KR101821796B1 - 알킬화된 페놀의 제조방법 - Google Patents

알킬화된 페놀의 제조방법 Download PDF

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KR101821796B1
KR101821796B1 KR1020160091323A KR20160091323A KR101821796B1 KR 101821796 B1 KR101821796 B1 KR 101821796B1 KR 1020160091323 A KR1020160091323 A KR 1020160091323A KR 20160091323 A KR20160091323 A KR 20160091323A KR 101821796 B1 KR101821796 B1 KR 101821796B1
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정민철
손석환
이승민
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순천대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 특정 고체산 촉매를 이용하는 알킬화된 페놀의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 알킬화된 페놀의 제조방법은 간단한 공정, 높은 선택성 및 전환율로 고수율의 알킬화된 페놀을 제조할 수 있을 뿐만아니라 고체산 촉매의 회수가 가능한 매우 효율적인 방법이다.

Description

알킬화된 페놀의 제조방법{Method of producing alkylated phenol}
본 발명은 알킬화된 페놀의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정한 고체산 촉매하에 스티렌 유도체와 페놀 유도체를 반응시켜 알킬화된 페놀을 제조하는 방법에 관한 것이다.
중합체의 제조 및 가공의 발달로 실질적으로 현대 생활의 모든 분야에 플라스틱이 적용되고 있다.
그러나, 중합체 화합물은 산화제, 광 및 열의 영향으로 노화(aging)되기 쉬우며, 이는 중합체 화합물의 강도, 강성 및 가요성의 손실과 같은 수명의 손실, 변색(discoloration), 스크래칭 뿐만 아니라 광택의 손실도 초래한다.
산화방지제 및 광 안정화제가 이러한 효과를 방지하거나 적어도 감소시킬 수 있다는 것은 당해 기술 분야에 공지됨에 따라 가공시 중합체를 보호하고 원하는 최종 용도의 물성을 달성하도록 중합체에 다양한 첨가제가 첨가된다.
일례로 한국등록특허 10-1558064호에 산화방지 효과 및 우수한 변색방지 효과를 나타내기위해 인계 산화방지제로 폴리인산을 사용하고 페놀계 산화방지제로 페타에리쓰리톨 테트라키스(3-3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트)를 포함하는 메타아라미드 조성물을 공지하고 있으며, 한국공개특허공보 제2016-0059445호에 페놀계 산화방지제, 인계 산화방지제 및 황계 산화방지제를 포함하는 핫멜트 접착제용 수지 조성물을 공지하고 있다.
일반적으로 첨가제는 안정화제와 개질제로 나누어지며, 전통적으로 그리고 최근에 사용되는 산화방지제와 같은 안정화제는 페놀계 산화방지제, 아민계 산화방지제 인산계 산화방지제등으로 구분될 수 있다.
산화방지제중 페놀계 산화방지제는 페놀의 알킬화반응에 의해 제조됨으로써 다양한 부산물이 존재하게되어 수율이 낮으며, 이를 정제하는데도 많은 어려움이 따른다.
한국공개특허공보 제2012-0065836에 이러한 문제점을 해결하기위해 황산등을 촉매로 이용하는 스티레네이티드 페놀의 제조방법을 공지하고 있으나, 여전히 높은 수율 및 선택성을 가지면서도 단순한 공정으로 알킬화된 페놀을 제조하는 방법이 요구된다.
한국등록특허 10-1558064호 한국공개특허공보 제2016-0059445호 한국공개특허공보 제2012-0065836
본 발명은 다양한 분야의 첨가제로 사용가능한 알킬화된 페놀의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 간단한 공정으로 높은 수율 및 선택성으로 알킬화된 페놀을 제조할 수 있는 알킬화된 페놀의 제조방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 알킬화된 페놀의 제조방법은, 하기 화학식 1로 표시되는 고체산 촉매존재 하에 스티렌 유도체와 페놀 유도체를 반응시켜 알킬화된 페놀을 제조하는 단계:를 포함한다.
[화학식 1]
(SiO2)x(AlCl3)y(NiCl2)z
[상기 화학식 1에서, (3<x<7, 1<y<5, 0.1<z<3)을 만족하는 실수이다.]
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 스티렌 유도체는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112016069897224-pat00001
[상기 화학식 2에서,
R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, (C1-C5)알킬 또는 (C1-C5)알콕시이며, R1 내지 R5는 서로 연결되어 (C6-C12)방향족고리를 형성할 수 있다.]
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 페놀 유도체는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112016069897224-pat00002
[상기 화학식 3에서,
R은 할로겐, (C1-C5)알킬 또는 (C1-C5)알콕시이며;
n은 0 또는 1 내지 3의 정수로, n이 2이상인 경우 R은 서로 상이하거나 동일할 수 있다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 고체산 촉매는 페놀 유도체 100중량부에 대하여 15 내지 30중량부 사용될 수 있으며, 화학식 1에서 x는 4 내지 6이며, y는 2 내지 4이며, z는 0.5 내지 1.5를 만족하는 실수일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스티렌 유도체는 페놀 유도체 1몰에 대하여 1.5 내지 3.5몰 사용될 수 있으며, 반응은 80 내지 150℃에서 4 내지 12시간동안 수행될 수 있다.
본 발명의 알킬화된 페놀의 제조방법은 고체산 촉매를 회수하는 단계를 더 포함하여 제조될 수 있다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 알킬화된 페놀은 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112016069897224-pat00003
[상기 화학식 4에서,
R1 내지 R5은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, (C1-C5)알킬 또는 (C1-C5)알콕시이며;
R은 할로겐, (C1-C5)알킬 또는 (C1-C5)알콕시이며;
n은 O 또는 1 내지 3의 정수이며, n이 2이상인 경우 R은 서로 상이하거나 동일할 수 있다.]
본 발명의 알킬화된 페놀의 제조방법은 간단한 공정으로 높은 선택성 및 수율로 생성물을 얻을 수 있다.
본 발명의 알킬화된 페놀의 제조방법은 황산등과 같은 액체산을 촉매로 사용하는 종래의 방법과 달리 중화과정 및 생성된 염의 제거과정등의 별도 공정이 필요치 않아 간단한 공정으로 알킬화된 페놀의 제조가 가능하다.
본 발명의 알킬화된 페놀의 제조방법은 종래의 황산등과 같은 액체산과 달리 유독한 산을 사용하지 않아 부식의 염려가 없으며, 촉매를 회수하여 재사용할 수 있어 친환경적이며 경제적이다.
도 1은 본 발명의 실시예 2에서 제조된 알킬화된 페놀을 GC로 분석할 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1에서 제조된 알킬화된 페놀을 GC로 분석할 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 알킬화된 페놀의 제조방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 알킬화된 페놀의 제조방법은, 하기 화학식 1로 표시되는 고체산 촉매존재 하에 스티렌 유도체와 페놀 유도체를 반응시켜 알킬화된 페놀을 제조하는 단계:를 포함한다.
[화학식 1]
(SiO2)x(AlCl3)y(NiCl2)z
[상기 화학식 1에서, (3<x<7, 1<y<5, 0.1<z<3)을 만족하는 실수이다.]
본 발명의 알킬화된 페놀의 제조방법은 황산, 파라-톨루엔술포닐산, 인산 및 폴리인산등의 액체산을 촉매로 사용하는 종래의 방법과는 달리 상기 화학식 1로 표시되는 고체산을 사용함으로써 종래의 황산, 파란-톨루엔술포닐산, 인산 및 폴리인산등의 촉매가 가지는 취급 위험성 및 부식성이 없어 친환경적이며, 본 발명의 고체산은 사용후 회수하여 재사용이 가능하므로 매우 경제적이다.
나아가 본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 고체산은 x, y 및 z의 조성비에 따라 생성되는 페놀의 알킬화된 작용기의 개수를 조절하여 목적하는 화합물을 주생성물로 제조할 수 있다.
즉, 본 발명의 알킬화된 페놀은 상기 화학식 1로 표시되는 본 발명의 고체산 촉매 존재 하에 스티렌 유도체와 페놀 유도체를 반응시켜 생성되는 생성물인, 알킬화된 작용기가 하나 가지는 페놀(일례로,
Figure 112016069897224-pat00004
,
Figure 112016069897224-pat00005
등), 알킬화된 작용기를 두 개 가지는 페놀(일례로,
Figure 112016069897224-pat00006
,
Figure 112016069897224-pat00007
등) 및 알킬화된 작용기를 세 개가지는 페놀(일례로,
Figure 112016069897224-pat00008
)이 혼합물의 형태로 얻어지는데 상기 화학식 1로 표시되는 고체산은 x, y 및 z의 조성비를 조절함으로써 얻고자하는 생성물이 주생성물이 되도록 조절할 수 있다.
구체적인 일례로 본 발명의 화학식 1로 표시되는 고체산 촉매의 x, y 및 z의 조성비를 5:3:1로 조절하면 알킬화된 작용기를 두 개 가지는 페놀(DSP)을 주생성물로 얻을 수 있다.
본 발명의 고체산 촉매는 생성물인 SiO2, AlCl3 및 NiCl2를 중량비로 3 내지 7 : 1 내지 5 : 1의 중량비로 증류수 등의 용매에 충분히 혼합교반시켜 건조소성하여 제조할 수 있다.
혼합교반은 실온에서 1 내지 5시간동안 수행될 수 있으며, 소성은 200 내지 400℃에서 2 내지 8시간동안 수행될 수 있다.
바람직하게 본 발명의 알킬화된 작용기를 두 개가지는 페놀(DSP)을 주생성물을 얻기위한 측면에서 고체산 촉매는 SiO2 : AlCl3 : NiCl2의 중량비가 4.5 내지 5.5 : 2.5 내지 3.5 : 1로 사용하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학식 1에서 x는 4 내지 6이며, y는 2 내지 4이며, z는 0.5 내지 1.5를 만족하는 실수일 수 있으며, 바람직하게는 x는 4.5 내지 5.5이며, y는 2.5 내지 3.5이며, z는 0.5 내지 1.5를 만족하는 실수일 수 있다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 스티렌 유도체는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112016069897224-pat00009
[상기 화학식 2에서,
R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, (C1-C5)알킬 또는 (C1-C5)알콕시이며, R1 내지 R5는 서로 연결되어 (C6-C12)방향족고리를 형성할 수 있다.]
본 발명의 상기 화학식 2에서 R1 내지 R5는 서로 연결되어 (C6-C12)방향족고리를 형성할 경우의 일례는 1-바이닐나프탈렌일 수 있다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 화학식 2에서 R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소, 할로겐 또는 (C1-C5)알킬일 수 있으며, 보다 바람직하게는 수소 또는 (C1-C5)알킬일 수 있다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 페놀 유도체는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112016069897224-pat00010
[상기 화학식 3에서,
R은 할로겐, (C1-C5)알킬 또는 (C1-C5)알콕시이며;
n은 0 또는 1 내지 3의 정수로, n이 2이상인 경우 R은 서로 상이하거나 동일할 수 있다.]
바람직하게 본 발명의 상기 화학식 3에서 R은 할로겐 또는 (C1-C5)알킬일 수 있으며, 보다 바람직하게는 n이 0인 경우인 페놀일 수 있다.
본 발명에 기재된「알킬」, 「알콕시」 및 그 외 「알킬」부분을 포함하는 치환체는 직쇄 또는 분쇄 형태를 모두 포함하며, 1 내지 7개의 탄소원자 바람직하게는 1 내지 5의 탄소원자, 보다 바람직하게는 1 내지 3의 탄소원자를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체산 촉매는 페놀 유도체 100중량부에 대하여 15 내지 30중량부 사용될 수 있으며, 스티렌 유도체는 페놀 유도체 1몰에 대하여 1.5 내지 3.5몰 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반응은 알킬화반응으로 80 내지 150℃에서 4 내지 12시간동안, 바람직하게는 100 내지 130℃에서 4 내지 8시간동안 수행될 수 있다.
본 발명의 알킬화된 페놀의 제조방법은 고체산 촉매를 회수하는 단계를 더 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명의 고체산 촉매는 반응이 완료된 후 여과하여 회수할 수 있으며, 세척하고 건조하는 과정을 거쳐 재사용할 수 있어 매우 경제적이다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 알킬화된 페놀은 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112016069897224-pat00011
[상기 화학식 4에서,
R1 내지 R5은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, (C1-C5)알킬 또는 (C1-C5)알콕시이며;
R은 할로겐, (C1-C5)알킬 또는 (C1-C5)알콕시이며;
n은 O 또는 1 내지 3의 정수이며, n이 2이상인 경우 R은 서로 상이하거나 동일할 수 있다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 화학식 4에서 R1 내지 R5 및 R은 바람직하게는 서로 독립적으로 할로겐, (C1-C3)알킬 또는 (C1-C3)알콕시일 수 있으며, 보다 바람직하게는 치환기를 가지지 않는 경우인 n이 0일 수 있다.
이하에서, 본 발명의 구체적인 실시예 및 비교예를 들어 설명하나, 본 발명의 구체적인 실시예 및 비교예로 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1] 촉매의 합성
200cc flask에 AlCl3(3.0g)을 넣은 후 증류수를 넣어 10분간 교반하면 용액이 투명하게 된다. 이후, NiCl2(1.0g)을 넣고 다시 10분간 교반한 뒤 SiO2(5.0g)을 넣어 3시간동안 상온에서 교반시켰다. 반응혼합물을 200℃에서 12시간동안 수분을 건조시킨 후 300℃에서 6시간동안 소성시켜 촉매활성을 띄게 만들어 고체산 촉매를 제조하였다.
[실시 예 2] Styrenated Phenol의 합성
100cc flask를 아르곤으로 치환을 한 후, 여기에 Phenol(2.35g, 0.025mol)과 촉매(0.524g, 6wt%)를 넣고 80℃에서 페놀이 다 녹을 때 까지 교반시켰다. phenol이 다 녹으면 Styrene(7.15ml, 0.0625mol)을 적가시키고 120℃에서 6시간동안 교반 시켰다. 반응이 완료되면, 여과하여 사용한 촉매를 걸러낸 후, styrenated phenol혼합물을 GC를 이용하여 분석하였다. 페놀의 전환율은 99.9%이었으며, 스티렌의 전환율은 94.9%였다. 표 1에 GC 분석조건을 나타내었으며, 도 1 및 표 2에 분석결과를 나타내었다.
GC M600D
Sampling 5 μL (30wt% toluene solution)
Carrier gas He, 1mL min-1
Column Capillary column HP-5
Oven tem. 100℃ → 10℃/min↑ → 130℃ →
18℃/min↑ → 300℃ (15min Hold)
Injection tem. 300℃
Detector tem. 300℃ (FID)
Split ratio 1/50

조성(%)
MSP DSP TSP
실시 예 2 9.6 66.1 24.3
비교 예 1 26.2 50.9 22.9
[비교예 1] Styrenated Phenol의 합성
실시예 2에서 본 발명의 고체산 대신 진한황산(0.289mL)를 사용하고, 반응완료 후 반응혼합물을 탄산나트륨으로 중화한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하여 동일한 조건으로 GC를 이용하여 분석하였다. 분석결과 주생성물은 디스티레네이티드 페놀이었으며, 페놀의 전환율은 99.9%, 스티렌의 전환율은 92.4%이었다.
비교예 1과 대비하여 본 발명의 실시예에 따른 알킬화 페놀의 제조방법은 중화과정 및 중화과정에서 생성된 염을 제거하는 과정이 별도로 필요치 않으며, 출발물질의 전환율 또한 높다.
또한 본 발명의 알킬화 페놀의 제조방법은 산화방지제로 사용되는 이외에 알킬화 페놀에 에폭시기를 도입하여 계면활성제로도 용이하게 사용가능한 디스티레네이티드 페놀(DSP)을 선택적으로 높은 생성물로 얻을 수 있는 반면 비교예는 선택성이 매우 낮으며, 전환율도 낮은 것을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 고체산 촉매 존재 하에 하기 화학식 2로 표시되는 스티렌 유도체와 하기 화학식 3으로 표시되는 페놀 유도체를 반응시켜 하기 화학식 4로 표시되는 알킬화된 페놀을 제조하는 단계를 포함하며,
    상기 고체산 촉매는 SiO2 : AlCl3 : NiCl2의 중량비가 4.5 내지 5.5 : 2.5 내지 3.5 : 1로 사용되어 제조되는 알킬화된 페놀의 제조방법.
    [화학식 2]
    Figure 112017083095366-pat00017

    [상기 화학식 2에서,
    R1 내지 R5는 서로 독립적으로 수소, 할로겐, (C1-C5)알킬 또는 (C1-C5)알콕시이며, R1 내지 R5 는 서로 연결되어 (C6-C12)방향족고리를 형성할 수 있다]
    [화학식 3]
    Figure 112017083095366-pat00018

    [상기 화학식 3에서,
    R은 할로겐, (C1-C5)알킬 또는 (C1-C5)알콕시이며;
    n은 0 또는 1 내지 3의 정수로, n이 2이상인 경우 R 은 서로 상이하거나 동일할 수 있다]
    [화학식 4]
    Figure 112017083095366-pat00019

    [상기 화학식 4에서,
    R1 내지 R5은 서로 독립적으로 수소, 할로겐, (C1-C5) 알킬 또는 (C1-C5)알콕시이며;
    R은 할로겐, (C1-C5)알킬 또는 (C1-C5)알콕시이며;
    n은 O 또는 1 내 지 3의 정수이며, n이 2이상인 경우 R은 서로 상이하거나 동일할 수 있다]
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고체산 촉매는 페놀 유도체 100중량부에 대하여 15 내지 30중량부 사용하는 것인 알킬화된 페놀의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 스티렌 유도체는 상기 페놀 유도체 1몰에 대하여 1.5 내지 3.5몰 사용하는 것인 알킬화된 페놀의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 반응은 80 내지 150℃에서 4 내지 12시간동안 수행되는 알킬화된 페놀의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 고체산 촉매를 회수하는 단계를 더 포함하는 알킬화된 페놀의 제조방법.
  9. 삭제
KR1020160091323A 2016-07-19 2016-07-19 알킬화된 페놀의 제조방법 KR101821796B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102463136A (zh) * 2010-11-05 2012-05-23 中国石油化工股份有限公司 一种核壳结构的mfi分子筛及其制备方法

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CN102463136A (zh) * 2010-11-05 2012-05-23 中国石油化工股份有限公司 一种核壳结构的mfi分子筛及其制备方法

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