을 필요로 하고 있다.Nevertheless, the catalyst systems reported so far for oxidative carbonylation reactions still require improvement in terms of activity, selectivity, and catalyst recovery and corrosion.
본 발명의 목적은 피리딘 아민 화합물을 포함하는 셀레늄계 촉매 시스템을 사용하여 알코올의 산화성 카르보닐화 공정을 수행함으로써, 기존 카르보닐화 공정에 비해 경제적이면서, 실현가능한 높은 수율로 디알킬카보네이트 또는 디알콕시알킬카보네이트 등 카보네이트 유도체를 수득할 수 있는 촉매 시스템 및 그를 이용한 카보네이트 유도체의 제조방법을 제공하는 데 있다.The object of the present invention is to carry out the oxidative carbonylation process of alcohol using a selenium-based catalyst system containing a pyridine amine compound, thereby producing dialkyl carbonate or dialkoxyl carbonate in a more economical and feasible high yield compared to the existing carbonylation process. The object is to provide a catalyst system capable of obtaining carbonate derivatives such as alkyl carbonates and a method for producing carbonate derivatives using the same.
또한 본 발명의 목적은 셀레늄계 촉매 시스템을 사용함으로써 여러번 재사용해도 활성을 유지할 수 있는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템 및 그를 이용한 카보네이트 유도체의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a catalyst system for producing carbonate derivatives that can maintain activity even if reused multiple times by using a selenium-based catalyst system, and a method for producing carbonate derivatives using the same.
본 발명의 일 측면에 따르면, 셀레늄(Se); 및 하기 구조식 1로 표시되는 피리딘 아민 화합물;을 포함하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템이 제공된다.According to one aspect of the present invention, selenium (Se); and a pyridine amine compound represented by the following structural formula 1. A catalyst system for producing a carbonate derivative is provided, including:
[구조식 1][Structural Formula 1]
상기 구조식 1에서,In structural formula 1,
n은 1 내지 4의 정수이다.n is an integer from 1 to 4.
상기 피리딘 아민 화합물이 4-피페리디노피리딘(4-piperidinopyridine, PPP) 및 4-피롤리디노피리딘(4-pyrrolidinopyridine, PPY)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.The pyridine amine compound may be any one selected from the group consisting of 4-piperidinopyridine (PPP) and 4-pyrrolidinopyridine (PPY).
상기 촉매 시스템은 상기 셀레늄(Se)에 대한 상기 피리딘 아민 화합물(PA)의 몰비(PA/Se)가 1 내지 6일 수 있다.The catalyst system may have a molar ratio (PA/Se) of the pyridine amine compound (PA) to the selenium (Se) of 1 to 6.
상기 촉매 시스템이 촉진제(promoter)를 추가로 포함할 수 있다.The catalyst system may further include a promoter.
상기 촉진제가 셀레늄 나노파티클을 생성하기 위한 것일 수 있다.The accelerator may be for generating selenium nanoparticles.
상기 촉진제가 디페닐디셀레나이드(Ph2Se2), 디메틸디셀레나이드(Me2Se2), 디벤질디셀레나이드(Bz2Se2) 및 디페닐셀레나이드(Ph2Se)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The accelerator is a group consisting of diphenyl diselenide (Ph 2 Se 2 ), dimethyl diselenide (Me 2 Se 2 ), dibenzyl diselenide (Bz 2 Se 2 ) and diphenyl selenide (Ph 2 Se). It may include one or more types selected from.
상기 촉진제가 디페닐디셀레나이드(Ph2Se2)를 포함할 수 있다.The accelerator may include diphenyldiselenide (Ph 2 Se 2 ).
상기 촉매 시스템은 상기 셀레늄(Se)에 대한 상기 촉진제의 몰비(promoter/Se)가 0.00016 내지 0.64 일 수 있다.The catalyst system may have a molar ratio of the promoter to selenium (Se) (promoter/Se) of 0.00016 to 0.64.
상기 카보네이트 유도체가 아래 구조식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.The carbonate derivative may be a compound represented by structural formula 2 below.
[구조식 2][Structural Formula 2]
상기 구조식 2에서,In structural formula 2,
R3은 각각 독립적으로 C1 내지 C6 알킬렌기이고,R 3 is each independently a C1 to C6 alkylene group,
R4는 각각 독립적으로 수소원자 또는 이고, R 4 is each independently a hydrogen atom or ego,
R5은 각각 독립적으로 C1 내지 C3 알킬기이다.R 5 is each independently a C1 to C3 alkyl group.
상기 카보네이트 유도체가 비스(2-메톡시에틸) 카보네이트(Bis(2-methoxyethyl) carbonate, BMEC)일 수 있다.The carbonate derivative may be bis(2-methoxyethyl) carbonate (BMEC).
상기 셀레늄은 형상이 나노파티클(nanoparticle) 또는 벌크(bulk)일 수 있다.The selenium may have a nanoparticle or bulk shape.
상기 나노파티클 형상은 크기가 10 내지 1,000nm 일 수 있다.The nanoparticle shape may have a size of 10 to 1,000 nm.
상기 벌크 형상은 크기가 1μm 초과이고, 50μm 미만 일 수 있다.The bulk features can be greater than 1 μm and less than 50 μm in size.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 반응식 1에서, 화합물 3, 일산화탄소 및 산소를 포함하는 반응물을 촉매 시스템을 사용하여 반응식 1과 같이 반응시켜 화합물 2를 제조하는 단계를 포함하는 카보네이트 유도체의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, in Scheme 1, a method for producing a carbonate derivative includes the step of preparing compound 2 by reacting reactants containing compound 3, carbon monoxide, and oxygen using a catalyst system as shown in Scheme 1. provided.
[반응식 1][Scheme 1]
상기 반응식 1에서,In Scheme 1 above,
R3은 각각 독립적으로 C1 내지 C6 알킬렌기이고,R 3 is each independently a C1 to C6 alkylene group,
R4는 각각 독립적으로 수소원자 또는 이고, R 4 is each independently a hydrogen atom or ego,
R5은 각각 독립적으로 C1 내지 C3 알킬기이다.R 5 is each independently a C1 to C3 alkyl group.
상기 촉매 시스템이 셀레늄(Se); 및 하기 구조식 1로 표시되는 피리딘 아민 화합물;을 포함하는 촉매 시스템일 수 있다.The catalyst system includes selenium (Se); and a pyridine amine compound represented by the following structural formula 1.
[구조식 1][Structural Formula 1]
상기 구조식 1에서,In structural formula 1,
n은 1 내지 4의 정수이다.n is an integer from 1 to 4.
상기 피리딘 아민 화합물이 4-피페리디노피리딘(4-piperidinopyridine, PPP) 및 4-피롤리디노피리딘(4-pyrrolidinopyridine, PPY)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.The pyridine amine compound may be any one selected from the group consisting of 4-piperidinopyridine (PPP) and 4-pyrrolidinopyridine (PPY).
상기 촉매 시스템이 촉진제(promoter)를 추가로 포함할 수 있다.The catalyst system may further include a promoter.
상기 촉진제가 디페닐디셀레나이드(Ph2Se2), 디메틸디셀레나이드(Me2Se2), 디벤질디셀레나이드(Bz2Se2) 및 디페닐셀레나이드(Ph2Se)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The accelerator is a group consisting of diphenyl diselenide (Ph 2 Se 2 ), dimethyl diselenide (Me 2 Se 2 ), dibenzyl diselenide (Bz 2 Se 2 ) and diphenyl selenide (Ph 2 Se). It may include one or more types selected from.
상기 촉진제가 디페닐디셀레나이드(Ph2Se2)를 포함할 수 있다.The accelerator may include diphenyldiselenide (Ph 2 Se 2 ).
상기 반응이 10 내지 150℃에서 수행될 수 있다.The reaction may be performed at 10 to 150°C.
본 발명의 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템 및 그를 이용한 카보네이트 유도체의 제조방법은 피리딘 아민 화합물을 포함하는 셀레늄계 촉매 시스템을 사용하여 알코올의 산화성 카르보닐화 공정을 수행함으로써, 기존 카르보닐화 공정에 비해 경제적이면서, 실현가능한 높은 수율로 디알킬카보네이트를 수득할 수 있다.The catalyst system for producing carbonate derivatives of the present invention and the method for producing carbonate derivatives using the same are economical and economical compared to existing carbonylation processes by carrying out the oxidative carbonylation process of alcohol using a selenium-based catalyst system containing a pyridine amine compound. , dialkyl carbonate can be obtained in a feasible high yield.
또한 본 발명의 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템 및 그를 이용한 카보네이트 유도체의 제조방법은 셀레늄계 촉매 시스템을 사용함으로써 여러 번 재사용해도 촉매 활성을 유지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the catalyst system for producing carbonate derivatives of the present invention and the method for producing carbonate derivatives using the same have the effect of maintaining catalytic activity even if reused several times by using a selenium-based catalyst system.
또한 기존 CuCl 혹은 CuCl2계 촉매 시스템은 할로겐 원소를 포함하고 있어 반응기 부식을 유발하는 반면 셀레늄계 촉매 시스템은 이러한 문제점이 발생되지 않는다.In addition, existing CuCl or CuCl 2- based catalyst systems contain halogen elements and cause reactor corrosion, whereas selenium-based catalyst systems do not cause this problem.
도 1은 4-피롤리디노피리딘(4-pyrrolidinopyridine, PPY)를 포함하는 촉매시스템을 사용하여 수득한 BMEC를 정제한 1H NMR 그래프이다.
도 2a는 Se/Ph2Se2/DMAP 촉매 시스템의 재사용 평가 결과이고, 도 2b 내지 2d는 Ph2Se2의 부재하에서 수행된 반응으로부터 회수된 Se, 1차 실행 후 복구된 DMAP, 5차 실행 후 복구된 DMAP의 FE-SEM 이미지이다. 또한 도 2e 내지 2g는 정제된 Ph2Se2, DMAP, BMEC의 1H NMR spectra이다.
도 3a는 50℃, CO/O2 (CO/O2 = 7/3, 6.12 MPa) 조건에서 MEG, 활성화된 Se(activated Se), DMAP의 ATR-FTIR spectra, 도 3b는 50℃, CO (4.28 MPa) 조건에서 MEG, 활성화된 Se, DMAP의 ATR-FTIR spectra (green lines), 50℃, addition of O2 (CO/O2 = 7/3, 6.12 MPa) 조건에서 Se(activated Se), DMAP의 ATR-FTIR spectra이다. 또한 도 3c는 50℃, CO 대기(6.12MPa) 하에서 MEG, 활성화된 Se 및 DMAP의 밤새 반응에서 얻은 고체의 ATR-FTIR spectra이다.
도 4a는 DMAP의 주요 역할을 식별하기 위한 Se/DMAP 촉매 반응에 대한 상대 에너지 다이어그램이고, 도 4b는 DAC를 생성하기 위한 알코올의 산화적 카르보닐화 반응 메커니즘이다.
도 5는 다양한 촉진제에 따른 촉매 시스템으로 수행된 반응에서 회수된 셀레늄의 FE-SEM 이미지이고, (a)는 Se/Ph2Se2/PPY = 1/0.08/5(실시예 41), (b)는 Se/Me2Se2/PPY = 1/0.08/5(실시예 42), (c) Se/Bz2Se2/PPY = 1/0.08/5(실시예 43)이다.Figure 1 is a 1H NMR graph of purified BMEC obtained using a catalyst system containing 4-pyrrolidinopyridine (PPY).
Figure 2a shows the results of the reuse evaluation of the Se/Ph 2 Se 2 /DMAP catalyst system, and Figures 2b to 2d show the Se recovered from the reaction carried out in the absence of Ph 2 Se 2 , DMAP recovered after the first run, and the 5th run. This is a FE-SEM image of DMAP recovered afterward. Additionally, Figures 2e to 2g show 1H NMR spectra of purified Ph 2 Se 2 , DMAP, and BMEC.
Figure 3a shows the ATR-FTIR spectra of MEG, activated Se, and DMAP at 50°C, CO/O 2 (CO/O 2 = 7/3, 6.12 MPa), and Figure 3b shows the ATR-FTIR spectra at 50°C, CO ( ATR-FTIR spectra (green lines) of MEG, activated Se, and DMAP at 4.28 MPa), 50°C, addition of O 2 (CO/O 2 = 7/3, 6.12 MPa), Se (activated Se), This is the ATR-FTIR spectra of DMAP. Figure 3c is also an ATR-FTIR spectra of the solid obtained from the overnight reaction of MEG, activated Se, and DMAP at 50°C under a CO atmosphere (6.12 MPa).
Figure 4a is a relative energy diagram for the Se/DMAP catalyzed reaction to identify the key role of DMAP, and Figure 4b is the oxidative carbonylation reaction mechanism of alcohol to produce DAC.
Figure 5 is a FE-SEM image of selenium recovered in reactions carried out with catalyst systems according to various promoters, (a) Se/Ph 2 Se 2 /PPY = 1/0.08/5 (Example 41), (b) ) is Se/Me 2 Se 2 /PPY = 1/0.08/5 (Example 42), (c) Se/Bz 2 Se 2 /PPY = 1/0.08/5 (Example 43).
본 발명은 반응 조건 상 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can be subject to various changes in reaction conditions and can have various embodiments, specific embodiments will be exemplified and explained in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Additionally, terms including ordinal numbers, such as first, second, etc., which will be used below, may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention.
또한, 어떤 구성요소가 “다른 구성요소 상에,” "다른 구성요소 상에 형성되어," "다른 구성요소 상에 위치하여," 또는 " 다른 구성요소 상에 적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어, 위치하여 있거나 또는 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Additionally, when a component is referred to as being “on another component,” “formed on another component,” “located on another component,” or “stacked on another component,” It may be formed by being directly attached to the front or one side of the surface of another component, positioned, or stacked, but it should be understood that other components may further exist in the middle.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.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, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 본 발명의 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the catalyst system for producing carbonate derivatives of the present invention will be described.
본 발명은 셀레늄(Se); 및 하기 구조식 1로 표시되는 피리딘 아민 화합물;을 포함하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템을 제공한다.The present invention relates to selenium (Se); and a pyridine amine compound represented by Structural Formula 1 below.
[구조식 1][Structural Formula 1]
상기 구조식 1에서,In structural formula 1,
n은 1 내지 4의 정수이고, 바람직하게는 1 또는 2이다.n is an integer from 1 to 4, and is preferably 1 or 2.
상기 피리딘 아민 화합물이 4-피페리디노피리딘(4-piperidinopyridine, PPP) 및 4-피롤리디노피리딘(4-pyrrolidinopyridine, PPY)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.The pyridine amine compound may be any one selected from the group consisting of 4-piperidinopyridine (PPP) and 4-pyrrolidinopyridine (PPY).
상기 촉매 시스템은 상기 셀레늄(Se)에 대한 상기 피리딘 아민 화합물(PA)의 몰비(PA/Se)가 1 내지 6일 수 있고, 바람직하게는 4 내지 6일 수 있다. 상기 셀레늄(Se)에 대한 상기 피리딘 아민 화합물(PA)의 몰비(PAC/Se)가 1 미만이면 수율이 낮아 바람직하지 않고, 6 초과여도 수율이 다소 낮아져 바람직하지 않다. The catalyst system may have a molar ratio (PA/Se) of the pyridine amine compound (PA) to selenium (Se) of 1 to 6, preferably 4 to 6. If the molar ratio (PAC/Se) of the pyridine amine compound (PA) to selenium (Se) is less than 1, the yield is low and thus undesirable, and if it is greater than 6, the yield is somewhat low and thus undesirable.
상기 촉매 시스템이 촉진제(promoter)를 추가로 포함할 수 있다.The catalyst system may further include a promoter.
상기 촉진제가 셀레늄 나노파티클을 생성하기 위한 것일 수 있다.The accelerator may be for generating selenium nanoparticles.
상기 촉진제가 디페닐디셀레나이드(Ph2Se2), 디메틸디셀레나이드(Me2Se2), 디벤질디셀레나이드(Bz2Se2) 및 디페닐셀레나이드(Ph2Se)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 디페닐디셀레나이드(Ph2Se2)를 포함할 수 있다.The accelerator is a group consisting of diphenyl diselenide (Ph 2 Se 2 ), dimethyl diselenide (Me 2 Se 2 ), dibenzyl diselenide (Bz 2 Se 2 ) and diphenyl selenide (Ph 2 Se). It may include one or more types selected from, and preferably includes diphenyldiselenide (Ph 2 Se 2 ).
상기 촉매 시스템은 상기 셀레늄(Se)에 대한 상기 촉진제의 몰비(promoter/Se)가 0.00016 내지 0.64 일 수 있고, 바람직하게는 0.04 내지 0.32일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.08일 수 있다.In the catalyst system, the molar ratio of the promoter to selenium (Se) (promoter/Se) may be 0.00016 to 0.64, preferably 0.04 to 0.32, and more preferably 0.08.
상기 카보네이트 유도체가 아래 구조식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.The carbonate derivative may be a compound represented by structural formula 2 below.
[구조식 2][Structural Formula 2]
상기 구조식 2에서,In structural formula 2,
R3은 각각 독립적으로 C1 내지 C6 알킬렌기이고,R 3 is each independently a C1 to C6 alkylene group,
R4는 각각 독립적으로 수소원자 또는 이고, R 4 is each independently a hydrogen atom or ego,
R5은 각각 독립적으로 C1 내지 C3 알킬기이다.R 5 is each independently a C1 to C3 alkyl group.
바람직하게는 상기 구조식 2에서, R3은 각각 독립적으로 C1 내지 C4 알킬렌기이다.Preferably, in structural formula 2, R 3 is each independently a C1 to C4 alkylene group.
상기 카보네이트 유도체가 비스(2-메톡시에틸) 카보네이트(Bis(2-methoxyethyl) carbonate, BMEC)일 수 있다.The carbonate derivative may be bis(2-methoxyethyl) carbonate (BMEC).
상기 셀레늄은 형상이 나노파티클(nanoparticle) 또는 벌크(bulk)일 수 있다.The selenium may have a nanoparticle or bulk shape.
상기 나노파티클 형상은 크기가 10 내지 1,000nm 일 수 있다.The nanoparticle shape may have a size of 10 to 1,000 nm.
상기 벌크 형상은 크기가 1μm 초과이고, 50μm 미만 일 수 있다.The bulk features can be greater than 1 μm and less than 50 μm in size.
상기 촉매 시스템이 상기 셀레늄 0.5 내지 2 몰%; 상기 디페닐디셀레나이드 (Ph2Se2)가 상기 셀레늄 대비 0.00016 내지 0.64 당량; 및 상기 피리딘 아민 화합물이 상기 셀레늄 대비 1 내지 5 당량;을 포함할 수 있다.The catalyst system contains 0.5 to 2 mol% of selenium; The diphenyldiselenide (Ph 2 Se 2 ) is 0.00016 to 0.64 equivalents relative to the selenium; And the pyridine amine compound may include 1 to 5 equivalents relative to the selenium.
또한 본 발명은 반응식 1에서, 화합물 3, 일산화탄소 및 산소를 포함하는 반응물을 촉매 시스템을 사용하여 반응식 1과 같이 반응시켜 화합물 2를 제조하는 단계를 포함하는 카보네이트 유도체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a carbonate derivative, which includes the step of preparing compound 2 by reacting reactants including compound 3, carbon monoxide, and oxygen using a catalyst system as shown in reaction formula 1.
[반응식 1][Scheme 1]
상기 반응식 1에서,In Scheme 1 above,
R3은 각각 독립적으로 C1 내지 C6 알킬렌기이고,R 3 is each independently a C1 to C6 alkylene group,
R4는 각각 독립적으로 수소원자 또는 이고, R 4 is each independently a hydrogen atom or ego,
R5은 각각 독립적으로 C1 내지 C3 알킬기이다.R 5 is each independently a C1 to C3 alkyl group.
상기 촉매 시스템이 셀레늄(Se); 및 하기 구조식 1로 표시되는 피리딘 아민 화합물;을 포함하는 촉매 시스템일 수 있다.The catalyst system includes selenium (Se); and a pyridine amine compound represented by the following structural formula 1.
[구조식 1][Structural Formula 1]
상기 구조식 1에서,In structural formula 1,
n은 1 내지 4의 정수이다.n is an integer from 1 to 4.
상기 피리딘 아민 화합물이 4-피페리디노피리딘(4-piperidinopyridine, PPP) 및 4-피롤리디노피리딘(4-pyrrolidinopyridine, PPY)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.The pyridine amine compound may be any one selected from the group consisting of 4-piperidinopyridine (PPP) and 4-pyrrolidinopyridine (PPY).
상기 촉매 시스템이 촉진제(promoter)를 추가로 포함할 수 있다.The catalyst system may further include a promoter.
상기 촉진제가 디페닐디셀레나이드(Ph2Se2), 디메틸디셀레나이드(Me2Se2), 디벤질디셀레나이드(Bz2Se2) 및 디페닐셀레나이드(Ph2Se)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 디페닐디셀레나이드(Ph2Se2)를 포함할 수 있다.The accelerator is a group consisting of diphenyl diselenide (Ph 2 Se 2 ), dimethyl diselenide (Me 2 Se 2 ), dibenzyl diselenide (Bz 2 Se 2 ) and diphenyl selenide (Ph 2 Se). It may include one or more types selected from, and preferably includes diphenyldiselenide (Ph 2 Se 2 ).
상기 반응식 1에서 상기 화합물 3이 2-메톡시에탄올(MEG)을 포함할 수 있다.In Scheme 1, Compound 3 may include 2-methoxyethanol (MEG).
상기 반응이 10 내지 150℃의 온도에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 30 내지 120℃ 온도에서 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 50 내지 100℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 반응이 10℃ 미만의 온도에서 수행되면 BMEC 수율이 낮아 바람직하지 않고, 150℃ 초과의 온도에서 수행되면 부산물이 증가하여 바람직하지 않다.The reaction may be carried out at a temperature of 10 to 150°C, preferably at a temperature of 30 to 120°C, and more preferably at a temperature of 50 to 100°C. If the reaction is performed at a temperature below 10°C, it is undesirable because the BMEC yield is low, and if the reaction is performed at a temperature above 150°C, by-products increase, which is undesirable.
상기 반응이 1 내지 10MPa의 압력에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 3 내지 8MPa의 압력에서 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 5 내지 7MPa의 압력에서 수행될 수 있다. 상기 반응이 1 MPa 미만의 압력에서 수행되면 BMEC 수율이 낮아 바람직하지 않고, 10 MPa 초과의 압력에서 수행되면 부산물이 증가하여 바람직하지 않다.The reaction may be performed at a pressure of 1 to 10 MPa, preferably at a pressure of 3 to 8 MPa, and more preferably at a pressure of 5 to 7 MPa. If the reaction is performed at a pressure of less than 1 MPa, the BMEC yield is low, which is undesirable, and if the reaction is performed at a pressure of more than 10 MPa, by-products increase, which is undesirable.
상기 반응이 30분 내지 5시간 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 40분 내지 3시간 동안 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 50분 내지 2시간 동안 수행될 수 있다. 상기 반응이 30분 미만으로 수행되면 BMEC 수율이 낮아 바람직하지 않고, 4시간 초과하여 수행되면 부산물이 증가하여 하여 바람직하지 않다.The reaction may be performed for 30 minutes to 5 hours, preferably for 40 minutes to 3 hours, and more preferably for 50 minutes to 2 hours. If the reaction is performed for less than 30 minutes, it is undesirable because the BMEC yield is low, and if it is performed for more than 4 hours, it is undesirable because by-products increase.
상기 반응식 1에서, 상기 일산화탄소(CO)와 산소(O2)의 부피비(O2/CO, v/v)가 0.01 내지 1일 수 있고, 바람직하게는 0.1 내지 0.3일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.3일 수 있다. 산소 부분압이 30%를 초과하면 폭발 위험성이 있을 수 있다.In Scheme 1, the volume ratio (O 2 /CO, v/v) of carbon monoxide (CO) and oxygen (O 2 ) may be 0.01 to 1, preferably 0.1 to 0.3, and more preferably It may be 0.2 to 0.3. If the oxygen partial pressure exceeds 30%, there may be a risk of explosion.
본 발명에 따른 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템의 존재 하에 알코올의 산화성 카르보닐화 공정을 통해 디알킬 카보네이트를 제조할 수 있고, 상기와 같은 반응은 반응기 내에서 연속적으로 수행될 수 있다. Dialkyl carbonate can be produced through an oxidative carbonylation process of alcohol in the presence of the catalyst system for producing carbonate derivatives according to the present invention, and the above reaction can be performed continuously in a reactor.
본 발명에 따른 촉매 시스템의 존재 하에 알코올의 산화성 카르보닐화를 수행하는 경우, 상기 촉매 시스템들이 원소 셀레늄 및 PPP 또는 PPY로 전환되면서, 비스(2-메톡시에틸) 카보네이트(Bis(2-methoxyethyl) carbonate)를 기존 카르보닐화 공정에 비해 경제적으로 실현 가능한 수율로 제조할 수 있다. When carrying out the oxidative carbonylation of alcohols in the presence of the catalyst system according to the invention, the catalyst systems are converted to elemental selenium and PPP or PPY, thereby producing bis(2-methoxyethyl) carbonate. carbonate) can be produced at an economically feasible yield compared to existing carbonylation processes.
[실시예] [Example]
이하 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, this is for illustrative purposes only and does not limit the scope of the present invention.
[원료][Raw material]
Selenium (99.9%, 200 mesh), DMAP (+98%) 및 MEG (98%)는 Alfa Aesar(USA)에서 구입했으며, 이외의 다른 화학 물질은 Sigma-Aldrich(USA)에서 구입했다. 또한 CO 및 O2(순도 99.95%)는 Gong-Dan Industrial Gas Co(South Korea)에서 입수했다. 모든 화학 물질은 추가 정제 없이 사용되었다. 본 명세서에서 특별한 기재가 없으면 mesh는 Selenium이 bulk 형태임을 의미한다.Selenium (99.9%, 200 mesh), DMAP (+98%), and MEG (98%) were purchased from Alfa Aesar (USA), and other chemicals were purchased from Sigma-Aldrich (USA). Additionally, CO and O 2 (99.95% purity) were obtained from Gong-Dan Industrial Gas Co (South Korea). All chemicals were used without further purification. Unless otherwise specified in this specification, mesh means that Selenium is in bulk form.
[촉매 활성 실험][Catalyst activity experiment]
모든 실험은 자석 교반기(magnetic stirrer), 열전대(thermocouple) 및 전기 히터(electric heater)가 장착된 50mL 스테인리스 스틸 반응기에서 수행되었다. 반응기에 적절한 알코올, Se, Ph2Se2 및 DMAP을 넣었다. 이어서, 반응기를 3회 세척하고 상온에서 CO/O2(7/3) 혼합 가스로 가압한 후 격렬하게 교반하면서 50, 70 또는 90℃로 가열하였다. 반응기를 6.12 MPa로 추가로 가압하고, 고압 조절기 및 압력 변환기가 장착된 가스 저장소를 사용하여 이러한 조건을 반응 내내 유지하였다. 알코올의 전환율과 DAC의 수율은 HP-5 모세관 컬럼과 화염 이온화 검출기(FID)가 장착된 Agilent 6890 가스 크로마토그래프(Agilent Technologies, USA)를 사용하여 분석하였고, DAC 및 알킬화된 Se 종의 선택성은 메틸 벤조에이트를 내부 표준으로 사용하여 1H NMR 분석하였다. DAC의 수율 및 선택도와 함께 알코올의 전환율은 GC-FID로 구했으며, 하기 식 1 내지 3을 사용하여 계산했다.All experiments were performed in a 50 mL stainless steel reactor equipped with a magnetic stirrer, thermocouple, and electric heater. Appropriate alcohol, Se, Ph 2 Se 2 and DMAP were added to the reactor. Subsequently, the reactor was washed three times, pressurized with CO/O 2 (7/3) mixed gas at room temperature, and heated to 50, 70, or 90° C. while vigorously stirring. The reactor was further pressurized to 6.12 MPa and these conditions were maintained throughout the reaction using a gas reservoir equipped with a high pressure regulator and pressure transducer. The conversion of alcohol and the yield of DAC were analyzed using an Agilent 6890 gas chromatograph (Agilent Technologies, USA) equipped with an HP-5 capillary column and flame ionization detector (FID), and the selectivity of DAC and alkylated Se species was determined by methyl 1H NMR analysis was performed using benzoate as an internal standard. The conversion rate of alcohol along with the yield and selectivity of DAC were obtained by GC-FID and calculated using Equations 1 to 3 below.
[식 1][Equation 1]
[식 2][Equation 2]
[식 3][Equation 3]
[셀레늄 나노파티클(SeNPs)의 제조][Manufacture of selenium nanoparticles (SeNPs)]
제조예 1-1 및 1-2: DMSO 사용Preparation Examples 1-1 and 1-2: Use of DMSO
반응은 자기 교반기, 열전대 및 전기 히터가 장착된 50mL 스테인리스 스틸 반응기에서 하기 반응식 2에 따라 수행되었다. Ph2Se2(95mg)를 포함하거나 포함하지 않는 반응기에 DMSO(30mL) 및 Se(200메쉬, 0.3g)를 첨가했다. 이어서, 상기 반응기를 3회 세척하고 상온에서 CO 가스로 가압한 다음 격렬하게 교반하면서 90℃로 가열하였다. 상기 반응기를 6.12 MPa로 추가로 가압하고, 고압 조절기 및 압력 변환기가 장착된 가스 저장소를 사용하여 이러한 조건을 반응 내내 유지하였다. 반응 후 생성된 흑색 용액에 아세톤을 첨가하여 셀레늄 나노파티클(SeNP)을 침전시킨 후 900rpm에서 5분간 원심분리하여 SeNP를 수집하였다. 얻어진 SeNP를 아세톤으로 3회 세척하고 진공 건조하였다. DMSO를 사용하여 셀레늄 나노파티클을 제조하기 위한 구성 및 촉매 활성을 하기 표 1에 기재하였다.The reaction was carried out according to Scheme 2 below in a 50 mL stainless steel reactor equipped with a magnetic stirrer, thermocouple and electric heater. DMSO (30 mL) and Se (200 mesh, 0.3 g) were added to the reactor with or without Ph 2 Se 2 (95 mg). The reactor was then washed three times, pressurized with CO gas at room temperature, and heated to 90° C. with vigorous stirring. The reactor was further pressurized to 6.12 MPa and these conditions were maintained throughout the reaction using a gas reservoir equipped with a high pressure regulator and pressure transducer. After the reaction, acetone was added to the resulting black solution to precipitate selenium nanoparticles (SeNP), and then centrifuged at 900 rpm for 5 minutes to collect SeNP. The obtained SeNPs were washed three times with acetone and dried under vacuum. The composition and catalytic activity for preparing selenium nanoparticles using DMSO are listed in Table 1 below.
제조예 2-1 및 2-2: MEG 사용Preparation Examples 2-1 and 2-2: Use of MEG
반응은 자기 교반기, 열전대 및 전기 히터가 장착된 50mL 스테인리스 스틸 반응기에서 하기 반응식 2에 따라 수행되었습니다. Ph2Se2(95mg)를 포함하거나 포함하지 않는 반응기에 MEG(28.9g) 및 Se(200메쉬, 0.3g)를 반응기에 첨가하였다. 이어서, 상기 반응기를 3회 세척하고 상온에서 CO 가스로 가압한 다음 격렬하게 교반하면서 90℃로 가열하였다. 상기 반응기를 6.12 MPa로 추가로 가압하고, 고압 조절기 및 압력 변환기가 장착된 가스 저장소를 사용하여 이러한 조건을 반응 내내 유지하였다. 반응 후, 맑은 밝은 노란색(Ph2Se2 포함, 제조예 2-1) 또는 갈색을 띤 노란색(Ph2Se2 없음, 제조예 2-2) 용액(in-situ generated SeNPs in MEG)을 얻었다. MEG를 사용하여 셀레늄 나노파티클을 제조하기 위한 구성 및 촉매 활성을 하기 표 1에 기재하였다.The reaction was performed according to Scheme 2 below in a 50 mL stainless steel reactor equipped with a magnetic stirrer, thermocouple, and electric heater. MEG (28.9 g) and Se (200 mesh, 0.3 g) were added to the reactor with or without Ph 2 Se 2 (95 mg). The reactor was then washed three times, pressurized with CO gas at room temperature, and heated to 90° C. with vigorous stirring. The reactor was further pressurized to 6.12 MPa and these conditions were maintained throughout the reaction using a gas reservoir equipped with a high pressure regulator and pressure transducer. After the reaction, a clear bright yellow (with Ph 2 Se 2 , Preparation Example 2-1) or brownish yellow (without Ph 2 Se 2 , Preparation Example 2-2) solution (in-situ generated SeNPs in MEG) was obtained. The composition and catalytic activity for preparing selenium nanoparticles using MEG are listed in Table 1 below.
[반응식 2][Scheme 2]
(nm)Size of Se
(nm)
(h-1)TOF
(h -1 )
a) MEG의 산화적 카르보닐화가 MEG(75mmol)에서 회수된 SeNP(59mg, 0.75mmol) 및 DMAP(3.75mmol)를 반응물 및 용매로 사용하고, n(MEG/SeNPs/DMAP) = 100/1/5, T = 50℃, P = 6.12MPa(CO/O2 = 7/3), t = 1h 조건에서 수행됨b) MEG의 산화적 카르보닐화가 Ph2Se2(0.06mmol)의 유무에 관계없이 in situ generated SeNPs를 포함하는 MEG 용액 [initial amount of Se: 59 mg (0.75 mmol); MEG: 75 mmol] 및 DMAP(3.75mmol)를 사용하고, n(MEG/Se/ Ph2Se2/DMAP) = 100/1/0.08/5 또는 n(MEG/Se/DMAP) = 100/1/5, T = 50℃, P = 6.12MPa(CO/O2 = 7/3), t = 1h 조건에서 수행됨a) Oxidative carbonylation of MEG using SeNPs (59 mg, 0.75 mmol) and DMAP (3.75 mmol) recovered from MEG (75 mmol) as reactants and solvents, n(MEG/SeNPs/DMAP) = 100/1/ 5, carried out under conditions of T = 50°C, P = 6.12 MPa (CO/O 2 = 7/3), t = 1 hb) Oxidative carbonylation of MEG with or without Ph 2 Se 2 (0.06 mmol) MEG solution containing in situ generated SeNPs [initial amount of Se: 59 mg (0.75 mmol); MEG: 75 mmol] and DMAP (3.75 mmol), n(MEG/Se/Ph 2 Se 2 /DMAP) = 100/1/0.08/5 or n(MEG/Se/DMAP) = 100/1/ 5, conducted at T = 50℃, P = 6.12MPa (CO/O2 = 7/3), t = 1h
[촉매 시스템][Catalyst system]
실시예 1 내지 8Examples 1 to 8
MEG (75 mmol), Se (200 mesh, 0.75 mmol), Ph2Se2 (19 mg, 0.06 mmol), DMAP (3.75 mmol)를 사용하여 촉매 시스템의 구성 및 몰비가 다른 실시예 1 내지 8의 촉매 시스템을 사용하였고, 촉매 시스템의 구성 및 다양한 촉매 시스템의 구성에 따른 활성a을 하기 표 2에 기재하였다.Catalysts of Examples 1 to 8 with different compositions and molar ratios of the catalyst system using MEG (75 mmol), Se (200 mesh, 0.75 mmol), Ph 2 Se 2 (19 mg, 0.06 mmol), and DMAP (3.75 mmol) The system was used, and the composition of the catalyst system and activity a according to the composition of various catalyst systems are listed in Table 2 below.
(Se/Ph2Se2/DMAP)Molar ratio
(Se/Ph 2 Se 2 /DMAP)
a) n(MEG/Se/Ph2Se2/DMAP) = 100/1/0.08/5, T = 50 ℃, P = 6.12 MPa (CO/O2 = 7/3), t = 1 h 조건에서 수행됨a) n(MEG/Se/Ph 2 Se 2 /DMAP) = 100/1/0.08/5, T = 50 ℃, P = 6.12 MPa (CO/O 2 = 7/3), t = 1 h done
b) 22.2 μm의 Se (200 mesh) 벌크 입자를 사용함 b) Using Se (200 mesh) bulk particles of 22.2 μm
c) 제조예 1-2에 따른 셀레늄 나노파티클(SeNPs)을 사용함c) Using selenium nanoparticles (SeNPs) according to Preparation Example 1-2
실시예 9 내지 19Examples 9 to 19
MEG (75 mmol), Se (0.75 mmol), Ph2Se2 (0.06 mmol), 다양한 염기(B1-B11, 3.75 mmol)를 사용하여 촉매 시스템의 구성이 다른 촉매 시스템을 사용하고, n(MEG/Se/Ph2Se2/base) = 100/1/0.08/5, T = 50 ℃, P = 6.12 MPa (CO/O2 = 7/3), t = 1 h 조건에서 염기도와 활성 사이의 관계를 분석하여 하기 표 3에 기재하였다.Catalytic systems with different compositions were used using MEG (75 mmol), Se (0.75 mmol), Ph 2 Se 2 (0.06 mmol), and various bases (B1-B11, 3.75 mmol), and n(MEG/ Relationship between basicity and activity under the conditions Se/Ph 2 Se 2 /base) = 100/1/0.08/5, T = 50 ℃, P = 6.12 MPa (CO/O 2 = 7/3), t = 1 h was analyzed and listed in Table 3 below.
(실시예 9)
Pyridine
B1
pK a = 5.2
Y = 0.6%
TOF = 0.3 h-1
(Example 9)
Pyridine
B1
p K a = 5.2
Y = 0.6%
TOF = 0.3 h -1
(실시예 10)
DABCO
B2
pK a = 8.7
Y = 26.0%
TOF = 13.2 h-1
(Example 10)
DABCO
B2
p K a = 8.7
Y = 26.0%
TOF = 13.2 h -1
(실시예 11)
PPP
B3
pK a = 8.8
Y = 57.9%
TOF = 31.1 h-1
(Example 11)
PPP
B3
p K a = 8.8
Y = 57.9%
TOF = 31.1 h -1
(실시예 12)
PPY
B4
pK a = 9.2
Y = 67.9%
TOF = 35.2 h-1
(Example 12)
PPY
B4
p K a = 9.2
Y = 67.9%
TOF = 35.2 h -1
(실시예 13)
DMAP
B5
pK a = 8.9
Y = 60.9%
TOF = 32.5 h-1
(Example 13)
DMAP
B5
p K a = 8.9
Y = 60.9%
TOF = 32.5 h -1
(실시예 14)
Triethylamine
B6
pK a = 10.7
Y = 3.4%
TOF = 1.7 h-1
(Example 14)
Triethylamine
B6
p K a = 10.7
Y = 3.4%
TOF = 1.7 h -1
(실시예 15)
TMG
B7
pK a = 13.0
Y = 0.7%
TOF = 0.4 h-1
(Example 15)
TMG
B7
p K a = 13.0
Y = 0.7%
TOF = 0.4 h -1
(실시예 16)
DBU
B8
pK a = 13.5
Y = 4.7%
TOF = 2.3 h-1
(Example 16)
DBU
B8
p K a = 13.5
Y = 4.7%
TOF = 2.3 h -1
(실시예 17)
KHCO3
B9
pK a = 6.4
Y = 4.8%
TOF = 2.4 h-1
(Example 17)
KHCO 3
B9
p K a = 6.4
Y = 4.8%
TOF = 2.4 h -1
(실시예 18)
NaOMe
B10
pK a = 15.5
Y = 3.8%
TOF = 1.9 h-1
(Example 18)
NaOMe
B10
p K a = 15.5
Y = 3.8%
TOF = 1.9 h -1
(실시예 19)
KOt-Bu
B11
pK a = 17.0
Y = 2.1%
TOF = 2.0 h-1
(Example 19)
KO t -Bu
B11
p K a = 17.0
Y = 2.1%
TOF = 2.0 h -1
* DABCO : 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane; PPP : 4-piperidinopyridine; PPY : 4-pyrrolidinopyridine; DMAP : 4-(dimethylamino)pyridine; TMG : 1,1,3,3-tetramethylguanidine; DBU : 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene* DABCO: 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane; PPP: 4-piperidinopyridine; PPY: 4-pyrrolidinopyridine; DMAP: 4-(dimethylamino)pyridine; TMG: 1,1,3,3-tetramethylguanidine; DBU: 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene
실시예 20 내지 29Examples 20 to 29
MEG (75 mmol)를 사용하고, n(Se/Ph2Se2/DMAP) = 1/0.08/5, P = 6.12 MPa (CO/O2 = 7/3) 조건에서 MEG의 산화성 카르보닐화에 대한 몰비 및 반응 온도, 시간의 영향을 분석하여 하기 표 4에 기재하였다.Using MEG (75 mmol), n(Se/Ph 2 Se 2 /DMAP) = 1/0.08/5, P = 6.12 MPa (CO/O 2 = 7/3) for oxidative carbonylation of MEG. The effects of molar ratio, reaction temperature, and time were analyzed and are listed in Table 4 below.
(MEG/Se)Molar ratio
(MEG/Se)
실시예 30 내지 36Examples 30 to 36
ROH (75 mmol), Se (200 mesh, 0.375 mmol), Ph2Se2 (0.03 mmol), DMAP (1.875 mmol)를 포함하는 촉매 시스템을 사용하고, n(ROH/Se/Ph2Se2/DMAP) = 200/1/0.08/5, T = 90 ℃, P = 6.12 MPa (CO/O2 = 7/3), t = 1 h 조건에서 알코올 종류에 따른 MEG의 산화성 카르보닐화 반응 및 생성물을 분석하여 하기 표 5에 기재하였다.A catalyst system containing ROH (75 mmol), Se (200 mesh, 0.375 mmol), Ph 2 Se 2 (0.03 mmol), and DMAP (1.875 mmol) was used, and n(ROH/Se/Ph 2 Se 2 /DMAP ) = 200/1/0.08/5, T = 90 ℃, P = 6.12 MPa (CO/O 2 = 7/3), t = 1 h, oxidative carbonylation reaction and products of MEG according to the type of alcohol The results were analyzed and listed in Table 5 below.
(실시예 30)
Dimethyl carbonate
(DMC)
C = 44.8%
S = 97.8%
Y = 43.8%
TOF = 45.2 h-1
Salkylated Se a = 1.7%b P1
(Example 30)
Dimethyl carbonate
(DMC)
C = 44.8%
S = 97.8%
Y = 43.8%
TOF = 45.2 h -1
S alkylated Se a = 1.7% b
(실시예 31)
Diethyl carbonate
(DEC)
C = 45.3%
S = 97.6%
Y = 44.2%
TOF = 44.3 h-1
Salkylated Se a = 1.6% P2
(Example 31)
Diethyl carbonate
(DEC)
C = 45.3%
S = 97.6%
Y = 44.2%
TOF = 44.3 h -1
S alkylated Se a = 1.6%
(실시예 32)
Dipropyl carbonate
(DPrC)
C = 41.0%
S = 97.8%
Y = 40.1%
TOF = 40.2 h-1
Salkylated Se a = 1.6% P3
(Example 32)
Dipropyl carbonate
(DPrC)
C = 41.0%
S = 97.8%
Y = 40.1%
TOF = 40.2 h -1
S alkylated Se a = 1.6%
(실시예 33)
Dibutyl carbonate
(DBC)
C = 45.2%
S = 99.4%
Y = 44.9%
TOF = 45.0 h-1
Salkylated Se a = 0.5% P4
(Example 33)
Dibutyl carbonate
(DBC)
C = 45.2%
S = 99.4%
Y = 44.9%
TOF = 45.0 h -1
S alkylated Se a = 0.5%
(실시예 34)
Bis(2,2,2-trifluoroethyl) carbonate
(BTEC)
C = 0%
S = 0%
Y = 0%
TOF = 0 h-1
Salkylated Se a = 0% P5
(Example 34)
Bis(2,2,2-trifluoroethyl)carbonate
(BTEC)
C = 0%
S = 0%
Y = 0%
TOF = 0 h -1
S alkylated Se a = 0%
(실시예 35)
Diphenyl carbonate
(DPC)
C = 0%
S = 0%
Y = 0%
TOF = 0 h-1
Salkylated Se a = 0% P6
(Example 35)
Diphenyl carbonate
(DPC)
C = 0%
S = 0%
Y = 0%
TOF = 0 h -1
S alkylated Se a = 0%
(실시예 36)
Bis(2-methoxyethyl) carbonate
(BMEC)
C = 63.2%
S = 95.1%
Y = 57.6%
TOF = 60.1 h-1
Salkylated Se a = 3.4% P7
(Example 36)
Bis(2-methoxyethyl)carbonate
(BMEC)
C = 63.2%
S = 95.1%
Y = 57.6%
TOF = 60.1 h -1
S alkylated Se a = 3.4%
a) Salkylated Se: 산화성 카르보닐화(Ph2Se2는 제외)반응의 부산물로서 이의 양 혹은 선택도가 낮아야 한다.a) S alkylated Se : A by-product of oxidative carbonylation (excluding Ph 2 Se 2 ) reaction, its amount or selectivity must be low.
실시예 37 내지 39Examples 37 to 39
MEG (75 mmol), Se (0.75 mmol), Ph2Se2 (0.06 mmol)를 사용하고, n(MEG/Se/ Ph2Se2) = 100/1/0.08, PPY (variable), T = 50 ℃, P = 6.12 MPa (CO/O2 = 7/3), t = 1 h 조건에서 피리딘 아민 화합물에 대한 셀레늄의 몰비에 따른 활성을 분석하여 하기 표 6에 기재하였다.Using MEG (75 mmol), Se (0.75 mmol), Ph 2 Se 2 (0.06 mmol), n(MEG/Se/ Ph 2 Se 2 ) = 100/1/0.08, PPY (variable), T = 50 The activity according to the molar ratio of selenium to the pyridine amine compound was analyzed under the conditions of ℃, P = 6.12 MPa (CO/O 2 = 7/3), and t = 1 h, and is listed in Table 6 below.
(Se/Ph2Se2/DMAP)Molar ratio
(Se/Ph 2 Se 2 /DMAP)
(%)yield
(%)
(h-1)TOF
(h -1 )
실시예 40 내지 43Examples 40 to 43
MEG (75 mmol), Se (0.75 mmol), 디알킬 디셀레나이드(dialkyl diselenides, R2Se2, 0.06 mmol), PPY (3.75 mmol) 를 사용하고, n(MEG/Se/R2Se2/PPY) = 100/1/0.08/5, T = 50 ℃, P = 6.12 MPa (CO/O2 = 7/3), t = 1 h 조건에서 촉진제 종류에 따른 활성을 분석하여 하기 표 7에 기재하였다.MEG (75 mmol), Se (0.75 mmol), dialkyl diselenides (R 2 Se 2 , 0.06 mmol), PPY (3.75 mmol) were used, and n(MEG/Se/R 2 Se 2 / PPY) = 100/1/0.08/5, T = 50 ℃, P = 6.12 MPa (CO/O 2 = 7/3), t = 1 h, the activity according to the type of accelerator was analyzed and listed in Table 7 below. did.
실시예 44 내지 54Examples 44 to 54
MEG (75 mmol), Se (0.75 mmol), n(MEG/Se) = 100, Ph2Se2 (variable), PPY (3.75 mmol)를 사용하고, n(PPY/Se) = 5, T = 50 ℃, P = 6.12 MPa (CO/O2 = 7/3), t = 1 h 조건에서 셀레늄에 대한 촉진제의 몰비에 따른 활성을 분석하여 하기 표 8에 기재하였다.MEG (75 mmol), Se (0.75 mmol), n(MEG/Se) = 100, Ph 2 Se 2 (variable), PPY (3.75 mmol), n(PPY/Se) = 5, T = 50 The activity according to the molar ratio of the accelerator to selenium was analyzed under the conditions of ℃, P = 6.12 MPa (CO/O 2 = 7/3), and t = 1 h, and is listed in Table 8 below.
(Se/Ph2Se2/PPY)Molar ratio
(Se/Ph 2 Se 2 /PPY)
(%)Yield
(%)
(h-1)TOF
(h -1 )
실시예 55 내지 61Examples 55 to 61
ROH (75 mmol), Se (0.375 mmol), Ph2Se2 (0.03 mmol), PPY (1.875 mmol)를 사용하고, n(ROH/Se/ Ph2Se2/PPY) = 200/1/0.08/5, T = 90 ℃, P = 6.12 MPa (CO/O2 = 7/3), t = 1 h 조건에서 알코올 종류에 따른 활성을 분석하여 하기 표 9에 기재하였다.Using ROH (75 mmol), Se (0.375 mmol), Ph 2 Se 2 (0.03 mmol), PPY (1.875 mmol), n(ROH/Se/ Ph 2 Se 2 /PPY) = 200/1/0.08/ 5, T = 90 ℃, P = 6.12 MPa (CO/O 2 = 7/3), t = 1 h, the activity according to the type of alcohol was analyzed and listed in Table 9 below.
(%)S- alkylated Se
(%)
[비스(2-메톡시에틸) 카보네이트 (bis(2-methoxyethyl) carbonate, BMEC)의 정제][Purification of bis(2-methoxyethyl) carbonate (BMEC)]
상기 MEG의 산화성 카르보닐화 반응 후, 원심분리기를 이용하여 셀레늄 분말을 제거하였다. 얻어진 상층 용액에 같은 부피의 물을 넣어 디페닐디셀레나이드 (Ph2Se2)를 침전 시킨 후 여과하여 여과액을 얻었다. 여과액에 남아있는 물과 MEG를 제거하기 위해 회전 증발기를 사용하여 90℃에서 감압 하에 증발시켰다. 아세톤을 전개액으로 사용한 실리카 겔 컬럼 크로마토그라피 (silica gel column chromatography)를 이용하여 남아있는 비스(2-메톡시에틸) 케보네이트 (bis(2-methoxyethyl) carbonate, BMEC)와 4-피롤리디노피리딘 (4-pyrrolidinopyridine, PPY)를 분리하였다. 분리된 BMEC 용액에 액티베이티드 카본 (activated carbon, AC)를 넣고 하룻동안 교반하여 용액의 색을 제거하였다. 마지막으로 AC를 여과하여 얻은 용액을 회전 증발기에 넣고 60 ℃에서 감압 하에 증발시켜 투명한 액체를 얻었고 60 ℃ 진공 오븐에서 밤새 추가로 건조시켰다. 상기 투명한 액체는 순수 BMEC이다. 도 1에 정제된 BMEC의 1H NMR 그래프를 나타냈다.After the oxidative carbonylation reaction of MEG, selenium powder was removed using a centrifuge. The same volume of water was added to the obtained upper solution to precipitate diphenyldiselenide (Ph 2 Se 2 ) and then filtered to obtain a filtrate. To remove water and MEG remaining in the filtrate, it was evaporated under reduced pressure at 90°C using a rotary evaporator. Using silica gel column chromatography using acetone as an eluent, the remaining bis(2-methoxyethyl) carbonate (BMEC) and 4-pyrrolidinopyridine were extracted. (4-pyrrolidinopyridine, PPY) was isolated. Activated carbon (AC) was added to the separated BMEC solution and stirred for one day to remove the color of the solution. Finally, the solution obtained by filtering AC was placed in a rotary evaporator and evaporated under reduced pressure at 60 °C to obtain a clear liquid, which was further dried in a vacuum oven at 60 °C overnight. The clear liquid is pure BMEC. Figure 1 shows a 1H NMR graph of purified BMEC.
[시험예] [Test example]
시험예 1: 촉매 시스템 구성에 따른 반응Test Example 1: Reaction according to catalyst system configuration
하기 반응식 3과 같이 반응시켜 실시예 1 내지 8에 따른 촉매 시스템의 활성을 분석하였다.The activity of the catalyst systems according to Examples 1 to 8 was analyzed by reacting as shown in Scheme 3 below.
[반응식 3][Scheme 3]
상기 표 2 및 반응식 3을 참조하면, 구성 요소 중 하나 이상을 제거하면 수율이 매우 낮았다(실시예 1 내지 3). 특히, 나노 크기의 Se 또는 파티클 사이즈가 큰 bulk한 Se를 Ph2Se2와 함께 사용하는 것에 해당하는 실시예 4(SeNPs/DMAP) 및 실시예 5(Se(200 mesh)/Ph2Se2/DMAP)는 매우 높은 촉매 활성을 나타냈다. 따라서 Se와 DMAP는 촉매 시스템의 필수적인 부분이며 Ph2Se2가 SeNPs의 형성을 돕는데 특별한 역할을 할 가능성이 높은 것으로 판단된다.Referring to Table 2 and Scheme 3 above, when one or more of the components was removed, the yield was very low (Examples 1 to 3). In particular, Example 4 (SeNPs/DMAP) and Example 5 (Se(200 mesh)/Ph 2 Se 2 /, which correspond to the use of nano-sized Se or bulk Se with large particle size together with Ph 2 Se 2 DMAP) showed very high catalytic activity. Therefore, Se and DMAP are essential parts of the catalyst system, and it is believed that Ph 2 Se 2 is likely to play a special role in helping the formation of SeNPs.
시험예 2: 셀레늄 입자 크기에 따른 반응Test Example 2: Response according to selenium particle size
하기 반응식 4와 같이 반응시켜 제조예 1-1, 1-2, 2-1 및 2-2에 따른 셀레늄 입자를 포함하는 촉매 시스템의 활성을 분석하였다.The activity of the catalyst system containing selenium particles according to Preparation Examples 1-1, 1-2, 2-1, and 2-2 was analyzed by reacting as shown in Scheme 4 below.
[반응식 4][Scheme 4]
상기 표 1 및 반응식 4를 참조하면, 제조예 1-1에 따른 SeNPs의 크기는 약 60 nm이고, BMEC의 수율은 55.9%로 우수했고, 제조예 1-2에서 Ph2Se2 없이 제조된 Se의 크기는 약 340 nm으로 더 커졌지만, 촉매 활성은 제조예 1-1과 거의 비슷했다. 한편, 제조예 2-1에 따른 SeNPs의 크기는 약 410 nm이고, BMEC의 수율은 50.2%로 나타났고, 제조예 2-2에 따른 SeNPs의 크기는 약 490 nm이고, BMEC 수율은 42.1%로 나타났다.Referring to Table 1 and Scheme 4, the size of SeNPs according to Preparation Example 1-1 was about 60 nm, the yield of BMEC was excellent at 55.9%, and Se prepared without Ph 2 Se 2 in Preparation Example 1-2 The size was larger at about 340 nm, but the catalytic activity was almost similar to Preparation Example 1-1. Meanwhile, the size of SeNPs according to Preparation Example 2-1 was about 410 nm, and the BMEC yield was 50.2%, and the size of SeNPs according to Preparation Example 2-2 was about 490 nm, and the BMEC yield was 42.1%. appear.
이러한 결과는 Se의 크기가 MEG의 산화적 카르보닐화에서 Se/DMAP의 활성에 큰 영향을 미친다는 것을 의미한다. 긴 전처리 시간(12시간)과 2단계 공정(Se 전처리 및 카르보닐화)이 필요하나, SeNPs의 형성이 산화성 카르보닐화의 활성 촉매로서 상당한 이점이 있었다. 또한 표 2의 실시예 5를 통해 알 수 있듯이 전처리하지 않은 Se에 Ph2Se2를 추가하는 것은 BMEC 수율과 SeNPs의 형성에 각각 현저한 영향을 미치는 것을 확인하였으며, Ph2Se2가 Se/DMAP 촉매 산화 카르보닐화에 추가되면 Se의 형태가 비가역적으로 더 거칠고 더 작은 입자 크기로 변한다는 것을 시사한다. These results indicate that the size of Se has a significant effect on the activity of Se/DMAP in the oxidative carbonylation of MEG. Although it requires a long pretreatment time (12 h) and a two-step process (Se pretreatment and carbonylation), the formation of SeNPs had significant advantages as an active catalyst for oxidative carbonylation. In addition, as can be seen from Example 5 in Table 2, it was confirmed that adding Ph 2 Se 2 to unpretreated Se had a significant effect on BMEC yield and formation of SeNPs, and Ph 2 Se 2 was used as a Se/DMAP catalyst. This suggests that addition of oxidative carbonylation irreversibly changes the form of Se to a coarser and smaller particle size.
시험예 3: MEG의 산화성 카르보닐화 활성에 대한 염기(Base)의 영향Test Example 3: Effect of base on the oxidative carbonylation activity of MEG
하기 반응식 5와 같이 반응시켜 다양한 염기(B1-B11)를 포함하는 촉매 시스템의 염기도와 활성 사이의 관계를 분석하였다. The relationship between basicity and activity of a catalyst system containing various bases (B1-B11) was analyzed by reacting as shown in Scheme 5 below.
[반응식 5][Scheme 5]
상기 표 3 및 반응식 5를 참조하면, DMAP(B5)는 강염기(pKa = 8.9)로 알려져 있으며, 이는 MEG의 산화적 카르보닐화에 대한 탁월한 촉진 효과를 나타냈다(상기 표 1 및 2 참조). 따라서 triethylamine (B6), 1,1,3,3-tetramethylguanidine (TMG; B7), 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU; B8)을 포함하여 DMAP(B5)보다 더 강한 염기성 3차 아민을 사용하면 BMEC의 더 높은 수율을 제공할 것으로 가정하고, 반응을 수행하였다. 그러나 슈퍼 염기인 TMG와 DBU는 5% 미만의 극히 낮은 BMEC 수율을 나타냈고, 염기로서 KHCO3(B9)는 4.8%의 BMEC 수율을 나타냈다. NaOMe(B10) 및 KOt-Bu(B11)와 같은 pKa 값이 15.5 및 17.0인 다른 강력한 무기 염기도 매우 낮은 BMEC 수율을 나타냈다. 이것은 염기도가 아민의 역할을 결정하는 유일한 요소가 아님을 의미한다. 대조적으로, 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO; B2, pKa = 8.7)과 같은 비교적 염기성이 낮은 아민은 26.0%의 적당한 BMEC 수율을 나타냈다. 또한 피리딘(B1)과 DMAP(B5) 사이의 구조적 유사성을 고려할 때, 염기성이 낮은 피리딘(pKa = 5.2)의 존재하에서 Se의 촉매 활성이 거의 사라지는 것은 피리딘의 질소 원자에 있는 비결합 전자쌍이 여전히 이용 가능하기 때문에 흥미롭다. 피리딘과 대조적으로 DMAP는 Se의 활성을 실질적으로 향상시켜 60% 이상의 수율로 BMEC를 생성한다. DMAP의 질소는 피리딘에 결합된 π-공여 NMe2 그룹의 공명 효과 때문에 피리딘보다 염기성이고, 친핵성이다. 그러나 DMAP보다 훨씬 강한 염기(TMG 및 DBU)와 친핵체(DABCO)가 DMAP보다 덜 효과적인 것으로 밝혀졌기 때문에 염기성 또는 친핵성만으로는 DMAP의 우수한 촉진 역할을 설명할 수 없다. 또한 고리 구조에서 2개 이상의 아미노기를 갖는 피리딘 유도체에 대해서도 유사한 경향이 관찰되었다. 예를 들어, pKa 값이 8.8 및 9.2인 4-피페리디노피리딘(PPP, B3) 및 4-피롤리디노피리딘(PPY, B4)은 각각 57.9 및 67.9%의 우수한 BMEC 수율을 나타냈다.Referring to Table 3 and Scheme 5, DMAP (B5) is known to be a strong base (pKa = 8.9), which showed an excellent promoting effect on the oxidative carbonylation of MEG (see Tables 1 and 2 above). Therefore, more than DMAP (B5), including triethylamine (B6), 1,1,3,3-tetramethylguanidine (TMG; B7), and 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU; B8). The reaction was performed assuming that using a strongly basic tertiary amine would provide higher yields of BMEC. However, the super bases TMG and DBU showed extremely low BMEC yields of less than 5%, and KHCO 3 (B9) as a base showed a BMEC yield of 4.8%. Other strong inorganic bases with pKa values of 15.5 and 17.0, such as NaOMe (B10) and KOt-Bu (B11), also showed very low BMEC yields. This means that basicity is not the only factor that determines the role of the amine. In contrast, relatively low basic amines such as 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO; B2, pKa = 8.7) gave a reasonable BMEC yield of 26.0%. Moreover, considering the structural similarity between pyridine (B1) and DMAP (B5), the almost disappearance of the catalytic activity of Se in the presence of low basicity pyridine (pKa = 5.2) suggests that the non-bonding electron pair on the nitrogen atom of pyridine is still utilized. It's interesting because it's possible. In contrast to pyridine, DMAP substantially enhances the activity of Se, producing BMECs in greater than 60% yield. The nitrogen of DMAP is more basic and nucleophilic than pyridine due to the resonance effect of the π-donating NMe 2 group bound to pyridine. However, bases (TMG and DBU) and nucleophiles (DABCO), which are much stronger than DMAP, were found to be less effective than DMAP, so basicity or nucleophilicity alone cannot explain the superior promoting role of DMAP. A similar trend was also observed for pyridine derivatives with two or more amino groups in the ring structure. For example, 4-piperidinopyridine (PPP, B3) and 4-pyrrolidinopyridine (PPY, B4) with pKa values of 8.8 and 9.2 showed excellent BMEC yields of 57.9 and 67.9%, respectively.
시험예 4: 피리딘 아민 화합물의 종류에 따른 활성 평가Test Example 4: Activity evaluation according to type of pyridine amine compound
실시예 1 및 11 내지 13에 따른 촉매 시스템의 활성을 하기 표 10에 기재하였다. MEG(75mmol), Se(0.75mmol), Ph2Se2(0.06mmol), Base (3.75mmol), n(MEG/Se/ Ph2Se2/ Base) = 100/1/0.08/5, T = 50℃, P = 6.12 MPa(CO/O2 = 7/3), t = 1h 조건으로 평가하였다.The activities of the catalyst systems according to Examples 1 and 11 to 13 are shown in Table 10 below. MEG (75mmol), Se (0.75mmol), Ph 2 Se 2 (0.06mmol), Base (3.75mmol), n(MEG/Se/ Ph 2 Se 2 / Base) = 100/1/0.08/5, T = It was evaluated under the conditions of 50°C, P = 6.12 MPa (CO/O 2 = 7/3), and t = 1h.
표 10에 따르면, PPY를 이용한 촉매 시스템이 DMAP을 이용한 촉매 시스템보다 높은 수율을 보였다.According to Table 10, the catalyst system using PPY showed higher yield than the catalyst system using DMAP.
시험예 5: 촉매 재사용 평가Test Example 5: Catalyst reuse evaluation
도 2a는 Se/Ph2Se2/DMAP 촉매 시스템의 재사용 평가 결과이고, 도 2b 내지 2d는 Ph2Se2의 부재하에서 수행된 반응으로부터 회수된 Se, 1차 실행 후 복구된 DMAP, 5차 실행 후 복구된 DMAP의 FE-SEM 이미지이다. 또한 도 2e 내지 2g는 정제된 Ph2Se2, DMAP, BMEC의 1H NMR spectra이다. Figure 2a shows the results of the reuse evaluation of the Se/Ph 2 Se 2 /DMAP catalyst system, and Figures 2b to 2d show the Se recovered from the reaction carried out in the absence of Ph 2 Se 2 , DMAP recovered after the first run, and the 5th run. This is a FE-SEM image of DMAP recovered afterward. Additionally, Figures 2e to 2g show 1H NMR spectra of purified Ph 2 Se 2 , DMAP, and BMEC.
촉매 재사용 평가는 MEG(75mmol), 아세톤(3mL, 40.5mmol), Se(200 mesh, 1.5mmol), Ph2Se2 (0.12mmol), DMAP(4.5mmol), n(MEG/Se/Ph2Se2/ DMAP) = 50/1/0.08/3, T = 50℃, P = 6.12 MPa(CO/O2 = 7/3), t = 1h의 조건으로 반응 후 원심분리에 의해 Se를 회수하였다. Se 입자를 아세톤으로 세척하고 실온에서 건조시킨 다음, 2차부터 5차까지 재활용 실험은 1차와 동일한 조건에서 Ph2Se2 없이 실험을 진행하였고, MEG(75mmol), DMAP(4.5mmol), 아세톤(3mL) 및 회수된 Se(1.5mmol)를 사용하였다. MEG의 전환율 및 BMEC의 수율은 가스 크로마토그래피를 사용하여 결정되었다.Catalyst reuse evaluation was performed using MEG (75 mmol), acetone (3 mL, 40.5 mmol), Se (200 mesh, 1.5 mmol), Ph 2 Se 2 (0.12 mmol), DMAP (4.5 mmol), n(MEG/Se/Ph 2 Se Se was recovered by centrifugation after reaction under the conditions of 2 / DMAP) = 50/1/0.08/3, T = 50°C, P = 6.12 MPa (CO/O 2 = 7/3), and t = 1h. After washing the Se particles with acetone and drying them at room temperature, the 2nd to 5th recycling experiments were conducted under the same conditions as the 1st without Ph 2 Se 2 , and MEG (75 mmol), DMAP (4.5 mmol), and acetone were used. (3 mL) and recovered Se (1.5 mmol) were used. The conversion of MEG and the yield of BMEC were determined using gas chromatography.
도 2a를 참조하면, 회수된 시스템이 5회 연속 실행될 때까지 원래의 활성(BMEC의 50% 이상 수율)을 유지하는 것을 나타냈다. 특히, 재활용 실험에서 두 번째 실행에서 Ph2Se2를 추가할 필요가 없었다. 앞서 언급한 바와 같이, 이것은 초기 첨가에서 Ph2Se2가 스파이크된 후에 Se(200 mesh)의 크고 매끄러운 표면이 더 작고 거친 Se 입자로 변형되었기 때문일 수 있다.Referring to Figure 2A, the recovered system was shown to maintain its original activity (yield over 50% of BMEC) until five consecutive runs. In particular, there was no need to add Ph 2 Se 2 in the second run of the recycling experiment. As previously mentioned, this may be because the large, smooth surface of Se (200 mesh) was transformed into smaller, rougher Se particles after Ph 2 Se 2 was spiked in the initial addition.
또한 도 2b 내지 2d를 참조하면, Ph2Se2와 DMAP가 없을 때 회수된 것(ca. 22.2 μm, 도 2b)보다 초기 실행 후 회수된 Se가 거친 표면 형태를 가진 더 작은 입자(약 350nm와 약 2.1μm Se 입자의 조합, 도 2c)를 가지고 있음을 보여준다. 크기는 5번째 반응에서 약 180nm 및 1.5μm Se 입자의 조합으로 훨씬 작아진다(도 2d).Referring also to Figures 2b -2d, it can be seen that the Se recovered after the initial run contained smaller particles with a rough surface morphology (ca. 350 nm and It shows that it has a combination of approximately 2.1 μm Se particles, Figure 2c). The size becomes much smaller with a combination of approximately 180 nm and 1.5 μm Se particles in the fifth reaction (Figure 2d).
각각의 실행 후 촉매 시스템의 모든 구성 요소를 회수했으며, 정제된 1H NMR 데이터는 도 2e 내지 2g를 통해 확인할 수 있다.After each run, all components of the catalyst system were recovered, and the purified 1H NMR data can be seen in Figures 2e to 2g.
시험예 6: 몰비와 반응 시간에 따른 TOF 분석 Test Example 6: TOF analysis according to molar ratio and reaction time
하기 반응식 5와 같이 반응시켜 MEG/Se의 몰비와 반응 시간을 변화시켜 MEG의 산화적 카르보닐화에 대한 최대 TOF를 분석하였다. TOF (Turn Over Frequency)는 단위 몰수의 촉매가 얼마나 빠르게 타겟 물질 (원하는 물질)을 생산할 수 있는지 확인해볼 수 있는 지표이다. 짧은 시간 안에 원하는 물질로 전환할 수 있다면 촉매의 효율성이 좋다고 볼 수 있다.The maximum TOF for oxidative carbonylation of MEG was analyzed by changing the molar ratio of MEG/Se and reaction time as shown in Scheme 5 below. TOF (Turn Over Frequency) is an indicator that can be used to check how quickly a unit mole of catalyst can produce the target material (desired material). If it can be converted into the desired material in a short period of time, the efficiency of the catalyst can be considered good.
[반응식 6][Scheme 6]
상기 표 4 및 반응식 6을 참조하면, 90℃에서 MEG/Se의 몰비가 1000인 조건에서 103 h-1의 상당히 높은 TOF를 달성했다(실시예 25). 또한 다른 조건을 유지하면서 반응 시간을 1시간에서 45분, 30분 및 15분으로 줄였을 때, 15분(실시예 27)에서 최대 TOF 333h-1가 달성되었다.Referring to Table 4 and Scheme 6, a significantly high TOF of 103 h -1 was achieved at 90°C under the condition that the MEG/Se molar ratio was 1000 (Example 25). Additionally, when the reaction time was reduced from 1 hour to 45 minutes, 30 minutes, and 15 minutes while maintaining other conditions, a maximum TOF of 333 h -1 was achieved at 15 minutes (Example 27).
시험예 7: 알코올 종류에 따른 MEG의 산화성 카르보닐화 반응Test Example 7: Oxidative carbonylation reaction of MEG depending on alcohol type
하기 반응식 7과 같이 반응시켜 알코올 종류에 따른 MEG의 산화성 카르보닐화 반응을 분석하였다.The oxidative carbonylation reaction of MEG was analyzed according to the type of alcohol by reacting as shown in Scheme 7 below.
[반응식 7][Scheme 7]
상기 표 5 및 반응식 7을 참조하면, 메탄올의 카르보닐화는 45.2h-1의 TOF와 함께 43.8%의 DMC를 생성했다(실시예 30). 또한 에탄올, n-프로판올 및 n-부탄올은 입체 효과로 인해 알킬 사슬 길이가 증가함에 따라 알코올의 반응성이 감소한다는 사실에도 불구하고, 해당 DAC(P2-P4)의 수율이 40-45%로 높은 반응성을 나타냈다. 그러나 Se/KHCO3 시스템에서 관찰된 바와 같이 2,2,2-트리플루오로에탄올과 페놀(P5 및 P6)은 반응하지 않았다. 또한 P1-P4 및 P7에 대한 선택도는 각각 97.8, 97.6, 97.8, 99.4 및 95.1%였으며, 알킬화 Se와 같은 부산물은 무시할 수 있는 양이었다. 이것은 Se/Ph2Se2/DMAP 시스템이 DAC에 대해 고도로 선택적인 방식을 따른다는 것을 의미한다.Referring to Table 5 and Scheme 7, carbonylation of methanol produced 43.8% DMC with a TOF of 45.2h -1 (Example 30). Additionally, ethanol, n-propanol, and n-butanol are highly reactive, with yields of 40–45% for the corresponding DACs (P2-P4), despite the fact that the reactivity of alcohols decreases with increasing alkyl chain length due to steric effects. indicated. However, as observed in the Se/KHCO 3 system, 2,2,2-trifluoroethanol and phenol (P5 and P6) did not react. Additionally, the selectivities for P1-P4 and P7 were 97.8, 97.6, 97.8, 99.4, and 95.1%, respectively, and by-products such as alkylated Se were negligible. This means that the Se/Ph 2 Se 2 /DMAP system follows a highly selective approach towards DAC.
시험예 8: FT-IR 분석Test Example 8: FT-IR analysis
도 3a는 50℃, CO/O2 (CO/O2 = 7/3, 6.12 MPa) 조건에서 MEG, 활성화된 Se(activated Se), DMAP의 ATR-FTIR spectra, 도 3b는 50℃, CO (4.28 MPa) 조건에서 MEG, 활성화된 Se, DMAP의 ATR-FTIR spectra (green lines), 50℃, addition of O2 (CO/O2 = 7/3, 6.12 MPa) 조건에서 Se(activated Se), DMAP의 ATR-FTIR spectra이다. 또한 도 3c는 50℃, CO 대기(6.12MPa) 하에서 MEG, 활성화된 Se 및 DMAP의 밤새 반응에서 얻은 고체의 ATR-FTIR spectra이다. 산화적 카르보닐화로부터 회수된 Se 입자를 활성화된 Se라 칭한다.Figure 3a shows the ATR-FTIR spectra of MEG, activated Se, and DMAP at 50°C, CO/O 2 (CO/O 2 = 7/3, 6.12 MPa), and Figure 3b shows the ATR-FTIR spectra at 50°C, CO ( ATR-FTIR spectra (green lines) of MEG, activated Se, and DMAP at 4.28 MPa), 50°C, addition of O 2 (CO/O 2 = 7/3, 6.12 MPa), Se (activated Se), This is the ATR-FTIR spectra of DMAP. Figure 3c is also an ATR-FTIR spectra of the solid obtained from the overnight reaction of MEG, activated Se, and DMAP at 50°C under a CO atmosphere (6.12 MPa). Se particles recovered from oxidative carbonylation are referred to as activated Se.
촉매 작용과 관련하여 가능한 중간체 또는 활성종을 확인하기 위해 활성화된 Se를 DMAP(Ph2Se2 제외)와 함께 주촉매로 사용하여 ATR-FTIR 실험을 수행했다. ATR-FTIR 반응기 내부의 온도는 50℃로 유지하였고, IR 밴드는 매시간 기록하였다. MEG, DMAP 및 BMEC의 스펙트럼은 실온에서 대조군 샘플로 기록되었다. To identify possible intermediates or active species involved in catalysis, ATR-FTIR experiments were performed using activated Se as the main catalyst together with DMAP (excluding Ph 2 Se 2 ). The temperature inside the ATR-FTIR reactor was maintained at 50°C, and the IR band was recorded every hour. Spectra of MEG, DMAP and BMEC were recorded with control samples at room temperature.
in situ ATR-FTIR under mixture gas(도 3a)in situ ATR-FTIR under mixture gas (Figure 3a)
반응 메커니즘은 ZnSe window가 있는 골든 게이트 반응 셀(Specac)을 사용하여 혼합 가스 조건에서 현장 ATR-FTIR 분석에 의해 조사되었습니다. MEG(21mmol), DMAP(7.5mmol) 및 활성화된 Se(산화성 카르보닐화 후 수득됨, 1.5mmol)를 반응 셀에 첨가한 다음, 3회 플러싱하고 혼합 가스(CO/O2 = 7/3)로 5.78MPa (50℃에서 6.12MPa 만들기) 반응 셀을 Nicolet 6700 FTIR 분광기(Thermo Fisher Scientific, USA)에 넣고 50℃로 가열한 후 특정 시간에 FTIR 스펙트럼을 기록하였다.The reaction mechanism was investigated by in situ ATR-FTIR analysis under mixed gas conditions using a Golden Gate reaction cell (Specac) with a ZnSe window. MEG (21 mmol), DMAP (7.5 mmol) and activated Se (obtained after oxidative carbonylation, 1.5 mmol) were added to the reaction cell, then flushed three times and mixed gas (CO/O 2 = 7/3). The reaction cell was placed in a Nicolet 6700 FTIR spectrometer (Thermo Fisher Scientific, USA) and heated to 50°C, and the FTIR spectrum was recorded at a specific time.
in situ ATR-FTIR under CO followed by adding Oin situ ATR-FTIR under CO followed by adding O 22 (도 3b)(Figure 3b)
CO 분위기에서 현장 ATR-FTIR 분석을 수행한 다음 diamond window가 있는 골든 게이트 반응 셀에 O2를 추가하여 1644cm-1에서 피크의 기원을 결정했다. 특정 압력에 도달할 때까지 플러싱 및 가압 가스로 CO를 사용하는 것을 제외하고 실험 세부 사항은 위와 동일했다. 3시간 후, 압력이 6.12 MPa에 도달할 때까지 O2 가스를 50℃에서 반응기에 첨가하였다. 측정은 실시간으로 모니터링했으며, FTIR 스펙트럼은 특정 시간에 기록되었다.In situ ATR-FTIR analysis was performed in a CO atmosphere, and then O 2 was added to a Golden Gate reaction cell with a diamond window to determine the origin of the peak at 1644 cm -1 . The experimental details were the same as above, except for using CO as the flushing and pressurizing gas until a certain pressure was reached. After 3 hours, O 2 gas was added to the reactor at 50° C. until the pressure reached 6.12 MPa. Measurements were monitored in real time, and FTIR spectra were recorded at specific times.
ex situ ATR-FTIR(도 3c)ex situ ATR-FTIR (Figure 3c)
Se 카보닐 복합체는 SMART MIRacle 액세서리(ZnSe window)가 장착된 Nicolet iS10 FTIR 분광계(Thermo Fisher Scientific, USA)를 사용하여 ex situ ATR-FTIR에 의해 분석되었다. 측정 전, 50℃에서 밤새 CO 분위기(6.12MPa)의 가압 반응기에서 DMAP(10mmol) 및 MEG(65mmol)로 처리한 후 활성화된 Se(산화성 카르보닐화 후 수득됨, 5mmol)를 수집하였다. CO 처리 완료 후, 습윤 고체(MEG 포함)를 수집하고 즉시 ATR-FTIR 분석을 수행했다.Se carbonyl complexes were analyzed by ex situ ATR-FTIR using a Nicolet iS10 FTIR spectrometer (Thermo Fisher Scientific, USA) equipped with a SMART MIRacle accessory (ZnSe window). Before measurement, activated Se (obtained after oxidative carbonylation, 5 mmol) was collected after treatment with DMAP (10 mmol) and MEG (65 mmol) in a pressurized reactor in a CO atmosphere (6.12 MPa) at 50°C overnight. After completion of CO treatment, wet solids (including MEG) were collected and immediately subjected to ATR-FTIR analysis.
도 3a 내지 3c를 참조하면, DMAP에서 방향족의 신축 주파수 ν(C=C)는 실온에서 MEG의 존재하에 각각 1595, 1537 및 1514에서 1606, 1541 및 1527 cm-1로 더 높은 값으로 이동했다(도 3a, 붉은 선). 동시에 MEG에서 수산기의 빈도는 3424에서 3405cm-1로 더 낮은 값으로 이동하여 O-H 결합의 연장을 나타내었다(도 3a). 이러한 결과는 1606, 1541, 1527 cm-1에서 피크의 출현을 담당하는 ROH(MEG)와 DMAP 사이의 수소 결합이 단순히 이들 물질을 혼합함으로써 형성되었음을 의미한다(Scheme 1). 여기서 피리딘 고리의 질소는 H-결합 수용체로 작용하며, H-OR은 H-결합 기증자 역할을 한다. 따라서 DMAP가 알코올의 존재 하에서 H-결합 수용체로 작용하여 OR 부분에 있는 산소 원자의 고독한 쌍을 촉매 시스템에서 더 친핵성으로 만든다고 판단된다.Referring to Figures 3a to 3c, the stretching frequency ν(C=C) of aromatics in DMAP shifted to higher values from 1595, 1537, and 1514 to 1606, 1541, and 1527 cm -1 , respectively, in the presence of MEG at room temperature ( Figure 3a, red line). At the same time, the frequency of hydroxyl groups in MEG shifted to a lower value from 3424 to 3405 cm -1 , indicating the extension of OH bonds (Figure 3a). These results mean that the hydrogen bond between ROH (MEG) and DMAP, which is responsible for the appearance of the peaks at 1606, 1541, and 1527 cm -1 , was formed by simply mixing these substances (Scheme 1). Here, the nitrogen of the pyridine ring acts as an H-bond acceptor, and H-OR acts as an H-bond donor. Therefore, it is believed that DMAP acts as an H-bond acceptor in the presence of alcohol, making the lone pair of oxygen atoms in the OR portion more nucleophilic in the catalytic system.
[Scheme 1][Scheme 1]
또한 온도가 50℃에 도달하면 자유 CO 피크가 사라지고 1751cm-1에서 새로운 피크가 관찰되었다(도 3a, light blue line). 1751 cm-1에서 이 피크의 강도는 BMEC의 카르보닐 그룹에 기인하는 시간이 지남에 따라 증가했다(도 3a, blue line). 2337 및 1644 cm-1의 강도도 동시에 증가했으며(그림 3a), 이러한 피크는 각각 부산물인 CO2와 H2O에 기인한다.Additionally, when the temperature reached 50°C, the free CO peak disappeared and a new peak was observed at 1751 cm -1 (Figure 3a, light blue line). The intensity of this peak at 1751 cm -1 increased with time, which is attributed to the carbonyl group of BMEC (Figure 3a, blue line). The intensities at 2337 and 1644 cm -1 also increased simultaneously (Figure 3a), and these peaks were attributed to by-products CO 2 and H 2 O, respectively.
또한 도 3b의 녹색 선(green line)은 50℃에서 CO(4.28MPa)에서 MEG, DMAP 및 활성화된 Se의 현장 시간별 ATR-FTIR 스펙트럼을 나타낸다. 1644 cm-1의 피크는 O2가 없어도 여전히 관찰되었으며, 3시간 후 1562 cm-1에서 또 다른 피크가 생성되었다. ATR-FTIR 반응 셀(도 3b의 파란색 선)에 O2(1.84 MPa)를 도입한 후, BMEC의 카보닐 피크가 free CO2(2337 cm-1)와 함께 관찰되었으며, 이는 촉매 시스템이 O2 도입 후 다시 작동하기 시작했음을 의미한다. 그러나 1644와 1562 cm-1에서 피크의 세기는 더 이상 증가하지 않았다.Additionally, the green line in Figure 3b represents the in situ time-dependent ATR-FTIR spectra of MEG, DMAP, and activated Se in CO (4.28 MPa) at 50°C. The peak at 1644 cm -1 was still observed even without O 2 , and another peak was generated at 1562 cm -1 after 3 hours. After introducing O 2 (1.84 MPa) into the ATR-FTIR reaction cell (blue line in Figure 3b), the carbonyl peak of BMEC was observed along with free CO 2 (2337 cm -1 ), indicating that the catalytic system is capable of producing O 2 This means that it started working again after introduction. However, the intensity of the peaks at 1644 and 1562 cm -1 did not increase any further.
또한 도 3c에서 1644 및 1562 cm-1에서의 피크는 MEG…DMAP의 원래 피크와 함께 다시 나타났다. 공기에 노출된 직후 이 피크는 1637 및 1556cm-1로 이동한 다음 1시간 동안 공기에 노출된 후 완전히 사라졌다. 이러한 결과는 1644 cm-1의 피크가 H2O에서만 발생하는 것이 아니라 1562 cm-1의 종과 함께 순간적으로 형성되는 특정 종의 생성에 기인함을 시사한다. 이 피크는 MEG의 Se/DMAP 촉매 산화 카르보닐화에서 중요한 중간체를 담당할 수 있다.Also, in Figure 3c, the peaks at 1644 and 1562 cm -1 are MEG... It reappeared along with the original peak of DMAP. Immediately after exposure to air, this peak shifted to 1637 and 1556 cm -1 and then completely disappeared after exposure to air for 1 hour. These results suggest that the peak at 1644 cm -1 does not occur only in H 2 O but is due to the production of a specific species that is formed instantaneously together with the species at 1562 cm -1 . This peak may be responsible for an important intermediate in the Se/DMAP-catalyzed oxidative carbonylation of MEG.
시험예 9: DFT 분석Test Example 9: DFT analysis
도 4a는 DMAP의 주요 역할을 식별하기 위한 Se/DMAP 촉매 반응에 대한 상대 에너지 다이어그램으로, 검정색과 파란색으로 표시되고, 비교 에너지 준위는 DMAP가 존재하지 않을 때 노란색으로 표시되고 DMAP이 H-결합 수용체로만 작용할 때 빨간색으로 표시된다. 또한 활성화 에너지의 값은 round inset box에 표시된다. 또한 도 4b는 DAC를 생성하기 위한 알코올의 산화적 카르보닐화 반응 메커니즘으로 중간체는 로마자로 표시된다. DMAP의 뛰어난 성능을 이해하고 신뢰할 수 있는 반응 메커니즘을 제안하기 위해 MEG에서 DAC로의 카르보닐화에 대한 에너지 프로파일을 밀도 기능 이론(DFT) 계산을 통해 분석했다. Figure 4a is a relative energy diagram for the Se/DMAP catalyzed reaction to identify the key role of DMAP, shown in black and blue, with comparative energy levels shown in yellow when DMAP is not present and when DMAP acts as an H-bond acceptor. It is displayed in red when it only works. Additionally, the value of activation energy is displayed in a round inset box. Additionally, Figure 4b shows the oxidative carbonylation reaction mechanism of alcohol to produce DAC, with intermediates indicated in Roman letters. To understand the outstanding performance of DMAP and propose a reliable reaction mechanism, the energy profile for the carbonylation of MEG to DAC was analyzed through density functional theory (DFT) calculations.
도 4a를 참조하면, 염기로서 DMAP가 원소 셀레늄 Se(I)의 카르보닐화를 촉진하여 SeCO(II)를 형성하는 것으로 보고되었기 때문에 SeCO(II)에서 탐사를 시작했다. 첫 번째 단계는 H-bonded MEG…DMAP에 대한 SeCO의 접근이다. 이것은 SeCO와 MEG…DMAP(-47.6kJ mol-1, II', 도 4a의 검은색 선) 사이의 상호 작용으로 인한 발열 과정이다. DMAP가 없으면 이러한 상호 작용이 훨씬 약해(-9.9 kJ mol-1, ii', 도 4a의 노란색 선), DMAP의 존재가 MEG…DMAP와 SeCO 사이의 상호 작용을 강화한다는 것을 나타낸다. 이러한 상호작용 에너지 경향은 자유 MEG(-1.750 e-)에 비해 H-결합에서 발생하는 DMAP를 갖는 MEG(-1.832 e-)의 수산기 내 산소 전하 값이 더 높은 것으로 설명될 수 있다. 중간체 III의 형성은 MEG의 산소 원자의 향상된 친핵성을 통해 SeCO의 카르보닐기에 MEG…DMAP의 친핵성 첨가를 통해 발생한다. 이 반응에 대한 에너지 장벽은 DMAP가 없는 것보다(127.0 kJ mol-1, ii'에서 TSii'-iii, 도 4a의 노란색 선) DMAP에서 훨씬 더 낮다(34.5 kJ mol-1, II'에서 TSII'-III, 도 4a의 검은색 선). DMAP이 없는 전이 상태(TS) 구조인 TSii'-iii은 셀레노카보네이트 구조(Se(SeCO)-C(SeCO)-O(MEG): 99˚)의 큰 왜곡을 보여 높은 에너지 장벽을 초래한다. DMAP이 존재할 때 TSII'-III 구조에서 셀레노카보네이트 구조의 왜곡이 훨씬 적게 관찰되었다(Se(SeCO)-C(SeCO)-O(MEG): 110˚). 여기서 DMAP은 양성자 셔틀로 작동하며 DMAP‥HOR이 DMAP‥HSe(C=O)OR(III)으로 전달되는 것을 도와 TSII'-III의 낮은 에너지 장벽을 초래한다. 위의 결과는 또한 H 결합 수용체로서 DMAP의 중요성을 보여준다.Referring to Figure 4a, the exploration began with SeCO(II) because DMAP as a base has been reported to promote the carbonylation of elemental selenium Se(I) to form SeCO(II). The first step is H-bonded MEG… This is SeCO's approach to DMAP. This is SeCO and MEG… It is an exothermic process due to the interaction between DMAP (-47.6 kJ mol -1 , II', black line in Figure 4a). In the absence of DMAP, this interaction is much weaker (-9.9 kJ mol -1 , ii', yellow line in Fig. 4a), suggesting that the presence of DMAP inhibits MEG… It indicates that it strengthens the interaction between DMAP and SeCO. This interaction energy trend can be explained by the higher value of the oxygen charge in the hydroxyl group of MEG (-1.832 e - ) with DMAP arising from H-bonds compared to free MEG (-1.750 e - ). Formation of intermediate III occurs through the enhanced nucleophilicity of the oxygen atom of MEG onto the carbonyl group of SeCO… It occurs through nucleophilic addition of DMAP. The energy barrier for this reaction is much lower with DMAP (34.5 kJ mol -1 , II' to TSII') than without DMAP (127.0 kJ mol -1 , ii' to TSii'-iii, yellow line in Figure 4a). -III, black line in Figure 4a). The DMAP-free transition state (TS) structure, TSii'-iii, shows a large distortion of the selenocarbonate structure (Se(SeCO)-C(SeCO)-O(MEG): 99˚), resulting in a high energy barrier. In the presence of DMAP, much less distortion of the selenocarbonate structure was observed in the TSII'-III structure (Se(SeCO)-C(SeCO)-O(MEG): 110˚). Here, DMAP acts as a proton shuttle and helps transfer DMAP‥HOR to DMAP‥HSe(C=O)OR(III), resulting in a low energy barrier of TSII'-III. The above results also show the importance of DMAP as an H-bond receptor.
또한 중간체 III(DMAP…O-alkyl Se-hydrogen selenocarbonate complex, DMAP…HSe(C=O)OR)의 카르보닐 신축 주파수의 계산된 ν(C=O)의 주파수는 1704 cm-1로서, 이 영역의 카르보닐 피크는 ATR-FTIR 연구에서 관찰되지 않았지만, III 종의 구조는 Sonoda의 selenocarbonate와 거의 동일하다. 따라서 III 종은 어려움 없이 이 촉매 주기에 존재할 수 있다. III는 추가 DMAP와 반응하여 IV를 형성한다. DMAP의 역할에 따라 두 가지 그럴듯한 경로가 있습니다. 첫 번째는 친핵체로서의 DMAP(TSIII-IV)이고(도 4), 다른 하나는 H-결합 수용체로서의 DMAP(TSIII-iv)이다. H 결합 수용체의 경우 활성화 장벽이 친핵체보다 높아 TSIII-iv를 통한 경로는 삭제된다. DMAP이 친핵체로 작용할 때 DMAP은 III의 카르보닐 탄소에 접근한다. TSIII-IV의 C(III)-N(DMAP) 결합은 더 가까워진 반면(1.90Å), C(III)-Se(III) 결합은 길어져(2.07Å), 이는 III의 카보닐 탄소로 DMAP의 친핵성 치환 및 이탈기로서 DMAP…H-Se 부분의 이탈을 나타낸다. 이탈기는 DMAP-에스테르 모이어티 사이의 분자간 이온 상호작용에 의해 안정화되어 낮은 에너지 장벽(73.0 kJ mol-1)을 초래한다. 여기서 DMAP…H-Se 부분은 음전하를 띠고 DMAP-에스테르 부분은 양전하를 띈다. 또한, 중간체 IV를 통한 메커니즘은 DMAP이 친핵체로 작용하는 에스테르화 메커니즘과 유사하다. 마지막으로 MEG…DMAP은 37.8 kJ mol-1의 낮은 에너지 장벽으로 TSIV-V를 통해 IV의 카보닐 탄소를 공격한 다음 V와 DAC를 생성한다. V가 1/2 O2와 상호 작용함에 따라 Se(I) 및 DMAP이 재생성되고, 현장 ATR-FTIR 및 DFT 연구에 기초하여 Se/DMAP 촉매에 의한 알코올의 산화 카르보닐화의 반응 메커니즘을 도 4b에 기재하였다.In addition, the calculated ν(C=O) frequency of the carbonyl stretching frequency of intermediate III (DMAP...O-alkyl Se-hydrogen selenocarbonate complex, DMAP...HSe(C=O)OR) is 1704 cm -1 , which is in this region. The structure of species III is almost identical to that of Sonoda's selenocarbonate, although the carbonyl peak was not observed in the ATR-FTIR study. Therefore, species III can exist in this catalytic cycle without difficulty. III reacts with additional DMAP to form IV. There are two plausible pathways depending on the role of DMAP. The first is DMAP(TSIII-IV) as a nucleophile (Figure 4) and the other is DMAP(TSIII-iv) as an H-bond acceptor. For H-coupled receptors, the activation barrier is higher than for nucleophiles, so the route through TSIII-iv is eliminated. When DMAP acts as a nucleophile, it approaches the carbonyl carbon of III. The C(III)-N(DMAP) bond of TSIII-IV is closer (1.90 Å), while the C(III)-Se(III) bond is longer (2.07 Å), which makes the carbonyl carbon of III the parent of DMAP. DMAP as a nucleophilic substitution and leaving group… This indicates the departure of the H-Se portion. The leaving group is stabilized by intermolecular ionic interactions between the DMAP-ester moieties, resulting in a low energy barrier (73.0 kJ mol -1 ). Here DMAP… The H-Se part has a negative charge and the DMAP-ester part has a positive charge. Additionally, the mechanism via intermediate IV is similar to the esterification mechanism in which DMAP acts as a nucleophile. Lastly, MEG… DMAP attacks the carbonyl carbon of IV through TSIV-V with a low energy barrier of 37.8 kJ mol -1 and then generates V and DAC. As V interacts with 1/2 O 2 , Se(I) and DMAP are regenerated, and based on in situ ATR-FTIR and DFT studies, the reaction mechanism of Se/DMAP-catalyzed oxidative carbonylation of alcohols is shown in Figure 4b. It is described in .
시험예 10: 피리딘 아민 화합물에 대한 셀레늄의 몰비에 따른 활성 분석Test Example 10: Activity analysis according to molar ratio of selenium to pyridine amine compound
상기 표 6을 참조하면, 셀레늄(Se)에 대한 피리딘 아민 화합물(PA)의 몰비(PA/Se)가 5인 경우, 수율이 가장 높게 나타났다.Referring to Table 6, when the molar ratio of pyridine amine compound (PA) to selenium (Se) (PA/Se) was 5, the yield was highest.
시험예 11: 촉진제 종류에 따른 활성 분석Test Example 11: Activity analysis according to type of accelerator
도 5는 다양한 촉진제에 따른 촉매 시스템으로 수행된 반응에서 회수된 셀레늄의 FE-SEM 이미지이다. (a)는 Se/Ph2Se2/PPY = 1/0.08/5(실시예 41), (b)는 Se/Me2Se2/PPY = 1/0.08/5(실시예 42), (c) Se/Bz2Se2/PPY = 1/0.08/5(실시예 43)이다.Figure 5 is a FE-SEM image of selenium recovered in reactions performed with catalyst systems according to various promoters. (a) is Se/Ph 2 Se 2 /PPY = 1/0.08/5 (Example 41), (b) is Se/Me 2 Se 2 /PPY = 1/0.08/5 (Example 42), (c) ) Se/Bz 2 Se 2 /PPY = 1/0.08/5 (Example 43).
상기 표 7 및 도 5를 참조하면, 촉진제가 Ph2Se2인 경우, 수율이 가장 높게 나타났다.Referring to Table 7 and Figure 5, when the accelerator was Ph 2 Se 2 , the yield was highest.
시험예 12: 셀레늄에 대한 촉진제의 몰비에 따른 활성 분석Test Example 12: Activity analysis according to molar ratio of accelerator to selenium
상기 표 8을 참조하면, 셀레늄(Se)에 대한 촉진제(Ph2Se2)의 몰비(Ph2Se2/Se)가 0.08인 경우, 수율이 가장 높게 나타났다.Referring to Table 8, the yield was highest when the molar ratio (Ph 2 Se 2 /Se) of the accelerator (Ph 2 Se 2 ) to selenium (Se) was 0.08.
시험예 13: 알코올 종류에 따른 활성 분석Test Example 13: Activity analysis according to alcohol type
상기 표 9를 참조하면, 알코올의 탄소수가 C4까지 증가하여도 촉매의 반응성이 줄어들지 않는 것을 확인하였으며, 수율이 약 45% 이상이면서 부산물인 알킬레이티드 셀레늄의 선택도가 약 2% 이내인 것을 확인하였다. 또한 페놀과 전자-끌림 (electron-withdrawing) 작용기를 갖는 2,2,2-트리플루오로에탄올은 반응이 전혀 나타나지 않았다.Referring to Table 9 above, it was confirmed that the reactivity of the catalyst did not decrease even if the carbon number of the alcohol increased to C4, and the yield was about 45% or more and the selectivity of alkylated selenium, a by-product, was within about 2%. did. Additionally, no reaction was observed between phenol and 2,2,2-trifluoroethanol, which has an electron-withdrawing functional group.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, those skilled in the art will be able to add, change, delete or modify components without departing from the spirit of the present invention as set forth in the patent claims. The present invention may be modified and changed in various ways by addition, etc., and this will also be included within the scope of rights of the present invention. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form. The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
Claims (20)
하기 구조식 1로 표시되는 피리딘 아민 화합물;을
포함하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템.
[구조식 1]
상기 구조식 1에서,
n은 1 내지 4의 정수이다.Selenium (Se); and
A pyridine amine compound represented by the structural formula 1 below;
A catalyst system for producing carbonate derivatives comprising:
[Structural Formula 1]
In structural formula 1,
n is an integer from 1 to 4.
상기 피리딘 아민 화합물이 4-피페리디노피리딘(4-piperidinopyridine, PPP) 및 4-피롤리디노피리딘(4-pyrrolidinopyridine, PPY)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템.According to paragraph 1,
A catalyst system for producing a carbonate derivative, wherein the pyridine amine compound is any one selected from the group consisting of 4-piperidinopyridine (PPP) and 4-pyrrolidinopyridine (PPY).
상기 촉매 시스템은 상기 셀레늄(Se)에 대한 상기 피리딘 아민 화합물(PA)의 몰비(PA/Se)가 1 내지 6인 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템.According to paragraph 1,
The catalyst system is a catalyst system for producing a carbonate derivative, characterized in that the molar ratio (PA/Se) of the pyridine amine compound (PA) to the selenium (Se) is 1 to 6.
상기 촉매 시스템이 촉진제(promoter)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템.According to paragraph 1,
A catalyst system for producing a carbonate derivative, characterized in that the catalyst system further includes a promoter.
상기 촉진제가 셀레늄 나노파티클을 생성하기 위한 것을 특징으로 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템.According to paragraph 4,
A catalyst system for producing carbonate derivatives, wherein the accelerator is for producing selenium nanoparticles.
상기 촉진제가 디페닐디셀레나이드(Ph2Se2), 디메틸디셀레나이드(Me2Se2), 디벤질디셀레나이드(Bz2Se2) 및 디페닐셀레나이드(Ph2Se)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템.According to paragraph 4,
The accelerator is a group consisting of diphenyl diselenide (Ph 2 Se 2 ), dimethyl diselenide (Me 2 Se 2 ), dibenzyl diselenide (Bz 2 Se 2 ) and diphenyl selenide (Ph 2 Se). A catalyst system for producing a carbonate derivative, comprising at least one selected from the group consisting of
상기 촉진제가 디페닐디셀레나이드(Ph2Se2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템.According to paragraph 4,
A catalyst system for producing carbonate derivatives, wherein the accelerator includes diphenyldiselenide (Ph 2 Se 2 ).
상기 촉매 시스템은 상기 셀레늄(Se)에 대한 상기 촉진제의 몰비(promoter/Se)가 0.00016 내지 0.64 인 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템.According to paragraph 4,
The catalyst system is a catalyst system for producing carbonate derivatives, characterized in that the molar ratio of the promoter to selenium (Se) (promoter/Se) is 0.00016 to 0.64.
상기 카보네이트 유도체가 아래 구조식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템:
[구조식 2]
상기 구조식 2에서,
R3은 각각 독립적으로 C1 내지 C6 알킬렌기이고,
R4는 각각 독립적으로 수소원자 또는 이고,
R5은 각각 독립적으로 C1 내지 C3 알킬기이다.According to paragraph 1,
A catalyst system for producing a carbonate derivative, characterized in that the carbonate derivative is a compound represented by structural formula 2 below:
[Structural Formula 2]
In structural formula 2,
R 3 is each independently a C1 to C6 alkylene group,
R 4 is each independently a hydrogen atom or ego,
R 5 is each independently a C1 to C3 alkyl group.
상기 카보네이트 유도체가 비스(2-메톡시에틸) 카보네이트(Bis(2-methoxyethyl) carbonate, BMEC)인 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템.According to clause 9,
A catalyst system for producing a carbonate derivative, characterized in that the carbonate derivative is bis(2-methoxyethyl) carbonate (BMEC).
상기 셀레늄은 형상이 나노파티클(nanoparticle) 또는 벌크(bulk)인 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템.According to paragraph 1,
A catalyst system for producing a carbonate derivative, characterized in that the selenium has a nanoparticle or bulk shape.
상기 나노파티클 형상은 크기가 10 내지 1,000nm인 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템.According to clause 11,
A catalyst system for producing carbonate derivatives, characterized in that the nanoparticle shape has a size of 10 to 1,000 nm.
상기 벌크 형상은 크기가 1μm 초과이고, 50μm 미만인 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체 제조용 촉매 시스템.In paragraph 11
A catalyst system for producing carbonate derivatives, characterized in that the bulk shape is greater than 1 μm and less than 50 μm.
[반응식 1]
상기 반응식 1에서,
R3은 각각 독립적으로 C1 내지 C6 알킬렌기이고,
R4는 각각 독립적으로 수소원자 또는 이고,
R5은 각각 독립적으로 C1 내지 C3 알킬기이다.In Scheme 1, a method for producing a carbonate derivative comprising the step of preparing Compound 2 by reacting reactants containing Compound 3, carbon monoxide, and oxygen using a catalyst system as shown in Scheme 1:
[Scheme 1]
In Scheme 1 above,
R 3 is each independently a C1 to C6 alkylene group,
R 4 is each independently a hydrogen atom or ego,
R 5 is each independently a C1 to C3 alkyl group.
상기 촉매 시스템이 셀레늄(Se); 및 하기 구조식 1로 표시되는 피리딘 아민 화합물;을 포함하는 촉매 시스템인 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체의 제조방법.
[구조식 1]
상기 구조식 1에서,
n은 1 내지 4의 정수이다.According to clause 14,
The catalyst system includes selenium (Se); A method for producing a carbonate derivative, characterized in that it is a catalyst system comprising a pyridine amine compound represented by the following structural formula 1.
[Structural Formula 1]
In structural formula 1,
n is an integer from 1 to 4.
상기 피리딘 아민 화합물이 4-피페리디노피리딘(4-piperidinopyridine, PPP) 및 4-피롤리디노피리딘(4-pyrrolidinopyridine, PPY)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체의 제조방법.According to clause 15,
A method for producing a carbonate derivative, characterized in that the pyridine amine compound is any one selected from the group consisting of 4-piperidinopyridine (PPP) and 4-pyrrolidinopyridine (PPY).
상기 촉매 시스템이 촉진제(promoter)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체의 제조방법.According to clause 15,
A method for producing a carbonate derivative, wherein the catalyst system further includes a promoter.
상기 촉진제가 디페닐디셀레나이드(Ph2Se2), 디메틸디셀레나이드(Me2Se2), 디벤질디셀레나이드(Bz2Se2) 및 디페닐셀레나이드(Ph2Se)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체의 제조방법.According to clause 17,
The accelerator is a group consisting of diphenyl diselenide (Ph 2 Se 2 ), dimethyl diselenide (Me 2 Se 2 ), dibenzyl diselenide (Bz 2 Se 2 ) and diphenyl selenide (Ph 2 Se). A method for producing a carbonate derivative, comprising at least one selected from the group consisting of
상기 촉진제가 디페닐디셀레나이드(Ph2Se2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체의 제조방법.According to clause 17,
A method for producing a carbonate derivative, characterized in that the accelerator includes diphenyl diselenide (Ph 2 Se 2 ).
상기 반응이 10 내지 150℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 카보네이트 유도체의 제조방법.According to clause 14,
A method for producing a carbonate derivative, characterized in that the reaction is carried out at 10 to 150 ° C.
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