KR20230158775A - Catalyst for ortho-alkylarion reaction and preparation method of ortho-alkylarion reaction product using the same - Google Patents

Catalyst for ortho-alkylarion reaction and preparation method of ortho-alkylarion reaction product using the same Download PDF

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KR20230158775A
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전봉식
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Abstract

본 발명은 오르토-알킬화 반응 생성물 제조용 촉매 조성물 및 이를 사용한 오르토-알킬화 반응 생성물 제조 방법에 대한 기술로서, 보다 구체적으로 페놀계 화합물의 선택적 오르토-알킬화 반응에서, 높은 선택성 및 전환율을 구현할 수 있는 오르토-알킬화 반응 생성물 제조용 촉매 조성물 및 이를 사용한 오르토-알킬화 반응 생성물 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst composition for producing an ortho-alkylation reaction product and a method for producing an ortho-alkylation reaction product using the same. More specifically, in the selective ortho-alkylation reaction of a phenolic compound, the ortho-alkylation reaction product can achieve high selectivity and conversion rate. It relates to a catalyst composition for preparing an alkylation reaction product and a method for producing an ortho-alkylation reaction product using the same.

Description

오르토-알킬화 반응 촉매 및 이를 사용한 오르토-알킬화 반응 생성물 제조 방법{CATALYST FOR ORTHO-ALKYLARION REACTION AND PREPARATION METHOD OF ORTHO-ALKYLARION REACTION PRODUCT USING THE SAME}Ortho-alkylation reaction catalyst and method for producing ortho-alkylation reaction products using the same {CATALYST FOR ORTHO-ALKYLARION REACTION AND PREPARATION METHOD OF ORTHO-ALKYLARION REACTION PRODUCT USING THE SAME}

본 발명은 오르토-알킬화 반응 촉매 및 이를 사용한 오르토-알킬화 반응 생성물 제조 방법에 대한 기술로서, 보다 구체적으로 페놀계 화합물의 오르토-알킬화 반응에서, 높은 선택성 및 전환율로 오르토-알킬화 반응 생성물을 수득할 수 있는 오르토-알킬화 반응 촉매 및 이를 사용한 오르토-알킬화 반응 생성물 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ortho-alkylation reaction catalyst and a method for producing an ortho-alkylation reaction product using the same. More specifically, in the ortho-alkylation reaction of a phenolic compound, an ortho-alkylation reaction product can be obtained with high selectivity and conversion rate. It relates to an ortho-alkylation reaction catalyst and a method for producing an ortho-alkylation reaction product using the same.

알킬화된 하이드록시방향족 화합물은 다양한 용도로 사용되며, 이는 통상적으로 페놀과 메탄올의 기상 반응에 의해 제조된다. 또한, 추가 알킬화 반응을 통해, 다향한 구조의 화합물이 생성될 수 있으며, 이들은 고성능 열가소성 제품군 등에 적용이 용이하다.Alkylated hydroxyaromatic compounds have a variety of uses, and they are typically prepared by the gas phase reaction of phenol and methanol. In addition, through additional alkylation reactions, compounds with various structures can be produced, and they are easy to apply to high-performance thermoplastic product groups.

이러한 추가 알킬화 반응은 통상적으로 마그네슘계 화합물의 존재 하에서 수행되었으며, 마그네슘계 촉매의 성능을 최적화시키기 위해 다양한 연구가 진행되었다.These additional alkylation reactions are typically performed in the presence of magnesium-based compounds, and various studies have been conducted to optimize the performance of magnesium-based catalysts.

알킬화 반응에 있어서, 마그네슘계 촉매는 높은 활성을 가지며, 긴 활성 수명과, 목적하는 반응 생성물에 대한 높은 선택성을 가질 것이 요구된다. 과거에 사용된 알킬화 촉매 중 대부분은 파라-알킬화된 생성물을 다량 생산하였는데, 보다 유용성이 큰 오르토-알킬화 생성물을 높은 수율로 수득하기 위한 다양한 연구가 진행되었다.In an alkylation reaction, a magnesium-based catalyst is required to have high activity, a long active life, and high selectivity for the desired reaction product. Most of the alkylation catalysts used in the past produced large quantities of para-alkylated products, but various studies have been conducted to obtain more useful ortho-alkylated products in high yield.

그러나 종래 기술들은 마그네슘계 촉매에 추가로 조촉매 화합물을 조합 사용하거나, 촉매의 조성을 변화시키거나, 반응 조건을 변화시키는 기술로서, 종래 기술로는 목적하는 정로도 높은 선택성 및 수율로 오르토-알킬화 생성물을 수득하기 어려운 문제가 있었다.However, the prior art is a technique of using a combination of cocatalyst compounds in addition to the magnesium-based catalyst, changing the composition of the catalyst, or changing the reaction conditions, and the ortho-alkylation product is produced with the desired precision and high selectivity and yield. There was a problem that made it difficult to obtain.

이에, 오르토-알킬화 반응에 있어서, 촉매 선택성, 촉매 활성, 생산 수율, 비용 절감 및 총 생산성 등의 측면에서 개선된 촉매를 개발하는 것이 요구되고 있다.Accordingly, in the ortho-alkylation reaction, there is a need to develop improved catalysts in terms of catalyst selectivity, catalyst activity, production yield, cost reduction, and total productivity.

본 발명은 선택적 오르토-알킬화 반응 생성물의 제조에 있어서 우수한 전환율과 수득률을 구현할 수 있는 오르토-알킬화 반응 촉매를 제공하는 것이다. The present invention provides an ortho-alkylation reaction catalyst capable of achieving excellent conversion and yield in the production of selective ortho-alkylation reaction products.

또한, 본 발명은 상기 촉매를 사용한 오르토-알킬화 반응 생성물의 제조 방법을 제공하는 것이다.Additionally, the present invention provides a method for producing an ortho-alkylation reaction product using the catalyst.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, In order to solve the above problem, the present invention,

바이모달 기공 구조를 가지며, BET 비표면적이 100 m2/g 내지 180 m2/g인 산화 마그네슘을 포함하는, Comprising magnesium oxide having a bimodal pore structure and a BET specific surface area of 100 m 2 /g to 180 m 2 /g,

오르토-알킬화 반응 촉매를 제공한다.An ortho-alkylation reaction catalyst is provided.

또한, 본 발명은,In addition, the present invention,

상술한 오르토-알킬화 반응 촉매 및 메타-알킬 치환된 페놀계 단량체를 포함하는 단량체 조성물을 포함하는, Comprising a monomer composition comprising the above-described ortho-alkylation reaction catalyst and a meta-alkyl substituted phenolic monomer,

오르토-알킬화 반응 조성물을 제공한다.An ortho-alkylation reaction composition is provided.

또한, 본 발명은,In addition, the present invention,

상술한 오르토-알킬화 반응 촉매의 존재 하에, 메타-알킬 치환된 페놀계 단량체를 포함하는 단량체 조성물의 알킬화 반응을 포함하는, Comprising an alkylation reaction of a monomer composition comprising a meta-alkyl substituted phenolic monomer in the presence of the ortho-alkylation reaction catalyst described above,

오르토-알킬화 반응 생성물의 제조 방법을 제공한다.A method for preparing an ortho-alkylation reaction product is provided.

본 발명에 따른 오르토-알킬화 반응 촉매는, 특정 물성 및 기공 구조를 가지는 산화 마그네슘을 사용함으로써, 높은 촉매 활성을 나타내며, 이를 사용하여 오르토-알킬화 반응 생성물을 제조하는 경우, 현저히 높은 선택성 및 전환율을 나타낸다.The ortho-alkylation reaction catalyst according to the present invention exhibits high catalytic activity by using magnesium oxide having specific physical properties and pore structure, and when using it to prepare an ortho-alkylation reaction product, it exhibits significantly high selectivity and conversion rate. .

본 발명에 따른 오르토-알킬화 반응 촉매는, 별도도 조촉매나, 추가 첨가제의 사용 없이도, 단독으로 높은 촉매 활성을 나타내며, 이를 사용하여 오르토-알킬화 반응 생성물을 제조하는 경우, 현저히 높은 선택성 및 전환율을 나타낸다.The ortho-alkylation reaction catalyst according to the present invention exhibits high catalytic activity alone without the use of a separate cocatalyst or additional additive, and when using it to prepare an ortho-alkylation reaction product, it exhibits significantly higher selectivity and conversion rate. indicates.

도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예의 오르토-알킬화 반응 촉매를 사용하여 제조된 반응 생성물의 선택도를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예의 오르토-알킬화 반응 촉매의 XDR 그래프이다.
도 3는 본 발명의 실시예 및 비교예의 오르토-알킬화 반응 촉매의 N2 adsorption-desorption 분석에 따른 기공 분포를 도시한 그래프이다.
Figure 1 is a graph showing the selectivity of reaction products prepared using ortho-alkylation reaction catalysts of Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 2 is an XDR graph of the ortho-alkylation reaction catalyst of Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 3 is a graph showing pore distribution according to N 2 adsorption-desorption analysis of ortho-alkylation reaction catalysts of Examples and Comparative Examples of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 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.Since the present invention can be subject to various changes and can take various forms, specific embodiments will be illustrated and described in detail below. 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.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, the terminology used herein is only used to describe exemplary embodiments and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise,” “comprise,” or “have” are intended to designate the presence of implemented features, steps, components, or a combination thereof, and are intended to indicate the presence of one or more other features or steps, It should be understood that the existence or addition possibility of components or combinations thereof is not excluded in advance.

또한 본 발명에 있어서, 각 구성 요소가 각 구성 요소들의 "상에" 또는 "위에" 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 구성 요소가 직접 각 구성 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 구성 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다. Additionally, in the present invention, when each component is referred to as being formed “on” or “on” each component, it means that each component is formed directly on each component, or that another component is formed on each component. This means that it can be additionally formed between layers, on an object, or on a substrate.

통상적으로 알킬화 반응에 사용되는 마그네슘계 촉매는 높은 활성을 가지며, 긴 활성 수명, 목적하는 반응 생성물에 대한 높은 선택성을 가질 것이 요구된다. 과거에 사용된 알킬화 촉매 중 대부분은 파라-알킬화된 생성물을 다량 생산하였는데, 보다 유용성이 큰 오르토-알킬화 생성물을 높은 선택성으로 수득하기 위한 다양한 연구가 진행되었다.Magnesium-based catalysts typically used in alkylation reactions are required to have high activity, long activity life, and high selectivity for the desired reaction product. Most of the alkylation catalysts used in the past produced large quantities of para-alkylated products, but various studies have been conducted to obtain more useful ortho-alkylated products with high selectivity.

그러나 종래 기술들은 마그네슘계 촉매에 추가로 조촉매 화합물을 조합 사용하거나, 촉매의 조성을 변화시키거나, 반응 조건을 변화시키는 기술로서, 해당 기술로는 목적하는 정로도 높은 선택성 및 전환율로 오르토-알킬화 생성물을 수득하기 어려운 문제가 있었다. However, the prior art is a technique of using a combination of cocatalyst compounds in addition to the magnesium-based catalyst, changing the composition of the catalyst, or changing the reaction conditions, and with this technique, the ortho-alkylation product is produced with the desired precision and high selectivity and conversion rate. There was a problem that made it difficult to obtain.

또한, 본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 산화 마그네슘 촉매의 BET 비표면적과 기공 구조를 특정 범위로 설정함으로써, 알킬화 반응에서 현저히 높은 촉매 활성을 구현할 수 있음을 확인하였다. 본 발명에 따른 오르토-알킬화 반응 촉매는, 추가적으로 조촉매를 사용하거나, 반응 조건을 조절하지 않아도 단일의 촉매로도 우수한 촉매 활성을 나타내며, 이를 사용하여 오르토-알킬화 반응 생성물을 제조하는 경우, 현저히 높은 선택성 및 전환율을 나타낼 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.Additionally, in order to solve this problem, the present inventors confirmed that significantly higher catalytic activity in the alkylation reaction can be achieved by setting the BET specific surface area and pore structure of the magnesium oxide catalyst to a specific range. The ortho-alkylation reaction catalyst according to the present invention exhibits excellent catalytic activity even as a single catalyst without using an additional cocatalyst or adjusting the reaction conditions, and when using it to produce an ortho-alkylation reaction product, a significantly higher The present invention was completed by discovering that selectivity and conversion rate could be achieved.

(오르토-알킬화 반응 촉매)(Ortho-alkylation reaction catalyst)

발명의 일 구현예에 따른 오르토-알킬화 반응 촉매는, 바이모달 기공 구조를 가지며, BET 비표면적이 100 m2/g 내지 180 m2/g인 산화 마그네슘을 포함한다.The ortho-alkylation reaction catalyst according to one embodiment of the invention has a bimodal pore structure and includes magnesium oxide having a BET specific surface area of 100 m 2 /g to 180 m 2 /g.

일반적으로 촉매는 반응 조건이나 촉매 산-염기 특성에 의해 촉매 활성이 결정되는데, 메타-알킬 치환된 페놀계 단량체의 알킬화 반응에 있어서, 촉매가 basic 특성을 가지면 반응물을 perpendicular하게 흡착하여 ortho-C-alkylation에 favor하게 되며(하기 그림 (a) 참조), 이에 따라, 본 발명에 따른 오르토-알킬화 반응 촉매는 산화 마그네슘 (Magnesium oxide, MgO) 성분을 포함한다.In general, the catalytic activity of a catalyst is determined by reaction conditions or catalyst acid-base characteristics. In the alkylation reaction of meta-alkyl substituted phenolic monomers, if the catalyst has basic characteristics, it perpendicularly adsorbs the reactants to ortho-C- It favors alkylation (see Figure (a) below), and accordingly, the ortho-alkylation reaction catalyst according to the present invention contains a magnesium oxide (MgO) component.

상기 산화 마그네슘은, 바이 모달(bi-modal) 기공 구조를 가지며, 구체적으로 중형기공(mesopore)의 바이 모달(bi-modal) 형태를 가지며, 이에 따라, 반응물의 diffusion을 원활히 하여 반응이 효과적으로 수행될 수 있게 한다. 또한, 전술한 특정 범위의 BET 비표면적을 동시에 만족함으로써, 오르토-알킬화 반응에서 우수한 촉매 활성을 가지며, 높은 선택성, 전환율 및 수율을 나타낼 수 있게 된다.The magnesium oxide has a bi-modal pore structure, specifically a bi-modal form of mesopores, and thus facilitates diffusion of reactants so that the reaction can be carried out effectively. make it possible In addition, by simultaneously satisfying the BET specific surface area within the above-mentioned specific range, it has excellent catalytic activity in the ortho-alkylation reaction and can exhibit high selectivity, conversion, and yield.

통상적으로 BET 비표면적이 클수록 촉매의 활성점이 증가되나, 싱글 모달(single-molda)의 형태의 경우, BET 비표면적이 증가하더라도 반응물의 diffusion이 원활하지 않아 목적하는 정도로 반응이 수행되기 어렵다.Typically, the larger the BET specific surface area, the greater the active point of the catalyst, but in the case of a single-mold type, even if the BET specific surface area increases, diffusion of reactants is not smooth, making it difficult to carry out the reaction to the desired degree.

바람직하게는, 상기 바이 모달(bi-modal) 기공 구조에서, 제1 기공의 직경은 2 nm 내지 10 nm이고, 제2 기공의 직경은 10 nm 내지 50 nm일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 제1 기공의 직경은 4 nm 내지 8 nm이고, 제2 기공의 직경은 20 nm 내지 45 nm 또는 35nm 내지 45 nm일 수 있다. 상기 범위의 직경을 가지는 바이 모달 기공 구조를 통해 목적하는 우수한 촉매 활성, 개선된 선택성, 전환율 및 수율을 나타낼 수 있게 된다.Preferably, in the bi-modal pore structure, the first pore may have a diameter of 2 nm to 10 nm, and the second pore may have a diameter of 10 nm to 50 nm, and more preferably, the first pore may have a diameter of 2 nm to 10 nm. The diameter of one pore may be 4 nm to 8 nm, and the diameter of the second pore may be 20 nm to 45 nm or 35 nm to 45 nm. A bimodal pore structure with a diameter in the above range can achieve the desired excellent catalytic activity, improved selectivity, conversion rate, and yield.

상기 산화 마그네슘은, BET 비표면적이 100 m2/g 내지 180 m2/g를 만족하며, 상대적으로 넓은 비표면적으로 반응 활성점이 많아 촉매 활성이 뛰어나다. 동시에 전술한 바와 같이 바이모달 기공 구조를 가지면서 반응물의 diffusion을 원활히 하여 반응이 효과적으로 수행될 수 있게 한다. 이에 따라, 오르토-알킬화 반응에서 우수한 촉매 활성을 가지며, 개선된 선택성, 전환율 및 수율을 나타낼 수 있게 된다. 상기 BET 비표면적이 100 m2/g 미만인 경우, 반응 활성점이 현저히 적어져 반응물 전환율이 낮아져 목적하는 활성을 구현하기 어렵다. 또한, BET 비표면적이 180 m2/g을 초과하는 경우 반응 활성점은 증가하나 제1 기공이 주로 형성되어 반응물/생성물 diffusion이 원활하지 않아 높은 활성을 구현하기 어려운 문제가 있다.The magnesium oxide satisfies the BET specific surface area of 100 m 2 /g to 180 m 2 /g, and has excellent catalytic activity due to its relatively large specific surface area and many reaction active sites. At the same time, as mentioned above, it has a bimodal pore structure and facilitates diffusion of reactants, allowing the reaction to be carried out effectively. Accordingly, it has excellent catalytic activity in the ortho-alkylation reaction and can exhibit improved selectivity, conversion rate, and yield. When the BET specific surface area is less than 100 m 2 /g, the number of reaction active sites is significantly reduced and the reactant conversion rate is lowered, making it difficult to achieve the desired activity. In addition, when the BET specific surface area exceeds 180 m 2 /g, the reaction active point increases, but first pores are mainly formed and reactant/product diffusion is not smooth, making it difficult to achieve high activity.

바람직하게는, 상기 산화 마그네슘의 BET 비표면적은 130 m2/g 내지 180 m2/g, 더욱 바람직하게는, 130 m2/g 내지 150 m2/g 일 수 있으며, 상기 범위 내에서 전술한 문제없이 우수한 촉매 활성을 구현할 수 있어 바람직하다.Preferably, the BET specific surface area of the magnesium oxide may be 130 m 2 /g to 180 m 2 /g, more preferably 130 m 2 /g to 150 m 2 /g, within the above range. This is desirable because it can achieve excellent catalytic activity without any problems.

(오르토-알킬화 반응 조성물)(Ortho-alkylation reaction composition)

발명의 일 구현예에 따르면, 오르토-알킬화 반응 조성물은, 전술한 오르토-알킬화 반응 촉매 및 메타-알킬 치환된 페놀계 단량체를 포함하는 단량체 조성물을 포함한다.According to one embodiment of the invention, the ortho-alkylation reaction composition includes a monomer composition including the above-described ortho-alkylation reaction catalyst and a meta-alkyl substituted phenolic monomer.

상기 오르토-알킬화 반응 촉매는 바이모달 기공 구조를 가지며, BET 비표면적이 100 m2/g 내지 180 m2/g인 산화 마그네슘을 포함하며, 전술한 내용이 모두 동일하게 적용될 수 있다.The ortho-alkylation reaction catalyst has a bimodal pore structure and includes magnesium oxide with a BET specific surface area of 100 m 2 /g to 180 m 2 /g, and all of the above can be equally applied.

구체적으로, 산화 마그네슘은, 바이 모달(bi-modal) 기공 구조를 가지며, 구체적으로 중형기공(mesopore)의 바이 모달(bi-modal) 형태를 가지며, 이에 따라, 반응물의 diffusion을 원활하게 하여 반응이 효과적으로 수행될 수 있게 한다. 또한, 전술한 특정 범위의 BET 비표면적을 동시에 만족함으로써, 오르토-알킬화 반응에서 우수한 촉매 활성을 가지며, 높은 선택성 및 전환율을 나타낼 수 있게 된다.Specifically, magnesium oxide has a bi-modal pore structure, and specifically has a bi-modal form of mesopores, thereby facilitating the diffusion of reactants and facilitating the reaction. enable it to be carried out effectively. In addition, by simultaneously satisfying the BET specific surface area within the above-mentioned specific range, it is possible to have excellent catalytic activity in the ortho-alkylation reaction and to exhibit high selectivity and conversion rate.

상기 단량체 조성물에서, 상기 메타-알킬 치환된 페놀계 단량체는, 메타 크레졸(m-cresol)일 수 있다. In the monomer composition, the meta-alkyl substituted phenol-based monomer may be meta-cresol (m-cresol).

상기 단량체 조성물은, 메타-알킬 치환된 페놀계 단량체 외에 추가적으로 알칸올 및 증류수(DI Water)를 더 포함하며, 상기 알칸올과의 반응을 통해 알킬기가 도입될 수 있으며, 상기 증류수가 함께 사용됨으로써, 알칸올의 분해 반응을 억제할 수 있어 바람직하다. 상기 알칸올은 바람직하게는, 메탄올일 수 있다.The monomer composition further includes alkanol and distilled water (DI Water) in addition to the meta-alkyl substituted phenol monomer, and an alkyl group can be introduced through reaction with the alkanol, and the distilled water is used together, It is preferable because it can suppress the decomposition reaction of alkanol. The alkanol may preferably be methanol.

상기 단량체 조성물은, 바람직하게는, 페놀계 단량체 : 알칸올 : 증류수가 1 : 3 내지 10 : 1 내지 5 중량부로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 1 : 4 내지 6 : 1 내지 3 중량부로 포함될 수 있다. 이 때, 알칸올의 함량이 상기 범위를 벗어나 적은 함량으로 포함되면 알킬화 매개체 (agent)가 적어 전환율이 낮아지고, 증류수가 상기 범위를 벗어나 적은 함량으로 포함되면 알칸올의 분해반응을 억제할 수 있는 효과가 떨어지며, 알칸올이나 증류수가 상기 범위를 벗어나 과향으로 포함되면, 촉매 활성점에 페놀계 단량체와 경쟁 흡착하게 되어 반응성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. The monomer composition may preferably contain phenol-based monomer:alkanol:distilled water in an amount of 1:3 to 10:1 to 5 parts by weight, more preferably 1:4 to 6:1 to 3 parts by weight. You can. At this time, if the content of alkanol is included in a small amount outside the above range, the alkylation mediator (agent) is small and the conversion rate is lowered, and if distilled water is included in a small amount outside the above range, the decomposition reaction of alkanol can be suppressed. The effect is reduced, and if alkanol or distilled water is included in excess beyond the above range, it may compete with the phenol-based monomer and adsorb at the catalyst active site, causing a problem of reduced reactivity.

상기 함량 범위로 포함되는 경우, 목적하는 선택성 및 전환율로 오르토-알킬화 반응 생성물을 제조할 수 있어 바람직하다. When included in the above content range, it is preferable because an ortho-alkylation reaction product can be prepared with the desired selectivity and conversion rate.

(오르토-알킬화 반응 생성물의 제조 방법)(Method for producing ortho-alkylation reaction product)

발명의 일 구현예에 따르면, 오르토-알킬화 반응 생성물의 제조 방법은, 전술한 오르토-알킬화 반응 촉매의 존재 하에, 메타-알킬 치환된 페놀계 단량체를 포함하는 단량체 조성물의 알킬화 반응을 포함한다. 구체적으로, 오르토-알킬화 반응 생성물의 제조 방법은 전술한 오르토-알킬화 반응 촉매를 포함하는 오르토-알킬화 반응 조성물을 사용하여 수행될 수 있다. 상기 촉매 및 반응 조성물에 대한 내용은 전술한 내용이 모두 동일하게 적용될 수 있다.According to one embodiment of the invention, a method for producing an ortho-alkylation reaction product includes an alkylation reaction of a monomer composition comprising a meta-alkyl substituted phenolic monomer in the presence of the above-described ortho-alkylation reaction catalyst. Specifically, the method for producing an ortho-alkylation reaction product may be performed using an ortho-alkylation reaction composition containing the above-described ortho-alkylation reaction catalyst. All of the above-mentioned information regarding the catalyst and reaction composition may be equally applied.

상기 오르토-알킬화 반응 촉매는 바이모달 기공 구조를 가지며, BET 비표면적이 100 m2/g 내지 180 m2/g인 산화 마그네슘을 포함하며, 전술한 내용이 모두 동일하게 적용될 수 있다.The ortho-alkylation reaction catalyst has a bimodal pore structure and includes magnesium oxide with a BET specific surface area of 100 m 2 /g to 180 m 2 /g, and all of the above can be equally applied.

구체적으로, 산화 마그네슘은, 바이 모달(bi-modal) 기공 구조를 가지며, 구체적으로 중형기공(mesopore)의 바이 모달(bi-modal) 형태를 가지며, 이에 따라, 반응물의 diffusion을 원활하게 하여 반응이 효과적으로 수행될 수 있게 한다. 또한, 전술한 특정 범위의 BET 비표면적을 동시에 만족함으로써, 오르토-알킬화 반응에서 우수한 촉매 활성을 가지며, 높은 선택성 및 전환율을 나타낼 수 있게 된다.Specifically, magnesium oxide has a bi-modal pore structure, and specifically has a bi-modal form of mesopores, thereby facilitating the diffusion of reactants and facilitating the reaction. enable it to be carried out effectively. In addition, by simultaneously satisfying the BET specific surface area within the above-mentioned specific range, it is possible to have excellent catalytic activity in the ortho-alkylation reaction and to exhibit high selectivity and conversion rate.

상기 오르토-알킬화 반응 생성물의 제조 방법에 있어서, 상기 단량체 조성물의 메타-알킬 치환된 페놀계 단량체는, 메타 크레졸(m-cresol)일 수 있다.In the method for producing the ortho-alkylation reaction product, the meta-alkyl substituted phenolic monomer of the monomer composition may be meta-cresol (m-cresol).

상기 오르토-알킬화 반응 생성물의 제조 방법은 전술한 촉매를 포함하는 반응 조성물을 사용함으로써, 목적하는 오르토-알킬화 반응 생성물의 높은 선택성 및 전환율을 나타낼 수 있게 된다.The method for producing the ortho-alkylation reaction product can exhibit high selectivity and conversion rate of the desired ortho-alkylation reaction product by using a reaction composition containing the above-described catalyst.

상기 오르토-알킬화 반응 생성물은, 예를 들어, 2,5-디메틸페놀, 2,3-디메틸페놀, 2,3,6-트리메틸페놀, 3-메틸아니솔, 3,4-디메틸페놀 및 테트라메틸페놀로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 예를 들어 하기와 같은 다단계 반응을 통해 메타 크레졸(m-cresol)에서 오르토 위치에 선택적으로 알킬기를 치환시켜 제조될 수 있다.The ortho-alkylation reaction products include, for example, 2,5-dimethylphenol, 2,3-dimethylphenol, 2,3,6-trimethylphenol, 3-methylanisole, 3,4-dimethylphenol and tetramethyl It may be one or more types selected from the group consisting of phenol, and may be prepared, for example, by selectively substituting an alkyl group at the ortho position in m-cresol through a multi-step reaction as follows.

상기 알킬화 반응은, 바람직하게는 350 ℃ 내지 550 ℃에서 수행될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 350 ℃ 내지 550 ℃에서 수행될 수 있다. 이때, 상기 온도가 350 ℃ 미만인 경우에는 알킬화 반응이 충분히 활성화되지 않을 수 있으며, 550 ℃를 초과하는 경우에는 과반응에 의한 부산물이 많이 생성되게 된다. The alkylation reaction may be preferably performed at 350°C to 550°C, and more preferably at 350°C to 550°C. At this time, if the temperature is less than 350°C, the alkylation reaction may not be sufficiently activated, and if it exceeds 550°C, many by-products due to overreaction will be generated.

상기 알킬화 반응은 불활성 조건 하에서 수행될 수 있으며, 예를 들어, 불활성 캐리어 가스의 존재 하에서 수행될 수 있다. 불활성 캐리어 가스로는, 질소, 헬륨, 네온, 아르곤 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는, 질소가 사용될 수 있다. 상기 조건 하에서 수행됨으로써, 목적하는 선택성 및 전환율로 오르토-알킬화 반응 생성물을 제조할 수 있어 바람직하다.The alkylation reaction may be performed under inert conditions, for example, in the presence of an inert carrier gas. As the inert carrier gas, nitrogen, helium, neon, argon, etc. can be used, preferably nitrogen. By carrying out the above conditions, it is preferable to prepare an ortho-alkylation reaction product with desired selectivity and conversion rate.

상기 알킬화 반응은, 바람직하게는, 연속 흐름식 기상반응장치를 사용하여 수행될 수 있으며, 이 경우, 상기 단량체 조성물이, 연속 흐름식 기상반응장치 내부로 0.5 hr-1 내지 2.0 hr-1의 LHSV(liquid hourly space velocity)로 주입되면서 수행될 수 있다. 이 때, 상기 공간 속도 범위를 벗어나는 경우 반응물이 촉매 활성점에서 충분히 활성화되지 않아 생성물을 원활히 수득하기 어려울 수 있고, 또한 촉매의 활성이나 선택도가 낮아져 생성물의 양이 감소될 수 있다. The alkylation reaction may preferably be performed using a continuous flow gas phase reactor. In this case, the monomer composition is introduced into the continuous flow gas phase reactor at an LHSV of 0.5 hr -1 to 2.0 hr -1 . It can be performed by injecting liquid hourly space velocity. At this time, if it is outside the above space velocity range, it may be difficult to obtain the product smoothly because the reactant is not sufficiently activated at the catalyst active site, and the activity or selectivity of the catalyst may be lowered, resulting in a decrease in the amount of product.

상기 조건 하에서 수행됨으로써, 목적하는 선택성 및 전환율로 오르토-알킬화 반응 생성물을 제조할 수 있어 바람직하다.By carrying out the above conditions, it is preferable to prepare an ortho-alkylation reaction product with desired selectivity and conversion rate.

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.Hereinafter, the operation and effects of the invention will be described in more detail through specific examples of the invention. However, these examples are merely presented as examples of the invention, and the scope of the invention is not determined by them.

[실시예 및 비교예][Examples and Comparative Examples]

실시예 1 Example 1

m-cresol의 alkylation 반응을 연속 흐름식 기상반응장치를 통해 수행하였다. 우선, 표 1의 물성을 가지는 산화 마그네슘 성분(MgO-1, 결정 구조 crystalline structure: MgO))을 granule형태 (212 - 425 um)로 제조하고, 1/2 inch 직경 x 50 cm의 길이의 stainless steel 재질 tube type의 반응기에 촉매를 1g 충진 한 후, main furnace안에 설치하였다. The alkylation reaction of m-cresol was performed using a continuous flow gas phase reactor. First, the magnesium oxide component (MgO-1, crystalline structure: MgO) having the physical properties shown in Table 1 was manufactured in granule form (212 - 425 um), and then made into stainless steel with a diameter of 1/2 inch x 50 cm in length. After filling a tube-type reactor with 1g of catalyst, it was installed in the main furnace.

이 후, 질량흐름조절기(mass flow controller, MFC)를 이용하여 carrier 가스인 N2를 흘려주었고(37.5 cc/min), 촉매 activation을 위해 반응기 내부를 activation 온도(450 ℃)까지 상승시키고 1시간 유지시켰다. 이후, 단량체 조성물(12.5 mg/min, m-cresol : Methanol : D.I.water = 1:5:1, LHSV 0.75/h)을 pre-heater를 거쳐(250 ℃), 기화 후 투입하였다. 상기 반응기 내부에는 촉매, 단량체 조성물을 포함하는 반응 조성물이 투입된 것이며, 이 후, 알킬화 반응(450 ℃, 상압 유지)을 5시간 수행하여 반응 생성물을 수득하였다.Afterwards, N 2 , a carrier gas, was flowed using a mass flow controller (MFC) (37.5 cc/min), and for catalyst activation, the inside of the reactor was raised to the activation temperature (450 ℃) and maintained for 1 hour. I ordered it. Afterwards, the monomer composition (12.5 mg/min, m-cresol : Methanol : DIwater = 1:5:1, LHSV 0.75/h) was passed through a pre-heater (250°C), vaporized, and then added. A reaction composition including a catalyst and a monomer composition was introduced into the reactor, and then an alkylation reaction (450° C., maintained at normal pressure) was performed for 5 hours to obtain a reaction product.

반응 중 생성물은 분석을 위해 액상 형태 (IPA (isopropyl alcohol)를 용매로 사용)로 포집하였다. The product during the reaction was collected in liquid form (IPA (isopropyl alcohol) was used as a solvent) for analysis.

실시예 2 및 비교예 1 내지 9Example 2 and Comparative Examples 1 to 9

실시예 1에서 산화 마그네슘 성분을 하기 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 알킬화 반응을 진행하여, 반응 생성물을 수득하였다.The alkylation reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the magnesium oxide component was changed as shown in Table 1 below, and a reaction product was obtained.

실험예 1: 촉매의 물성 분석Experimental Example 1: Analysis of physical properties of catalyst

(1) XRD 분석(1) XRD analysis

실시예 및 비교예에서 사용된 촉매를 XRD 분석을 통해 결정(crystallite) 구조를 확인하였으며, XRD patterns의 최대 peak값을 이용하는 Scherrer equation을 통해 결정 크기(Crystallite Size)를 계산하고, 그 결과를 표 1 및 도 2에 나타내었다.The crystallite structure of the catalyst used in the examples and comparative examples was confirmed through XRD analysis, and the crystallite size was calculated through the Scherrer equation using the maximum peak value of the XRD patterns, and the results are shown in Table 1 and shown in Figure 2.

이때, K = 0.89 (the shape factor of the average crystallite), L = 1.5418 (the wavelength for Cu Kα)이며, FWHM는 peak의 반치폭 (Full Width Half Maximum), θ = maximum peak position을 나타낸다.At this time, K = 0.89 (the shape factor of the average crystallite), L = 1.5418 (the wavelength for Cu Kα), and FWHM represents the full width half maximum of the peak, θ = maximum peak position.

(2) N2 adsorption-desorption 분석(2) N 2 adsorption-desorption analysis

실시예 및 비교예에서 사용된 촉매를 N2 adsorption-desorption 분석을 통해 BET (Brunauer-Emmett-Teller) 표면적, 기공 부피 및 크기 분포도를 확인하였다. The BET (Brunauer-Emmett-Teller) surface area, pore volume, and size distribution of the catalyst used in the Examples and Comparative Examples were confirmed through N 2 adsorption-desorption analysis.

BET 표면적은 adsorption의 P/P0 = 0.05-0.3 값을 이용하여 계산되었고, 기공 부피와 크기 분포도는 desorption값을 이용하여 계산하였으며, 그 결과를 표 1 및 도 3에 나타내었다.The BET surface area was calculated using the adsorption value of P/P0 = 0.05-0.3, and the pore volume and size distribution were calculated using the desorption value, and the results are shown in Table 1 and Figure 3.

구분division 종류type crystallite size, nmcrystallite size, nm BET surface area,
m2/g
BET surface area,
m2 /g
Total Pore Volume, cm3/gTotal Pore Volume, cm3 /g Pore Size,
nm
Pore Size,
nm
실시예 1Example 1 Mg0-1Mg0-1 99 144.4144.4 0.720.72 6, 406, 40 실시예 2Example 2 Mg0-9Mg0-9 1010 134.2134.2 0.70.7 6, 406, 40 비교예 1Comparative Example 1 Mg0-2Mg0-2 1717 44.344.3 0.40.4 5050 비교예 2Comparative Example 2 Mg0-3Mg0-3 3737 32.632.6 0.390.39 6060 비교예 3Comparative Example 3 Mg0-4Mg0-4 1010 125.9125.9 0.460.46 1010 비교예 4Comparative Example 4 Mg0-5Mg0-5 1212 107.7107.7 0.290.29 77 비교예 5Comparative Example 5 Mg0-6Mg0-6 4040 25.725.7 0.20.2 2525 비교예 6Comparative Example 6 Mg0-7Mg0-7 5.45.4 195.4195.4 0.770.77 4, 64, 6 비교예 7Comparative Example 7 Mg0-8Mg0-8 5.45.4 188.3188.3 0.820.82 4, 64, 6 비교예 8Comparative Example 8 Mg0-10Mg0-10 1313 102.7102.7 0.720.72 8, 408, 40 비교예 9Comparative Example 9 Mg0-11Mg0-11 2020 34.134.1 0.410.41 6060

실험예 2: 오르토-알킬화 반응 생성물의 분석Experimental Example 2: Analysis of ortho-alkylation reaction products

실시예 및 비교예에서 제조된 반응 생성물이 포집된 액체는 FID(Flame Ionization detector) 검출기가 장착된 가스크로마토그래피 장치 (GC)를 이용하여 분석하였고, GC 결과값으로부터 m-cresol 전환율, Target product (2,3,6-TMP, 2,5-DMP, 2,3-DMP)의 선택도를 아래의 수학식 1 및 수학식 2에 의해 계산하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.The liquid containing the reaction products prepared in Examples and Comparative Examples was analyzed using a gas chromatography device (GC) equipped with a FID (Flame Ionization detector) detector, and from the GC results, m-cresol conversion rate and Target product ( The selectivity of 2,3,6-TMP, 2,5-DMP, 2,3-DMP) was calculated using Equation 1 and Equation 2 below, and the results are shown in Table 2.

Target product는 최종 목적 생성물인 2,3,6-TMP와 intermediate 물질로써 추가 반응을 통한 최종 생성물을 얻을 수 있는 2,5-DMP와 2,3-DMP로 정의하였다.Target products were defined as 2,3,6-TMP, which is the final target product, and 2,5-DMP and 2,3-DMP, which are intermediate substances and can obtain final products through additional reactions.

[수학식 1][Equation 1]

[수학식 2][Equation 2]

구분division 촉매catalyst m-cresol 전환율m-cresol conversion rate 선택도(mol%)Selectivity (mol%) Target productTarget product AA BB CC DD EE FF GG 실시예 1Example 1 Mg0-1Mg0-1 88.188.1 95.395.3 49.749.7 12.712.7 32.932.9 0.60.6 0.40.4 0.20.2 1.31.3 실시예 2Example 2 Mg0-9Mg0-9 79.879.8 95.695.6 50.350.3 13.613.6 31.731.7 0.60.6 0.60.6 0.10.1 1.41.4 비교예 1Comparative Example 1 Mg0-2Mg0-2 46.146.1 92.692.6 62.862.8 18.718.7 11.011.0 1.81.8 2.32.3 1.21.2 -- 비교예 2Comparative Example 2 Mg0-3Mg0-3 24.224.2 97.797.7 68.768.7 24.724.7 4.44.4 0.20.2 0.70.7 1.01.0 -- 비교예 3Comparative Example 3 Mg0-4Mg0-4 43.443.4 95.095.0 65.465.4 20.620.6 8.98.9 0.80.8 2.22.2 0.50.5 0.10.1 비교예 4Comparative Example 4 Mg0-5Mg0-5 35.535.5 91.591.5 63.563.5 20.520.5 7.47.4 0.60.6 4.54.5 2.92.9 0.50.5 비교예 5Comparative Example 5 Mg0-6Mg0-6 44.544.5 96.196.1 66.866.8 20.120.1 9.29.2 0.70.7 1.41.4 0.80.8 -- 비교예 6Comparative Example 6 Mg0-7Mg0-7 32.932.9 95.295.2 66.766.7 22.322.3 6.16.1 1.61.6 2.52.5 -- -- 비교예 7Comparative Example 7 Mg0-8Mg0-8 32.532.5 94.694.6 66.466.4 21.821.8 6.46.4 1.51.5 2.72.7 0.30.3 0.10.1 비교예 8Comparative Example 8 Mg0-10Mg0-10 52.752.7 94.094.0 63.963.9 19.419.4 10.710.7 1.31.3 1.91.9 0.40.4 0.40.4 비교예 9Comparative Example 9 Mg0-11Mg0-11 31.731.7 92.392.3 65.065.0 20.720.7 6.66.6 1.61.6 3.43.4 0.80.8 0.40.4

상기 표 2의 실험 데이터에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 특정 물성 및 기공 구조를 가지는 산화 마그네슘을 포함하는 촉매는 단일의 촉매만으로도 높은 촉매 활성을 나타내며, 이를 사용하여 오르토-알킬화 반응 생성물을 제조하는 경우, 현저히 높은 선택성 및 전환율을 나타낼 수 있음을 확인하였다.As can be seen from the experimental data in Table 2, the catalyst containing magnesium oxide having specific physical properties and pore structure of the present invention exhibits high catalytic activity even with a single catalyst, and when using this to prepare an ortho-alkylation reaction product , it was confirmed that it can exhibit significantly high selectivity and conversion rate.

Claims (13)

바이모달 기공 구조를 가지며, BET 비표면적이 100 m2/g 내지 180 m2/g인 산화 마그네슘을 포함하는,
오르토-알킬화 반응 촉매.
Comprising magnesium oxide having a bimodal pore structure and a BET specific surface area of 100 m 2 /g to 180 m 2 /g,
Ortho-alkylation reaction catalyst.
제1항에 있어서,
상기 바이모달(Bi-modal) 기공 구조에서,
제1 기공의 직경은 2 nm 내지 10 nm이고,
제2 기공의 직경은 10 nm 내지 50 nm인,
오르토-알킬화 반응 촉매.
According to paragraph 1,
In the bi-modal pore structure,
The diameter of the first pore is 2 nm to 10 nm,
The diameter of the second pore is 10 nm to 50 nm,
Ortho-alkylation reaction catalyst.
제1항에 있어서,
상기 BET 비표면적은 130 m2/g 내지 180 m2/g인,
오르토-알킬화 반응 촉매.
According to paragraph 1,
The BET specific surface area is 130 m 2 /g to 180 m 2 /g,
Ortho-alkylation reaction catalyst.
제1항에 따른 오르토-알킬화 반응 촉매 및 메타-알킬 치환된 페놀계 단량체를 포함하는 단량체 조성물을 포함하는,
오르토-알킬화 반응 조성물.
Comprising a monomer composition comprising an ortho-alkylation reaction catalyst according to claim 1 and a meta-alkyl substituted phenolic monomer,
Ortho-alkylation reaction composition.
제4항에 있어서,
상기 메타-알킬 치환된 페놀계 단량체는, 메타 크레졸인,
오르토-알킬화 반응 조성물.
According to paragraph 4,
The meta-alkyl substituted phenolic monomer is meta-cresol,
Ortho-alkylation reaction composition.
제4항에 있어서,
상기 단량체 조성물은 알칸올 및 증류수를 더 포함하는,
오르토-알킬화 반응 조성물.
According to paragraph 4,
The monomer composition further includes alkanol and distilled water,
Ortho-alkylation reaction composition.
제6항에 있어서,
상기 단량체 조성물은, 페놀계 단량체 : 알칸올 : 증류수가 1 : 3 내지 10 : 1 내지 5 중량부로 포함되는,
오르토-알킬화 반응 조성물.
According to clause 6,
The monomer composition includes phenol-based monomer: alkanol: distilled water in an amount of 1:3 to 10:1 to 5 parts by weight.
Ortho-alkylation reaction composition.
제6항에 있어서,
상기 단량체 조성물은, 페놀계 단량체 : 알칸올 : 증류수가 1 : 4 내지 6 : 1 내지 3 중량부로 포함되는,
오르토-알킬화 반응 조성물.
According to clause 6,
The monomer composition includes phenol-based monomer: alkanol: distilled water in a ratio of 1:4 to 6:1 to 3 parts by weight.
Ortho-alkylation reaction composition.
제1항에 따른 오르토-알킬화 반응 촉매의 존재 하에, 메타-알킬 치환된 페놀계 단량체를 포함하는 단량체 조성물의 알킬화 반응을 포함하는,
오르토-알킬화 반응 생성물의 제조 방법.
Comprising an alkylation reaction of a monomer composition comprising a meta-alkyl substituted phenolic monomer in the presence of an ortho-alkylation reaction catalyst according to claim 1,
Method for preparing ortho-alkylation reaction product.
제9항에 있어서,
상기 알킬화 반응은 350 내지 550 ℃에서 수행되는,
오르토-알킬화 반응 생성물의 제조 방법.
According to clause 9,
The alkylation reaction is carried out at 350 to 550 ° C.
Method for preparing ortho-alkylation reaction product.
제9항에 있어서,
상기 알킬화 반응은 연속 흐름식 기상반응장치를 사용하여 수행되는,
오르토-알킬화 반응 생성물의 제조 방법.
According to clause 9,
The alkylation reaction is performed using a continuous flow gas phase reaction device,
Method for preparing ortho-alkylation reaction product.
제11항에 있어서,
상기 단량체 조성물은, 연속 흐름식 기상반응장치 내부로 0.5 hr-1 내지 2.0 hr-1의 LHSV(liquid hourly space velocity)로 주입되는,
오르토-알킬화 반응 생성물의 제조 방법.
According to clause 11,
The monomer composition is injected into the continuous flow gas phase reaction device at a liquid hourly space velocity (LHSV) of 0.5 hr -1 to 2.0 hr -1 .
Method for preparing ortho-alkylation reaction product.
제9항에 있어서,
상기 오르토-알킬화 반응 생성물은, 2,5-디메틸페놀, 2,3-디메틸페놀, 2,3,6-트리메틸페놀, 3-메틸아니솔, 3,4-디메틸페놀 및 테트라메틸페놀로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인,
오르토-알킬화 반응 생성물의 제조 방법.
According to clause 9,
The ortho-alkylation reaction product is a group consisting of 2,5-dimethylphenol, 2,3-dimethylphenol, 2,3,6-trimethylphenol, 3-methylanisole, 3,4-dimethylphenol and tetramethylphenol One or more types selected from,
Method for preparing ortho-alkylation reaction product.
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