KR100482647B1

KR100482647B1 - 히드로실릴화 반응용 백금촉매와 그의 제조방법

Info

Publication number: KR100482647B1
Application number: KR10-2002-0058492A
Authority: KR
Inventors: 류해윤; 윤광의; 양세인; 정영근
Original assignee: 동양제철화학 주식회사
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2005-04-13
Also published as: KR20040026870A

Abstract

본 발명은 히드로실릴화 반응용 백금촉매와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 클로로메틸기를 포함하는 펩타이드 레진을 담체로 하고, 황 또는 질소를 함유하는 헤테로 탄화수소 화합물을 리간드로 하여 백금을 담지한 촉매를 제조할 경우 리간드의 강한 결합력에 의하여 사용된 금속을 안정화시킬 수 있어서 뭉침을 방지할 수 있으며, 특히 히드로실릴화 반응에 적용할 경우 온화한 조건에서 반응시에도 히드로실릴화 반응성이 획기적으로 향상되고, 제조된 촉매가 불균일화 될 경우에도 기질변환수가 향상되어 경제적인 효과도 얻을 수 있는, 활성과 선택성이 우수한 히드로실릴화 반응용 백금 촉매와 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

히드로실릴화 반응용 백금촉매와 그의 제조방법{A platinum-based catalyst for hydrosilylation and its preparing method}

본 발명은 히드로실릴화 반응용 백금촉매와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 클로로메틸기를 포함하는 펩타이드 레진을 담체로 하고, 황 또는 질소를 함유하는 헤테로 알킬 화합물을 리간드로 하여 백금을 담지한 촉매를 제조할 경우 리간드의 강한 결합력에 의하여 사용된 금속을 안정화시킬 수 있어서 뭉침을 방지할 수 있으며, 특히 히드로실릴화 반응에 적용할 경우 온화한 조건에서 반응시에도 히드로실릴화 반응성이 획기적으로 향상되고, 제조된 촉매가 불균일화 될 경우에도 기질변환수가 향상되어 경제적인 효과도 얻을 수 있는, 활성과 선택성이 우수한 히드로실릴화 반응용 백금 촉매와 그의 제조방법에 관한 것이다.

히드로실릴화 반응은 1940년대에 반응이 발견된 이후 급속하게 발전하여 왔으며 스파이어 촉매와 카르스테트 촉매가 개발된 이래 백금 촉매는 공업적으로 매우 중요한 촉매가 되었다[Marciniec, B.; Gulinski, J.; Urbaniak, W.; Korenetka, Z. W. In Comprehensive Handbook on Hydrosilylation, 1990]. 특히 알릴클로라이드와 트리클로로실란의 히드로실릴화 반응은 다양한 유기 실란 물질들을 합성하는데 있어서 매우 중요하다[Marciniec, B.; Gulinski, J.; Urbaniak, W.; Korenetka, Z. W. In Comprehensive Handbook on Hydrosilylation, 1990, Deshchler, U.; Kleinshcmit, P.; Panster, P. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1986, 25, 236]. 상기 반응에 있어서 다음 반응식 1에 나타낸 바와 같이 3-클로로프로필트리클로로실란(이하 'CPTCS'이라 표기)과 프로필트리클로로실란(이하 'PTCS' 이라 표기)과 같은 부생성물이 생긴다는 것이 알려져 있다.

히드로실릴화 반응에서 활성이 좋은 금속은 주로 백금이며, Pt(0)과 Pt(II) 모두 반응성이 있는 것으로 알려져 있다[Chalk, A. J.; Harrod, J. F. J. Am. Chem. Soc. 1965, 87, 16]. 스파이어 촉매가 히드로실릴화 반응에 적용된 이래 실리카나 레진에 불균일화시키는 연구가 많이 진행되어 왔다. 티오에스테르와 백금착물은 히드로실릴화 반응에서 활성이 좋은 촉매로 알려져 있다[Bayon, J. C.; Claver, C.; Md-deu-Bulto, A. M., Coord. Chem. Rev. 1999, 193-195, 73]. 황 리간드를 담체에 결합시켜서 스파이어 촉매를 담지시킨 결과는 많이 발표되어왔으며[(a) Chandra, G.; USP 4064154. (b) Wang, L.-Z.; Jiang, Y.-Y. J. Organomet. Chem. 1983, 251, 39. (c) Hu, C.-Y.; Han, X.-M.; Jian, Y.-Y. J. Macromol. Sci.-Chem. A 1989, 26, 349], 적어도 20회 정도 재사용할 수 있고 최대 기질변환수는 10,000에 도달한다고 알려져 있다[Wang, L.-Z.; Jiang, Y.-Y. J. Organomet. Chem. 1983, 251, 39]. 아민을 리간드로 사용하여 불균일화시키기도 하였지만 귀금속의 용출로 인해서 재사용은 황 리간드에 비해서 떨어지는 단점이 있다[(a) Marchiniec, B.; Kornetka, Z. W.; Urbaniak, W. J. Mol. Cat. 1981, 12, 221 (b) Ejike, E. N.; Parish, R.V. J. Organomet. Chem. 1987, 321, 135 (c) Drake, R.; Dunn, R.; Sherrington, D.C.; Homson, S.J. J. Mol. Cat. A.Chem.2001, 177, 49]. 또한 셀레늄[Yao, J. Z.; Chen, Y. Y.; Tian, B. S. J. Organomet. Chem., 1977, 534, 51]을 사용한 예도 있다. Pt(0)를 불균일화시키는 대표적인 예는 Pt/C 이나 히드로실릴화 촉매로 황을 리간드로 사용한 촉매보다 활성이 떨어진다고 알려져 있다[Chandra, G.; 미국특허 제4,064,154호]. 카르스테트 촉매를 불균일화시킨 예[Brook, M. A.; Ketelson, H. A.; LaRonde, F. J.; Pelton, R. Inorg. Chim.. Acta. 1977, 264. 125]도 있으며 히드로실릴화 반응 중에 백금의 뭉침으로 촉매입자가 점점 커져서 활성이 떨어지는 문제점을 해결하고자 하는 것이 중요한 목적이다. 카르스테트 촉매는 활성이 뛰어난 촉매이지만 반응 중에 백금 입자로 떨어지기 때문에 활성이 점점 줄어드는 문제점이 있다.

이에 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구노력한 결과, 클로로메틸기를 포함하는 펩타이드 레진에 황, 질소 또는 황과 질소를 동시에 함유하는 헤테로 탄화수소 화합물을 리간드로 하여 백금을 담지한 촉매를 제조할 경우 리간드의 강한 결합력에 의하여 사용된 금속을 안정화시킬 수 있어서 뭉침을 방지할 수 있으며, 히드로실릴화 반응에 적용할 경우 히드로실릴화 반응성이 획기적으로 향상되고, 제조된 촉매의 선택성과 활성이 우수함을 알게되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 뭉침이 없고, 활성의 저하를 억제하며, 기질변환수가 높은 히드로실릴화 반응용 백금촉매를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 클로로메틸기를 포함하는 펩타이드 레진에, 황(S), 질소(N) 또는 황과 질소를 동시에 포함하는 헤테로 탄화수소 화합물 리간드와, 백금 화합물이 결합되어 있는 히드로실릴화 반응용 백금촉매를 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 백금 촉매를 환원반응시킨 활성 히드로실릴화 반응용 백금 촉매를 포함한다.

또한 본 발명은 클로로메틸기를 포함하는 펩타이드 레진에, 황(S), 질소(N) 또는 황과 질소를 동시에 포함하는 헤테로 탄화수소 화합물 리간드가 결합된 레진-리간드 착화합물을 제조하는 과정과; 상기 레진-리간드 착화합물을 백금 화합물과 환류반응시키는 과정을 포함하는 히드로실릴화 반응용 백금 촉매의 제조방법을 포함한다.

더욱 또한 본 발명은 상기 제조된 레진-리간드-백금 촉매를 환원반응시키는 과정을 추가로 포함하는 활성 히드로실릴화 반응용 백금 촉매의 제조방법을 포함한다.

이와 같은 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 클로로메틸기를 포함하는 펩타이드 레진을 담체로 하고, 황 또는 질소를 함유하는 헤테로 탄화수소 화합물을 리간드로 하여 백금을 담지한 촉매를 제조할 경우 리간드의 강한 결합력에 의하여 사용된 금속을 안정화시킬 수 있어서 뭉침을 방지할 수 있으며, 특히 히드로실릴화 반응에 적용할 경우 온화한 조건에서 반응시에도 히드로실릴화 반응성이 획기적으로 향상되고, 제조된 촉매가 불균일화 될 경우에도 기질변환수가 향상되어 경제적인 효과도 얻을 수 있는, 활성과 선택성이 우수한 히드로실릴화 반응용 백금 촉매와 그 제조방법에 관한 것이다.

이하 본 발명을 더욱 자세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 담체로 사용하는 레진은 클로로메틸기를 포함하는 펩타이드 레진으로서, 구체적으로 메리필드 펩타이드 레진를 사용할 수 있다. 본 발명에서 는 담체로 사용하는 상기 클로로메틸기를 포함하는 펩타이드 레진을 "PS"로 표기하겠다.

본 발명에서 사용하는 리간드는 황, 질소, 또는 황과 질소를 동시에 포함하는 헤테로 탄화수소 화합물이며, 다음 화학식 1 과 같이 나타낼 수 있고, 구체적으로 시스테아민-염산, 에틸렌디아민 또는 1,3-프로판디티올 등을 사용하면 바람직하며, 시스테아민-염산을 사용하는 경우 보다 바람직하다. 본 발명에서는 리간드로 사용한 시스테아민-염산을 "SN"으로 표기하겠으며, 에틸렌디아민을 "NN"으로 표기하겠으며, 1,3-프로판디티올을 "SS"로 표기하겠다.

X-R-Y

여기서, X와 Y는 SH 또는 NH₂이고_,R은 C₁ ∼C₆의 알킬기를 나타낸다.

본 발명의 히드로실릴화 반응용 백금촉매를 제조하는 방법에 대하여 각 과정별로 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 클로로메틸기를 포함하는 펩타이드 레진에, 황(S), 질소(N) 또는 황과 질소를 동시에 포함하는 헤테로 탄화수소 화합물 리간드가 결합된 레진-리간드 착화합물을 제조하는 과정이다. 본 발명에서는 펩타이드-레진에 리간드로서 시스테아민-염산을 결합시킨 착화합물을 "PS-SN 착화합물"이라고 표기하였고, 에틸렌디아민을 결합시킨 레진-리간드 착화합물을 "PS-NN 착화합물" 이라 표기하였으며, 1,3-프로판디티올을 결합시킨 레진-리간드 착화합물을 "PS-SS 착화합물"이라 표기하였다.

레진-리간드 착화합물은 펩타이드 레진과 리간드를 100 : 0.1 ∼ 20 중량비로 혼합하면 적당하다. 상기 레진에 결합된 리간드의 종류에 따라서 용매를 선택적으로 사용하며, 디메틸포름아미드(DMF), 디클로로메탄 및 테트라히드로푸란(THF) 등으로 이루어진 유기용매와 물 중에서 선택된 혼합용액를 용매로 사용한다. 용매 사용량은 사용된 레진에 대하여 1 : 10 ∼ 100 중량비이다. 구체적으로, 디메틸포름아미드와 디클로로메탄의 혼합용액을 용매로 사용할 경우 10 ∼ 90 : 90 ∼ 10 중량비로 혼합된 것을 사용할 경우 바람직한 효과를 얻을 수 있으며, 상기 범위를 벗어나면 반응성이 떨어진다. 테트라히드로푸란과 물의 혼합용액을 용매로 사용할 경우 100 ∼ 50 : 1 ∼ 10 중량비로 혼합된 것을 사용할 경우 바람직한 효과를 얻을 수 있으며, 상기 범위를 벗어나면 반응하지 않거나 완전 환원된다. 레진-리간드 착화합물을 제조시에 사용된 리간드에 대하여 1 : 1 ∼ 10 당량비의 염기를 사용할 수 있으며, 염기의 사용량이 1 당량비 미만이면 미반응물이 생기고, 10 당량비를 초과하면 반응성에는 문제가 없으나 저어주는데 어려운 점이 있다. 상기 염기는 알칼리 금속염을 사용할 수 있으며, 구체적으로 NaOH, KOH, Na₂CO₃및K₂CO₃중에서 선택된 것을 사용할 수 있다.

상기와 같은 방법으로 레진-리간드 착화합물을 제조할 수 있으며, 시스테아민의 경우 N, S 둘 다 레진(PS-CH₂-Cl)과 반응할 가능성이 있다. IR 분석에 의하면 -SH는 약 2500 ∼ 2600 cm^-1에 약한 피크가 나온다는 것이 알려져 있는데, 본 발명에 방법에 따라 제조된 PS-SN 착화합물의 경우에는 약 2500 ∼ 2600 cm^-1에 해당되는 피크가 발결되지 않으므로 -SH기가 레진의 클로로메틸기와 반응하였음을 알 수 있다. -SH 관능기를 2개 포함하는 PS-SS 착화합물의 경우 2565 cm^-1에 피크가 발견되는데, 원소분석으로 레진에 담지된 리간드의 함량을 측정하였으며, 그 결과는 다음 표 1에 나타낸 바와 같이 0.4 ∼ 0.7 m㏖/g 정도의 범위에서 리간드가 레진에 담지되었음을 알 수 있다.

상기와 같은 방법으로 제조된 레진-리간드 착화합물을 백금 화합물과 환류반응시켜서 본 발명의 히드로실릴화 반응용 백금 촉매를 제조한다. 본 발명에서는 사용된 리간드가 시스테아민-염산인 경우 "PS-SN-Pt 촉매"라고 표기하였고, 리간드가 에틸렌 디아민 경우 "PS-NN-Pt 촉매"라고 표기하였고, 리간드가 1,3-프로판디티올인 경우 "PS-SS-Pt 촉매"라고 표기하였다. 상기 레진-리간드 착화합물에 백금 화합물을 1 : 0.5 ∼ 1 중량비로 혼합하는데, 백금 화합물의 비율이 0.5 미만이면 반응성이 떨어지고, 1을 초과하면 백금이 완전히 반응하지 않는다. 상기 환류반응에는 디메틸포름아미드와 디클로로메탄의 혼합용액 또는 테트라히드로푸란과 물의 혼합용액 중에서 선택된 용매를 사용하는데, 용매는 사용되는 리간드의 종류에 따라서 달라지는데, 디메틸포름아미드와 디클로로메탄의 혼용용매를 사용할 경우 바람직한 효과를 얻을 수 있으며, 디클로로메탄은 레진을 팽윤시키는 역할을 하며 디메틸포름아미드는 디염화백금 등이 잘 녹도록 하는 것과 함께 리간드와 반응을 유리하게 하는 역할을 하고, 디메틸포름아미드와 디클로로메탄은 90 ∼ 10 : 10 ∼ 90 의 중량비로 사용하며, 이때 비율이 상기 범위를 벗어나면 반응성이 떨어진다. 용매 사용량은 상기 환류반응이 사용된 레진-리간드 착화합물에 대하여 1 : 5 ∼ 100 중량비이며, 이때, 5 중량비 미만이면 반응성이 떨어지고, 100 중량비를 초과하면 반응기의 용기가 커져야 하는 문제점이 있다. 환류반응은 백금이 충분이 담지되는 시간이 필요하며, 10 ∼ 48 시간 반응시키면 충분하며, 20 ∼ 30 시간 반응시킬 경우 바람직한 효과를 얻을 수 있으며, 반응온도는 두 혼합용매의 비율에 따라 달라지나 40 ∼ 100 ℃이고, 60 ∼ 80 ℃이면 바람직하며, 이때 반응온도가 40 ℃ 미만이면 반응성이 떨어지고, 100 ℃를 초과하면 레진의 분해가능성이 있다. 사용할 수 있는 백금 화합물은 일반적으로 알려진 백금을 함유하는 화합물을 사용할 수 있으며, 디염화백금을 사용할 경우 보다 바람직한 효과를 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이 레진-리간드 착화합물에 디염화백금을 반응시켜서 히드로실릴화 반응용 백금 촉매를 합성하였으며 무게 증가량으로 백금의 담지량을 측정하여 다음 표 1에 나타내었다. 백금을 담지시킨 후 여과하면 여액은 육안으로 관찰할 때 완전히 무색이다.

본 발명에 따른 히드로실릴화 반응용 백금촉매 제조 반응을 다음 반응식 2로 간단하게 나타낼 수 있다.

	PS-SN-Pt 촉매	PS-NN-Pt 촉매	PS-SS-Pt 촉매
리간드(m㏖/g)	0.576	0.681	0.401
백금(m㏖/g)	0.436	0.571	0.361
리간드/백금	1.152	1.135	1

상기와 같이 제조된 PS-SN-Pt 촉매, PS-NN-Pt 촉매 및 PS-SS-Pt 촉매에 대한 IR분석을 실시하여 본 결과 Pt-H 영역에 해당되는 새로운 피크가 PS-SN-Pt 촉매와 PS-NN-Pt 촉매에 나타났다.

일반적으로 Pt-H 피크는 2000 ∼ 2100 cm^-1에 나타난다고 알려져 있으며[(a) Fryzuk, M. D.; Glentsmith, G. K. B.; Lenznoff, D. B.; Rettig, S. J. Inorganica Chimica Acta, 1997, 256, 169 (b) Meyer, W. R., Venanzi, L., M. Angew.Chem. Int. Ed. Engl. 1984, 23, 529 (c) Puddephatt, R. J. Coord. Chem. Rev. 2001, 219-221, 157], 리간드가 담지된 레진에는 나타나지 않았기 때문에 Pt-H라고 추정하였다. 특징적인 것은 PS-NN-Pt촉매 의 경우 2000 ∼ 2100 cm^-1에서 3개의 IR 피크가 나왔으며, PS-SS-Pt의 경우 2000 ∼ 2100 cm^-1에서 피크가 보이지 않았으며, 이는 N원소와 Pt와의 특징적인 결과라고 추정된다.

상기와 같이 제조된 촉매는 히드로실릴화반응에 사용될 경우 백금기준으로 0.1 ∼ 250 ppm이 사용되면 좋으며, 1 ∼ 10 ppm을 사용할 경우 보다 바람직한 효과를 얻을 수 있는데, 이때 사용량이 0.1 ppm 미만이면 반응성이 떨어지고, 250 ppm을 초과하면 반응성은 좋으나 경제적이지 못하다. 반응온도는 상온 ∼ 120 ℃가 좋으며, 특히 40 ∼ 80 ℃ 일 때가 좋은 선택율을 가지는데, 반응온도가 상온 미만이면 반응성이 떨어지고, 120 ℃를 초과하면 부생성물이 많이 발생한다. 반응시간은 반응물이 없어지는 조건이면 충분하며 15 ∼ 24시간이면 대부분 반응이 완료된다.

본 발명에 따라 제조된 PS-SN-Pt촉매를 사용하여 알릴 클로라이드와 트리클로로실란을 히드로실릴화 시켰다. 기질/촉매 비율을 10,000으로 하였을 때 반응시간은 18 시간이었으며 92.3 %의 수율을 얻었다. PS-SS-Pt촉매를 사용하였을 경우 PS-SN-Pt촉매에 비해서 반응성이 상당히 감소하는 것을 관찰 할 수 있었다. 그러나 부생성물인 PTCS는 거의 생성되지 않고 선택성은 매우 y좋은 결과를 보이고 있다. 반면 PS-NN-Pt 촉매를 사용할 경우 반응성은 약간 좋은 것으로 나타났으나 부생성물은 PTCS가 다소 많이 발생하였으며 선택성이 PS-SN-Pt 촉매보다 좋지 않은 결과로 나타났다. 리간드의 성질은 실험결과적으로 반응성은 PS-NN-Pt 촉매> PS-SN-Pt 촉매>> PS-SS-Pt 촉매이고 선택성은 PS-SS-Pt 촉매 ∼ PS-SN-Pt 촉매>> PS-NN-Pt 촉매이므로 SN 리간드가 가장 우수한 리간드임을 알 수 있다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 레진-리간드-백금 촉매를 환원반응시킬 경우 보다 우수한 효과를 나타내는 활성 히드로실릴화 반응용 백금 촉매를 제조할 수 있으며, 상기 환원반응은 사용된 레진-리간드-백금 촉매에 대하여 NaBH₄, LiBH₄, KBH ₄ 등 에서 선택된 염기를 0.25 ∼ 20 당량 첨가하여 이루어진다. 이때, 상기 염기사용량이 0.25 당량 미만이면 미반응물이 발생하고, 20 당량을 초과하면 완전 환원된다. 상기 환원반응은 다음 반응식 3으로 나타낼 수 있으며, 제조된 새로운 활성 히드로실릴화 반응용 백금촉매는 "PS-SN-Pt^R촉매"라고 표기하였다.

PS-SN-Pt^R촉매는 본 발명에 따라 제조된 PS-SN-Pt 촉매에 테트라히드로푸란을 5 ∼ 100 배의 무게비를 사용한다. 물은 테트라히드로푸란 대비 1 ∼ 10 중량%이며, 2 ∼ 5 중량% 사용할 경우 더욱 좋다. 반응온도는 상온에서 실시하고 반응시간은 0.5 ∼ 5 시간이고 1 ∼ 2 시간이 좋다. 제조된 활성 히드로실릴화 반응용 백금 촉매를 IR분석 한 결과 PS-SN-Pt 촉매와 거의 동일하였으며, 완전히 환원되었는지 확인하기 위해서 ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)로 분석하였다. 그 결과 Pt(0)로 환원되었다는 증거는 찾지 못하였다. Pt(0)는 70 ∼ 71 eV정도에 나오지만 72.6 eV에 해당되는 피크가 얻어졌다. Pt(II)는 73 ∼ 73.5 eV정도에서 나온다고 알려져 있다. 따라서 PS-SN-Pt촉매를 NaBH₄와 반응시킬지라도 완전히 환원되지 않음을 알 수 있다. ESCA의 결과를 볼 때 S는 대부분이 Pt와 결합되어 있고 N는 일부만이 결합되어 있음을 알 수 있다. 다음 표 2 에 각 원자의 결합에너지를 나타내었다.

원자	결합 에너지(eV)
백금	72.6 75.8
황	165.8 164.5 163.7
질소	401.5 399.9
염소	199.0
탄소	284.7
산소	532.1

상기와 같이 PS-SN-Pt^R촉매를 히드로실릴화 반응에 적용한 결과 반응성이 매우 좋다는 결과를 얻게 되었다. 즉, 1 % Pt/C나 카르스테트 촉매보다 활성과 선택성이 우수하였다. 반응조건은 앞에서 기술한 방법과 동일하다. PS-SN-Pt 촉매와 PS-SN-Pt^R 촉매의 반응성을 비교하여보면 동일한 조건에서 반응시간이 절반으로 줄어들며 기질/촉매의 비를 100,000으로 늘릴 경우에도 반응이 거의 완결됨을 알 수 있다. 또한 기질/촉매비를 1,000,000으로 늘릴지라도 18 시간만에 반응이 거의 완결되며 92 %의 수율을 얻었다. 이때 촉매 사용량은 백금기준으로 1 ppm이며 반응 후 생성물은 거의 무색이다.

세링톤의 연구에 의하면 레진에 트리메틸에틸렌디아민을 결합시켜서 백금 착화합물을 불균일화시켜서 1-옥텐의 실릴화 반응에 대한 연구를 하였다[Drake, R.; Dunn, R.; Sherrington, D.C.; Homson, S.J. J. Mol. Cat. A.Chem.2001, 177, 49]. 상기의 경우 균일계 촉매보다 활성이 증가한 결과를 얻기는 했지만 획기적인 결과를 얻지는 못했으며, 알릴글리시딜에테르를 트리메톡시실란으로 반응시켰을 때 86.3 %의 수율을 얻었고, 이성질화 생성물이 6.9 %정도 얻어졌다.

동일한 촉매인 PS-SN-Pt^R촉매를 사용하여 다양한 알켄과 실란물질로 히드로실릴화 반응에 적용하여 보았다.

1-옥텐의 경우 기질/촉매 = 200,000을 하였을 때 82.7 %의 전환율과 71.8 %의 수율을 얻었으며 촉매의 기질변환수는 165,000정도이다. 이때 2-옥텐과 같은 이성질화 생성물이 8.7 %정도 생성되었다.

상기와 같은 결과는 스파이어 촉매와 비교할 때 이성질화 되는 정도는 획기적으로 줄어들었음을 알 수 있고, 기질변환수도 거의 200 배 이상 증가하였음을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 따라 제조된 히드로실릴화 반응용 백금 촉매는 종래의 백금 촉매보다 우수한 특성을 가지고 있으며, 특히 PS-SN-Pt^R촉매는 실릴화반응에서 이제까지 개발된 어떠한 촉매보다 활성이 우수하며 선택성이 좋은 촉매임을 알 수 있다.

이하 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 : PS-SN-Pt촉매의 제조

질소 분위기하에서 1 % 가교 메리필드 펩타이드 레진 6.0 g(2 ∼ 2.5 meq Cl/g, 200 ∼ 400 메쉬, 아크로스사 제품)시스테아민- 염산 1.13 g, Na₂CO₃ 2.5 g을 200 ㎖ 3구 플라스크에 넣고 디클로로메탄 30 ㎖, DMF 100 ㎖을 첨가하여 60 ℃에서 24시간 반응시킨 후 상온으로 냉각하여 과량의 메탄올을 첨가하고 여과하였다. 과량의 물과 메탄올로 연속적으로 세척한 후 건조하여, 6.01 g의 고체가 얻어지며. 원소분석결과; C, 83.43%; H, 7.418%; N, 8.07%; S, 2.071%이고, N 기준으로 리간드가 고분자에 결합된 함량은 0.576 m㏖/g이며, IR 분석결과 n 3641 cm^-1; (-NH₂)이었다.

질소 분위기하에서 PS-SN 착화합물 2.0 g과 디염화백금 266 ㎎, DMF 30 ㎖, 디클로메탄 30 ㎖을 100 ㎖ 3구 플라스크에 넣고 12 시간동안 환류반응시켰다. 이때 온도는 60 ∼ 70 ℃이었으며, 반응 후 상온으로 냉각시켜서 과량의 메탄올을 첨가하여 여과하고 건조하여, 2.27 g(수율 100 %)의 노란색 고체가 얻었으며, 백금함량은 0.434 m㏖/g이고, IR 분석결과 nPt-H 2093 cm^-1;(KBr)이었다.

실시예 2 : PS-SN-Pt ^R 촉매의 제조

질소 분위기하에서 상기 실시예 1에 따라 제조된 PS-SN-Pt 촉매1.8 g, NaBH₄ 0.2 g을 THF 30 ㎖, 물 1 ㎖에 넣고 상온에서 1시간 저어준 뒤 과량의 메탄올을 첨가하였다. 과량의 물과 메탄올로 연속적으로 세척한 후 건조하였다.

1.78 g의 검갈색의 레진이 얻어지며, IR 분석결과 n 2096 cm^-1; (-Pt-H)이었으며, ESCA 분석결과는 표 2에 정리하였다.

실시예 3 : PS-NN-Pt 촉매의 제조

질소분위기하에서 레진 3 g, 에틸렌디아민 10 ㎖, 테트라히드로푸란 100 ㎖을 200 ㎖ 3구 플라스크에 넣고 6 시간동안 환류시킨 후 상온으로 냉각하고 과량의 메탄올을 첨가한 다음 여과하였다. 과량의 물과 메탄올로 연속적으로 세척한 후 건조하여, 3.1 g의 고체를 얻었으며, 원소분석결과 C, 79.12 %; H, 8.258 %; N, 1.906 %이고, 레진에 결합된 리간드 함량 0.681 m㏖/g이며, IR 분석결과 n 3636 cm^-1; (-NH₂)이었다.

상기 제조된 PS-NN 착화합물 2.0 g, 디염화백금 319.2 ㎎을 사용하여 실시예 1과 동일하게 처리하여 PS-NN-Pt촉매를 얻었으며, 2.32 g(수율 --%)의 고체로서, 백금함량은 0.517 m㏖/g이고, IR 분석결과 n 2091, 2055, 2035 cm^-1; (-Pt-H)이었다.

실시예 4 : PS-SS-Pt 촉매의 제조

질소 분위기하에서 레진 3 g, 1,3-프로판디티올 0.151 ㎖, 60 % NaOH 0.4 g, 테트라히드로푸란 100 ㎖을 200 ㎖ 3구 플라스크에 넣고 2 일동안 환류시킨 후 상온으로 냉각하고 과량의 메탄올을 첨가한 다음 여과하였다. 과량의 물과 메탄올로 연속적으로 세척한 후 건조하여, 3.2 g의 고체를 얻었으며, 원소분석결과 C, 80.41 %; H, 7.193 %; S, 2.566 %이며, 레진에 결합된 리간드 함량, 0.401 m㏖ /g이고, IR 분석결과 n 2561 cm^-1; (-SH)이었다.

상기 제조된 PS-SS 착화합물 2.0 g, 디염화백금 212.8 ㎎을 사용하여 실시예 4와 동일하게 처리하여 PS-SS-Pt 촉매를 얻었으며, 2.21 g(수율 100--%)의 고체로서, 백금함량 0.361 m㏖/g 이었다.

실험예 1 ∼ 4 : 알릴클로라이드와 트리클로로실란의 히드로실릴화 반응

알릴클로라이드(98%) 42 ㎖, 실시예 1 에 따라 제조된 PS-SN-Pt 촉매 120 ㎎ 을 하단반응기에 넣고 트리클로로실란(98 %) 51 ㎖을 상단포집기에 넣는다. -20 ℃의 냉매로 냉각기에 순환시키고 미리 80 ℃로 예열된 오일에 반응기를 담근다. 상단포집기의 내용물을 코크로 1.5 ∼ 2 ㎖/분 정도 적하 되도록 하고 도표의 시간만큼 반응시킨다. 반응시간이 경과되면 상온으로 냉각시키고 여과하여 생성물을 얻어서 GC분석을 통해서 전환율과 CPTCS, PTCS의 함량을 측정하였다. 각 촉매에 대해서 기질/촉매비를 맞추어서 동일한 방법으로 반응시켜서 그 결과를 표 3에 나타내었다.

실시예	반응조건				결과
실시예	촉매	사용량(mg)	온도(℃)	시간(hr)	전환율(%)	CPTCS(%)	PTCS(%)	Sel.(%)
1	PS-SN-Pt	120	40∼80	18	93	92.3	0.5	99.2
2	PS-SN-Pt^R	120	40∼80	9	95	93	0.7	97.8
3	PS-NN-Pt	105	40∼80	18	95.6	86.1	2.2	90
4	PS-SS-Pt	130	40∼65	24	38	37.2	0.2	99

실험예 5 ∼ 6

실시예 2 에 따라 제조된 PS-SN-Pt^R 촉매를 각각 12 ㎎, 1.2 ㎎ 각각 사용하여 위의 실험예 1과 동일하게 반응시켜서 얻은 결과를 다음 표 4에 정리하였다.

비교예 1 ∼ 2

1% Pt/C 0.2 g(비교예 1)과 카르스테트 촉매(0.1M) 5 ㎕(비교예 2)를 사용하여 각각의 결과를 다음 표 4에 정리하였다.

	기질/촉매10ⁿ	시간(hr)	전환율(%)	수율(%)	부생성물(%)	선택율(%)
비교예1	5	15	82.2	77.6	2	94.4
비교예2	6	18	95.8	86.2	1.2	90
실험예5	5	15	96.8	92.7	0.7	95.7
실시예6	6	18	97.6	92	1	94.3

실험예 7

1-옥텐(98 %) 16 ㎖, 실시예 2에 따라 제조된 PS-SN-Pt^R 촉매 0.6 ㎎, 트리클로로실란 (98 %) 10.3 ㎖를 밀폐된 50 ㎖의 밀폐반응기에 넣고 50 ℃에서 20 시간 반응시켰다. 반응 후 상온으로 식혀서 GC로 분석한 결과 71.8 %의 수율과 8.7 %의 이성질화된 생성물을 얻었다.

실험예 8

50 ㎖ 2구 플라스크에 알릴글리시딜에테르(99 %) 12 ㎖과 PS-SN-Pt^R 0.6 ㎎, 트리메톡시실란(95 %) 13.4 ㎖를 넣고 80 ℃에서 3 시간 반응시켰다. 내용물을 상온으로 식혀서 GC분석하여 얻은 결과는 86.7 %의 수율과 이성질화 된 생성물 6.9 %를 얻었다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 황, 질소 또는 황과 질소를 동시에 함유하는 헤테로 탄화수소 화합물을 리간드로 사용하여 백금촉매를 제조하였으며 특히 NaBH₄등을 사용한 온화한 조건에서 촉매를 환원반응시킬 경우 히드로실릴화의 반응성이 획기적으로 향상되는 결과를 밝혀내었다. 그리고 촉매를 불균일화시켰을지라도 기질변환수가 거의 1,000,000 정도이기 때문에 매우 경제적인 촉매라 할 수 있다.

기존에 상업적으로 사용하던 스파이어 촉매나 카르스테트 촉매와 달리 본 발명에 따른 백금 촉매는 상당히 안정하여 취급하기가 용이할 뿐만 아니라 기존의 어떠한 촉매보다도 활성과 선택성이 우수하며, 특히 PS-SN-Pt^R 촉매의 물성이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 또한 다양한 실란제품을 생산하기 위해서는 핵심 공정이 히드로실릴화 공정에 본 발명에 따라 제조된 백금 촉매를 적용할 경우 높은 활성과 선택성에 의하여 경쟁력의 우위를 확보할 수 있으며, 특히 본 발명에 따라 제조된 백금 촉매를 타이어용 실란 커플러 제조에 적용하면 보다 우수한 효과를 얻을 수 있다.

Claims

클로로메틸기를 포함하는 펩타이드 레진과, 황(S), 질소(N) 또는 황과 질소를 동시에 포함하는 헤테로 탄화수소 화합물 리간드와, 백금 화합물을 반응시켜 얻어진 것으로, 레진-리간드-백금 순서로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 히드로실릴화 반응용 백금촉매.
제 1 항에 있어서, 상기 백금 촉매를 환원반응시킨 것임을 특징으로 하는 활성 히드로실릴화 반응용 백금 촉매.
제 1 항에 있어서, 상기 리간드가 시스테아민, 에틸렌디아민 및 1,3-프로판디티올 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 히드로실릴화 반응용 백금촉매.
클로로메틸기를 포함하는 펩타이드 레진에, 황(S), 질소(N) 또는 황과 질소를 동시에 포함하는 헤테로 탄화수소 화합물 리간드가 결합된 레진-리간드 착화합물을 제조하는 과정과;

상기 레진-리간드 착화합물을 백금 화합물과 환류반응시켜 레진-리간드-백금 결합을 이루고 있는 촉매를 제조하는 과정을

포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 히드로실릴화 반응용 백금 촉매의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 제조된 레진-리간드-백금 촉매를 환원반응시키는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 활성 히드로실릴화 반응용 백금 촉매의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 레진-리간드 착화합물 제조 과정에서는 펩타이드 레진과 리간드를 100 : 0.1 ∼ 20 중량비 범위로 사용하는 것을 특징으로 하는 히드로실릴화 반응용 백금촉매의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 리간드가 시스테아민, 에틸렌디아민 및 1,3-프로판디티올 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 히드로실릴화 반응용 백금촉매의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 환류반응은 디메틸포름아미드, 디클로로메탄, 디메틸포름아미드와 디클로로메탄의 혼합용액, 및 테트라히드로푸란과 물의 혼합용액 중에서 선택된 용매를 사용하여 수행하며, 상기 용매는 레진-리간드 착화합물에 대하여 1 : 5 ∼ 100 중량비로 사용하는 것을 특징으로 하는 히드로실릴화 반응용 백금촉매의 제조방법.
제 8 항에 있어서, 상기 용매가 디메틸포름아미드와 디클로로메탄이 90 ∼ 10 : 10 ∼ 90 중량비로 혼합된 혼합용액인 것임을 특징으로 하는 히드로실릴화 반응용 백금촉매의 제조방법.
제 8 항에 있어서, 상기 용매가 테트라히드로푸란과 물이 100 : 1 ∼ 20 중량비로 혼합된 혼합용액인 것임을 특징으로 하는 히드로실릴화 반응용 백금촉매의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 레진-리간드 착화합물 제조 과정에서는 리간드에 대하여 1 : 1 ∼ 10 당량비의 염기를 사용하는 것을 특징으로 하는 히드로실릴화 반응용 백금촉매의 제조방법.
제 11 항에 있어서, 상기 염기가 알칼리금속염 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 히드로실릴화 반응용 백금촉매의 제조방법.
제 11 항에 있어서, 상기 염기가 NaOH, KOH, Na₂CO₃및K₂CO ₃중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 히드로실릴화 반응용 백금촉매의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 환류반응에서는 레진-리간드 착화합물과 백금 화합물을 1 : 0.5 ∼ 1 중량비 범위로 사용하는 것을 특징으로 하는 히드로실릴화 반응용 백금촉매의 제조방법.
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제 5 항에 있어서, 상기 환원반응은 NaBH_4, LiBH₄ 또는 KBH₄를 레진-리간드-백금 촉매에 대하여 0.25 ∼ 20 당량비 범위로 첨가 사용하는 것을 특징으로 하는 활성 히드로실릴화 반응용 백금촉매의 제조방법.