KR102864153B1 - Novel copper metal organic frameworks compound and method of preparation of five-membered cyclic carbonates by using the same as catalyst - Google Patents
Novel copper metal organic frameworks compound and method of preparation of five-membered cyclic carbonates by using the same as catalystInfo
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Abstract
본 발명은 신규한 구리 함유 금속유기 골격체 화합물 및 이의 제조방법, 신규한 구리 함유 금속유기 골격체 화합물을 촉매로 사용한 5원환 탄산염 화합물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 신규한 금속 유기 골격체는 구리수화물, 골격체를 연결하는 유기 연결제 및 구조 연결제를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a novel copper-containing metal-organic framework compound and a method for producing the same, a five-membered ring carbonate compound using the novel copper-containing metal-organic framework compound as a catalyst, and a method for producing the same. The novel metal-organic framework is characterized by comprising copper hydrate, an organic linker connecting the framework, and a structural linker.
Description
본 발명은 신규한 구리 함유 금속유기 골격체 화합물 및 이의 제조방법, 신규한 구리 함유 금속유기 골격체 화합물을 촉매로 사용한 5원환 탄산염 화합물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel copper-containing metal-organic framework compound and a method for producing the same, and a five-membered ring carbonate compound using the novel copper-containing metal-organic framework compound as a catalyst and a method for producing the same.
일반적으로 이산화탄소를 유기합성의 원료로 사용하는 기술은 오래전부터 연구되어 왔으며, 특히 에폭시화합물 및 이산화탄소를 반응시켜 5원환 탄산염 화합물을 합성하는 기술은 기능성 고분자 재료의 단량체 제조 측면에서 많은 관심을 끌고 있다. In general, the technology of using carbon dioxide as a raw material for organic synthesis has been studied for a long time, and in particular, the technology of synthesizing a five-membered ring carbonate compound by reacting an epoxy compound and carbon dioxide has attracted much attention in terms of producing monomers for functional polymer materials.
종래에는 5원환 탄산염 화합물을 높은 수율로 얻기 위해서 디올(diol)과 포스겐(phosgene)을 사용하는 방법을 이용하였으나 포스겐의 유독성으로 인해 취급하기가 곤란하여 공정상 많은 어려움이 따른다. 그러므로 안전한 조건에서 5원환 탄산염 화합물을 높은 수율로 합성하는 방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Traditionally, methods utilizing diols and phosgene have been used to obtain five-membered ring carbonate compounds in high yields. However, phosgene's toxicity makes it difficult to handle, resulting in significant process challenges. Therefore, there is a pressing need for a method for synthesizing five-membered ring carbonate compounds in high yields under safe conditions.
한편, 5원환 탄산염 화합물을 고수율로 합성하는 방법의 기술들을 살펴보면, 디알킬아민, 디알킬아민, 트리에틸아민 등의 아민류를 촉매로 사용하여 이산화탄소와 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드로부터 에틸렌 카보네이트 또는 프로필렌 카보네이트를 합성하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이러한 합성반응의 조건은 반응압력이 34 기압 이상, 반응온도가 100~400 ℃로 반응조건이 높은 편이다.Meanwhile, looking at technologies for synthesizing 5-membered ring carbonate compounds in high yields, a method for synthesizing ethylene carbonate or propylene carbonate from carbon dioxide and ethylene oxide or propylene oxide using amines such as dialkylamines, dialkylamines, and triethylamine as catalysts is disclosed. However, the conditions for this synthesis reaction are relatively high, with a reaction pressure of 34 atm or higher and a reaction temperature of 100 to 400°C.
또한, 스티렌, 디비닐벤젠, 비닐벤젠클로라이드를 동시에 공중합시켜 제조한 폴리스티렌에 4급 염화암모늄 혹은 4급 염화인염을 부착시켜 촉매로 사용하고, 이산화탄소와 페닐글리시딜 에테르를 24시간 동안 반응시킨 결과 페녹시메틸 에틸렌 카보네이트의 수율을 30~95% 얻은 기술이 보고된 바 있다. 하지만, 이 경우 촉매의 구조가 너무 조밀하여 확산저항을 유발함으로써 반응물이 촉매의 활성점에 접근하기가 어려우며, 이에 따라 반응에 장시간이 소요되고 수율이 낮게 나타나는 단점이 있다.In addition, a technology has been reported in which a quaternary ammonium chloride or quaternary phosphorus chloride was attached to polystyrene manufactured by simultaneously copolymerizing styrene, divinylbenzene, and vinylbenzene chloride, and used as a catalyst, and carbon dioxide and phenyl glycidyl ether were reacted for 24 hours to obtain a yield of 30 to 95% of phenoxymethyl ethylene carbonate. However, in this case, the structure of the catalyst is too dense, causing diffusion resistance, making it difficult for the reactants to approach the active site of the catalyst, and thus, there is a disadvantage in that the reaction takes a long time and the yield is low.
또한, 엠씨엠-41에 이온성 액체 촉매가 담지된 하이브리드엠씨엠-41 촉매를 이용하거나, 다공성 무정형 실리카에 담지된 이온성 액체 촉매를 이용한 5원환 탄산염 화합물의 제조방법이 보고된 바 있지만, 상기 엠씨엠-41 또는 다공성 무정형 실리카의 담체를 사용할 경우 담체의 제조 과정이 복잡하고, 값비싼 유기 금속을 이용하기 때문에 제조 원가가 비싸며 촉매의 분리와 회수가 어려워 공정상의 비용이 많이 드는 문제점이 있었다.In addition, a method for producing a five-membered ring carbonate compound using a hybrid MCM-41 catalyst in which an ionic liquid catalyst is supported on MCM-41 or an ionic liquid catalyst supported on porous amorphous silica has been reported. However, when the carrier of MCM-41 or porous amorphous silica is used, the manufacturing process of the carrier is complicated, expensive organic metals are used, so the manufacturing cost is high, and separation and recovery of the catalyst are difficult, so there are problems in that the process costs are high.
또한, 스티렌, 디비닐벤젠, 비닐벤젠클로라이드를 동시에 공중합시켜 제조한 폴리스티렌에 4급 염화암모늄 혹은 4급 염화인염을 부착시겨 촉매로 사용하고, 톨루엔을 용매로 사용하여 이산화탄소와 페닐글리시딜 에테르를 24시간 동안 반응시켜 페녹시메틸 에틸렌 카보네이트를 제조할 경우 수율이 30~95%로 매우 낮은 것으로, 촉매의 구조가 너무 조밀하여 확산저항을 유발함으로써 반응물이 촉매의 활성점에 접근이 어려워 반응수율이 낮고 반응에 장시간이 소요되는 단점이 있다. 허나 이의 경우에 용매를 사용으로 인한 분리 공정이 추가되어야 하는 단점 또한 제기된다.In addition, when quaternary ammonium chloride or quaternary phosphorus chloride is attached to polystyrene manufactured by simultaneously copolymerizing styrene, divinylbenzene, and vinylbenzene chloride and used as a catalyst, and carbon dioxide and phenyl glycidyl ether are reacted for 24 hours using toluene as a solvent to manufacture phenoxymethyl ethylene carbonate, the yield is very low at 30-95%. This is because the structure of the catalyst is too dense, causing diffusion resistance, making it difficult for the reactants to approach the active site of the catalyst, so the reaction yield is low and the reaction takes a long time. However, in this case, there is also a disadvantage that a separation process must be added due to the use of a solvent.
이에, 본 발명에서는 상기의 문제점을 개선한 촉매 및 상기 촉매를 사용한 5원환 탄산염 화합물 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention aims to provide a catalyst that improves the above-mentioned problems, a five-membered ring carbonate compound using the catalyst, and a method for producing the same.
본 발명은 신규한 다공성 배위화합물인 구리를 함유한 금속유기 골격체 화합물 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a metal organic framework compound containing copper, which is a novel porous coordination compound, and a method for producing the same.
또한, 상기 구리를 함유한 금속유기 골격체 화합물을 촉매로 사용하여 5원환탄산염 화합물 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention aims to provide a 5-membered ring carbonate compound and a method for producing the same using the above-mentioned copper-containing metal-organic framework compound as a catalyst.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are exemplary and the scope of the present invention is not limited thereby.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 구리수화물을 포함하는 금속 유기 골격체 및 상기 금속 유기 골격체를 연결하는 유기 연결제 및 구조 연결제를 포함하는 것인 금속 유기 골격체 화합물 촉매를 제공한다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a metal-organic framework compound catalyst is provided, which comprises a metal-organic framework including copper hydride and an organic linker and a structural linker connecting the metal-organic framework.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리올은 1차 아민계 폴리올 또는 2차 아민계 폴리올을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the polyol may include a primary amine polyol or a secondary amine polyol.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유기 연결제는 비스피리딜디아자부타디엔([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene, BPDB]을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the organic linker may include bispyridyldiazabutadiene ([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene, BPDB]).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구조 연결제는 벤젠디카르보실산(4,4'-benzenedicarboxylic acid, BDC)를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the structural linker may include 4,4'-benzenedicarboxylic acid (BDC).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구조 연결제는 아민 작용기를 더 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the structural linker may further include an amine functional group.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 유기 골격체 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 것으로, 상기 화학식 1의 화합물의 구조단위가 반복되는 3차원 망상구조일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the metal-organic framework compound is represented by the following chemical formula 1, and may be a three-dimensional network structure in which the structural unit of the compound of the chemical formula 1 is repeated.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
[Cu(BPDB)0.5(BDC)]n [Cu(BPDB) 0.5 (BDC)] n
본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 유기 연결제, 구조 연결제 및 구리수화물을 포함하는 금속 유기 골격체를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계 및 상기 혼합물을 용매에 용해하고 반응하여 금속 유기 골격체 화합물을 합성하는 단계를 포함하는 것인 금속 유기 골격체 화합물 촉매의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, a method for producing a metal-organic framework compound catalyst is provided, comprising the steps of forming a mixture by mixing an organic linker, a structural linker, and a metal-organic framework including copper hydride, and dissolving the mixture in a solvent and reacting to synthesize a metal-organic framework compound.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유기 연결제는 비스피리딜디아자부타디엔([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene, BPDB]을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the organic linker may include bispyridyldiazabutadiene ([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene, BPDB]).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구조 연결제는 아민 작용기가 형성된 구조연결제를 더 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the structural linker may further include a structural linker having an amine functional group formed thereon.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구조 연결제는 벤젠디카르보실산(4,4'-benzenedicarboxylic acid, BDC) 및 벤젠디카르보실산-NH2(BDC-NH2) 중 선택되는 1종 을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the structural linker may include one selected from benzenedicarboxylic acid (4,4'-benzenedicarboxylic acid, BDC) and benzenedicarboxylic acid-NH 2 (BDC-NH 2 ).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합물을 형성하는 단계는 상기 유기 연결제 및 구조 연결제를 혼합하여 리간드용액을 제조하고, 상기 리간드 용액을 구리수화물과 혼합하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step of forming the mixture may be to prepare a ligand solution by mixing the organic linker and the structural linker, and to mix the ligand solution with copper hydrate.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용매는 디메틸포름아마이드, 메탄올, 증류수 및 이의 혼합물 중 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the solvent may be at least one selected from dimethylformamide, methanol, distilled water, and mixtures thereof.
본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 금속 유기 골격체 화합물 촉매를 이용한 5원환 탄산염 화합물의 제조방법에 관한 것으로, 상기 금속 유기 골격체 화합물 촉매의 존재 하에 에폭시화합물 및 이산화탄소를 반응하여 합성하는 것인 5원환 탄산염 화합물의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a 5-membered ring carbonate compound using a metal organic framework compound catalyst, wherein the method comprises synthesizing a 5-membered ring carbonate compound by reacting an epoxy compound and carbon dioxide in the presence of the metal organic framework compound catalyst.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에폭시 화합물은 프로필렌 옥사이드(propylene oxide), 부틸렌 옥사이드(butylene oxide), 에피클로로하이드린(epichlorohydrin), 알릴 글리시딜 에테르(allyl glycidyl ether), 글리시돌(glycidol) 및 스티렌 옥사이드(styrene oxide) 중 선택되는 1종을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the epoxy compound may include one selected from propylene oxide, butylene oxide, epichlorohydrin, allyl glycidyl ether, glycidol, and styrene oxide.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에폭시 화합물은 상기 금속 유기 골격체 화합물 촉매와 30:0.15 내지 30:3의 비율로 반응하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the epoxy compound may react with the metal organic framework compound catalyst at a ratio of 30:0.15 to 30:3.
본 발명이 일 실시예에 따르면, 상기 에폭시화합물 및 이산화탄소를 반응하여 합성하는 단계는 조촉매를 더 포함하는 것으로, 상기 조촉매는 상기 조촉매는 테트라 부틸 암모늄 브로마이드(Tetrabutylammonium bromide, TBAB), 테트라 부틸 암모늄 클로라이드브로마이드(Tetrabutylammonium chloride, TBAC) 및 테트라 부틸 암모늄 아이오다이드(Tetrabutylammonium iodide, TBAI) 중 선택되는 1종인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step of reacting and synthesizing the epoxy compound and carbon dioxide further includes a cocatalyst, and the cocatalyst may be one selected from among tetrabutylammonium bromide (TBAB), tetrabutylammonium chloride (TBAC), and tetrabutylammonium iodide (TBAI).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 유기 골격체 화합물 촉매는 반응 종료 후 회수하여 재사용 하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the metal-organic framework compound catalyst may be recovered and reused after the reaction is completed.
본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 5원환 탄산염 화합물의 제조방법으로 제조된 5원환 탄산염 화합물을 제공한다.According to another aspect of the present invention, a five-membered ring carbonate compound produced by a method for producing a five-membered ring carbonate compound is provided.
본 발명은 신규한 구리 함유 금속유기 골격체 화합물 촉매 및 이의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing a novel copper-containing metal-organic framework compound catalyst and a method for producing the same.
또한, 상기 구리 함유 금속 유기 골격체 화합물 촉매를 이용함으로써 비교적 온화한 반응조건에서 이산화탄소와 에폭시 화합물로부터 높은 수율로 5원환 탄산염 화합물을 제조할 수 있는 효과가 있다. In addition, by using the copper-containing metal organic framework compound catalyst, there is an effect of being able to produce a five-membered ring carbonate compound in a high yield from carbon dioxide and an epoxy compound under relatively mild reaction conditions.
또한, 5원환 탄산염 화합물 제조 후 비교적 간단한 방법으로 촉매를 회수 할 수 있으며, 이를 재사용가능하다는 효과가 있다.In addition, the catalyst can be recovered by a relatively simple method after manufacturing the five-membered ring carbonate compound, and it has the effect of being reusable.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of the applicability of the present invention will become apparent from the detailed description below. However, since various modifications and variations within the spirit and scope of the present invention will become apparent to those skilled in the art, it should be understood that the detailed description and specific examples, such as preferred embodiments of the present invention, are given by way of example only.
도 1은 일 실시예에 따른 금속 유기 골격체 화합물 촉매를 나타낸 모식도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 촉매의 제조방법 및 상기 촉매를 이용한 5원환 탄산염 화합물의 제조과정을 나타낸 모식도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 촉매의 XRD 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 촉매의 FT-IR 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 촉매의 SEM 이미지이다.
도 6은 일 실시예에 따른 5원환 탄산염 제조 후 회수한 촉매의 XRD 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 5원환 탄산염 제조 후 회수한 촉매의 FT-IR 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따른 촉매 회수 전 및 회수 후 재사용에 따른 5원환 탄산염 전환율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 5원환 탄산염 제조 후 회수한 촉매의 SEM 이미지이다.Figure 1 is a schematic diagram showing a metal-organic framework compound catalyst according to one embodiment.
Figure 2 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a catalyst according to one embodiment and a process for manufacturing a five-membered ring carbonate compound using the catalyst.
Figure 3 is a graph showing the XRD results of a catalyst according to one embodiment.
Figure 4 is a graph showing the FT-IR results of a catalyst according to one embodiment.
Fig. 5 is an SEM image of a catalyst according to one embodiment.
Figure 6 is a graph showing the XRD results of a catalyst recovered after manufacturing a 5-membered ring carbonate according to one embodiment.
Figure 7 is a graph showing the FT-IR results of a catalyst recovered after manufacturing a 5-membered ring carbonate according to one embodiment.
Figure 8 is a graph showing the conversion rate of a five-membered ring carbonate according to reuse before and after catalyst recovery according to one embodiment.
Figure 9 is a SEM image of a catalyst recovered after manufacturing a five-membered ring carbonate according to one embodiment.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 지시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는 다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings. These embodiments are merely illustrative and intended to illustrate the present invention more specifically, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these embodiments.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다. Additionally, unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and in case of conflict, the description in this specification, including definitions, shall prevail.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 “부”한, 특정 기능을 수행하는 한 개의 단위 또는 블록을 의미한다.To clearly explain the invention proposed in the drawings, parts irrelevant to the description have been omitted, and similar parts have been designated with similar drawing reference numerals throughout the specification. Furthermore, when a part is said to "include" a certain component, this does not mean that other components are excluded, but rather that other components may be included, unless otherwise specifically stated. Furthermore, a "part" described in the specification refers to a single unit or block that performs a specific function.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.The identification codes (1, 2, etc.) for each step are used for convenience of explanation and do not describe the order of each step. Each step may be performed in a different order than specified unless the context clearly indicates a specific order.
즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.That is, the steps may be performed in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the opposite order.
본 발명에 따른 금속 유기 골격체 화합물 촉매는 금속 유기 골격체, 상기 금속 유기 골격체를 연결하는 유기 연결제 및 구조 연결제를 포함한다.The metal-organic framework compound catalyst according to the present invention comprises a metal-organic framework, an organic linker connecting the metal-organic framework, and a structural linker.
상세하게는, 상기 금속 유기 골격체 화합물 촉매는 구리수화물을 포함하는 금속 유기 골격체, 비스-피리딜-디아자-부타디엔([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene, BPDB])을 포함하는 유기 연결제 및 벤젠디카르보실산(4,4'-benzenedicarboxylic acid, BDC)를 포함하는 구조 연결제를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 구조 연결제는 아민 작용기를 더 포함할 수 있다.Specifically, the metal-organic framework compound catalyst is characterized by including a metal-organic framework including copper hydrate, an organic linker including bis-pyridyl-diaza-butadiene ([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene, BPDB]), and a structural linker including 4,4'-benzenedicarboxylic acid (BDC). In this case, the structural linker may further include an amine functional group.
예를 들어, 상기 금속 유기 골격체 화합물은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 금속 유기 골격체 화합물은 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물의 구조단위가 반복되는 3차원 망상구조인 것을 특징으로 한다. 또한, 도 1에 개시한 바와 같이 금속 유기 골격체 화합물 촉매는 구조가 규칙적인 다공성의 촉매로 표면적이 큰 것을 특징으로 한다.For example, the metal-organic framework compound is preferably represented by the following chemical formula 1 or chemical formula 2. In addition, the metal-organic framework compound is characterized by a three-dimensional network structure in which the structural units of the compound of the following chemical formula 1 or chemical formula 2 are repeated. In addition, as disclosed in Fig. 1, the metal-organic framework compound catalyst is characterized by a porous catalyst with a regular structure and a large surface area.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
[Cu(BPDB)0.5(BDC)]n [Cu(BPDB) 0.5 (BDC)] n
[화학식 2][Chemical Formula 2]
[Cu(BPDB)0.5(BDC-NH2)]n [Cu(BPDB) 0.5 (BDC-NH 2 )] n
이때, 상기 BPDB는 상기 유기 연결제 이며, BDC 또는 BDC-NH2는 구조 연결제이다.At this time, the above BPDB is the organic linker, and BDC or BDC-NH 2 is a structural linker.
하기에는 상기 금속 유기 골격체 화합물의 제조방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다. Below, a method for producing the above metal-organic framework compound is described in detail.
상기 금속 유기 골격체 화합물의 제조방법은 유기 연결제, 구조 연결제 및 구리수화물을 포함하는 금속 유기 골격체를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계 및 상기 혼합물을 용매에 용해하고 반응하여 금속 유기 골격체 화합물을 합성하는 단계를 포함한다. The method for producing the above metal-organic framework compound includes a step of mixing a metal-organic framework including an organic linker, a structural linker, and copper hydride to form a mixture, and a step of dissolving the mixture in a solvent and reacting to synthesize the metal-organic framework compound.
상기 혼합물을 형성하는 단계는 상기 유기 연결제 및 구조 연결제를 혼합하여 리간드용액을 제조하고, 상기 리간드 용액을 구리수화물과 혼합하는 것을 특징으로 한다. The step of forming the above mixture is characterized by mixing the organic linker and the structural linker to prepare a ligand solution, and mixing the ligand solution with copper hydrate.
이때, 상기 구조 연결제는 벤젠디카르보실산(4,4'-benzenedicarboxylic acid, BDC) 및 벤젠디카르보실산-NH2(BDC-NH2) 중 선택되는 1종 을 포함하는 것을 특징으로 한다. At this time, the structural linker is characterized in that it includes one selected from among benzenedicarboxylic acid (4,4'-benzenedicarboxylic acid, BDC) and benzenedicarboxylic acid-NH 2 (BDC-NH 2 ).
또한, 상기 유기 연결제는 비스피리딜디아자부타디엔([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene, BPDB]을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the organic linker is characterized by including bispyridyldiazabutadiene ([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene, BPDB]).
상기 금속 유기 골격체 화합물을 합성하는 단계는 상기 혼합물을 용매에 용해한 후 용매열 합성법을 이용하여 합성하는 것으로, 상기 용매는 디메틸포름아마이드, 메탄올, 증류수 및 이의 혼합물 중 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다. The step of synthesizing the above metal-organic framework compound is characterized in that the mixture is dissolved in a solvent and then synthesized using a solvent-thermal synthesis method, and the solvent is at least one selected from dimethylformamide, methanol, distilled water, and a mixture thereof.
도 2는 일 실시예에 따른 촉매의 제조방법 및 상기 촉매를 이용한 5원환 탄산염 화합물의 제조과정을 나타낸 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a catalyst according to one embodiment and a process for manufacturing a five-membered ring carbonate compound using the catalyst.
하기에는, 도 2를 참고하여 금속 유기 골격체 화합물 촉매를 이용한 5원환탄산염 화합물의 제조방법을 상세히 설명하도록 한다. Below, a method for producing a 5-membered ring carbonate compound using a metal-organic framework compound catalyst will be described in detail with reference to FIG. 2.
도 2를 참고하면, 상기 5원환 탄산염 화합물 제조방법은 상기 금속 유기 골격체 화합물 촉매의 존재하에 에폭시화합물 및 이산화탄소를 반응하여 합성하는 것을 특징으로 한다. 상세하게는 상기 에폭시 화합물 및 이산화탄소를 반응시켜 에폭시 화합물에 존재하는 에폭사이드기(epoxide group)을 탄산염기(carbonate group)로 전환하여 5원환 탄산염을 제조하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 2, the method for producing the 5-membered ring carbonate compound is characterized by synthesizing the compound by reacting an epoxy compound and carbon dioxide in the presence of the metal-organic framework compound catalyst. Specifically, the method is characterized by reacting the epoxy compound and carbon dioxide to convert an epoxide group present in the epoxy compound into a carbonate group, thereby producing the 5-membered ring carbonate.
이때, 상기 에폭시 화합물 및 상기 금속 유기 골격체 화합물 촉매는 30:0.15 내지 30:3의 몰비로 반응하는 것으로, 상기 에폭시 화합물과 상기 금속 유기 골격체 화합물 촉매의 몰비가 30:0.15 미만일 경우 이산화탄소와의 부가반응이 잘 진행되지 못할 수 있으며, 상기 에폭시 화합물과 상기 금속 복합체 촉매의 몰비가 30:3을 초과할 경우 반응물의 확산을 방해하여 촉매의 효율이 떨어져 5원환 탄산염 화합물의 수율이 떨어질 수 있다.At this time, the epoxy compound and the metal organic framework compound catalyst react at a molar ratio of 30:0.15 to 30:3. If the molar ratio of the epoxy compound and the metal organic framework compound catalyst is less than 30:0.15, the addition reaction with carbon dioxide may not proceed well, and if the molar ratio of the epoxy compound and the metal complex catalyst exceeds 30:3, the diffusion of the reactant may be hindered, thereby lowering the efficiency of the catalyst and reducing the yield of the 5-membered ring carbonate compound.
또한, 상기 에폭시 화합물은 프로필렌 옥사이드(propylene oxide), 부틸렌 옥사이드(butylene oxide), 에피클로로하이드린(epichlorohydrin), 알릴 글리시딜 에테르(allyl glycidyl ether), 글리시돌(glycidol) 및 스티렌 옥사이드(styrene oxide) 중 선택되는 1종을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the epoxy compound includes one selected from propylene oxide, butylene oxide, epichlorohydrin, allyl glycidyl ether, glycidol, and styrene oxide.
또한, 상기 에폭시 화합물 및 이산화탄소를 반응하여 합성하는 단계는 조촉매를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 조촉매는 4급 암모늄 할로겐화합물인 것이 바림직하다. In addition, the step of reacting and synthesizing the epoxy compound and carbon dioxide is characterized by further including a cocatalyst. Preferably, the cocatalyst is a quaternary ammonium halide compound.
예를 들어, 상기 조촉매는 4급 암모늄 할로겐화합물인 테트라 부틸 암모늄 브로마이드(Tetrabutylammonium bromide, TBAB), 테트라 부틸 암모늄 클로라이드브로마이드(Tetrabutylammonium chloride, TBAC) 및 테트라 부틸 암모늄 아이오다이드(Tetrabutylammonium iodide, TBAI) 중 선택되는 1종일 수 있다. For example, the cocatalyst may be one selected from among quaternary ammonium halogen compounds such as tetrabutylammonium bromide (TBAB), tetrabutylammonium chloride (TBAC), and tetrabutylammonium iodide (TBAI).
또한, 상기 조촉매를 추가함에 따라 에폭시화합물을 활성화시킬 수 있는 것으로, 상기 에폭시 화합물 및 조촉매는 30:0.15 내지 30:3 몰비율로 추가되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 에폭시 화합물 및 조촉매의 몰비율이 30:0.15 미만으로 포함될 경우 에폭시 화합물 및 이산화탄소가 충분히 반응하지 못하여 미반응의 에폭시화합물이 반응물 내에 잔류할 수 있으며, 상기 조촉매가 30:3을 초과하여 포함될 경우 반응물의 확산을 방해하여 촉매 활성이 감소할 수 있다. In addition, the epoxy compound can be activated by adding the cocatalyst, and it is preferable that the epoxy compound and the cocatalyst are added in a molar ratio of 30:0.15 to 30:3. At this time, if the molar ratio of the epoxy compound and the cocatalyst is included in a ratio of less than 30:0.15, the epoxy compound and carbon dioxide may not sufficiently react, and unreacted epoxy compound may remain in the reactant, and if the cocatalyst is included in a ratio exceeding 30:3, diffusion of the reactant may be hindered, thereby reducing catalytic activity.
또한 상기 금속 유기 골격체 화합물 촉매는 상기 5원환 탄산염 화합물을 제조 후 회수하여 재사용 할 수 있다. 상세하게는, 상기 5원환 탄산염 화합물 및 촉매를 분리하기 위하여 반응물에 에테르를 추가함으로써 상기 촉매를 침전하여 분리하는 것을 특징으로 한다. 이때, 분리된 상기 5원환 탄산염 화합물은 증발하여 회수 할 수 있으며, 침전된 촉매는 여과(filter)를 통해 회수할 수 있다. 또한, 회수된 촉매는 세척하여 상기 5원환 탄산염 화합물을 제조하는데 재사용 하는 것이 바람직하다.In addition, the metal-organic framework compound catalyst can be recovered and reused after producing the five-membered ring carbonate compound. Specifically, the method is characterized in that the catalyst is precipitated and separated by adding ether to the reactant to separate the five-membered ring carbonate compound and the catalyst. At this time, the separated five-membered ring carbonate compound can be recovered by evaporation, and the precipitated catalyst can be recovered through filtration. In addition, it is preferable to wash the recovered catalyst and reuse it to produce the five-membered ring carbonate compound.
이하 본 발명을 실시예 및 실험예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples and experimental examples. However, the following examples and experimental examples are only illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples and experimental examples.
실시예. Example.
실시예 1. 금속 유기 골격체 화합물 촉매의 제조. (PNU-25)Example 1. Preparation of a metal-organic framework compound catalyst. (PNU-25)
벤젠디카르복실산(BDC), 비스-피리딜-디아자-부타디엔(BPDB) 및 Cu(NO3)2·3H2O을 디메틸포름아마이드:물:메탄올이 0.5:0.5:4의 비율로 혼합되어 있는 용매에 추가하여 15분동안 교반 후 오토클레이브에 넣어 85℃에서 48시간 동안 반응하였다. 하기에는 이에 따라 제조된 금속 유기 골격체 화합물 촉매를 PNU-25로 나타내었다.Benzenedicarboxylic acid (BDC), bis-pyridyl-diaza-butadiene (BPDB), and Cu(NO 3 ) 2 ·3H 2 O were added to a solvent containing dimethylformamide:water:methanol in a ratio of 0.5:0.5:4, stirred for 15 minutes, and then placed in an autoclave for reaction at 85°C for 48 hours. The metal-organic framework compound catalyst thus manufactured is denoted as PNU-25 below.
실시예 2. 아민 작용기를 포함하는 금속 유기 골격체 화합물 촉매의 제조.(PNU-25-NHExample 2. Preparation of a metal-organic framework compound catalyst containing an amine functional group. (PNU-25-NH 22 ))
아민작용기가 형성된 벤젠디카르복실산(BDC-NH2)을 벤젠디카르복실산(BDC) 대신에 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다. 하기에는 이에 따라 제조된 금속 유기 골격체 화합물 촉매를 PNU-25-NH2로 나타내었다. A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that benzenedicarboxylic acid (BDC-NH 2 ) having an amine functional group was used instead of benzenedicarboxylic acid (BDC). The metal-organic framework compound catalyst thus prepared is referred to as PNU-25-NH 2 .
도 3은 일 실시예에 따른 촉매의 XRD 결과를 나타낸 그래프이며, 도 4는 일 실시예에 따른 촉매의 FT-IR 결과를 나타낸 그래프이다.Fig. 3 is a graph showing the XRD results of a catalyst according to one embodiment, and Fig. 4 is a graph showing the FT-IR results of a catalyst according to one embodiment.
도 3을 참고하면, PNU-25 및 PNU-25-NH2모두 PNU-25 단결정 프로파일과 동일한 것을 확인 할 수 있다. 또한, 도 4를 참고하면 1655-1500cm-1범위에서 BDC에 해당하는 피크가 관찰되었으며, 1385-1580cm-1범위에서 BPDB에 해당하는 피크가 관찰되었다. 또한, 460-657cm-1범위에서 Cu-N 및 Cu-O에 해당하는 피크가 관찰되었다. Referring to Fig. 3, it can be confirmed that both PNU-25 and PNU-25-NH 2 have the same PNU-25 single crystal profile. In addition, referring to Fig. 4, peaks corresponding to BDC were observed in the range of 1655-1500 cm -1 , and peaks corresponding to BPDB were observed in the range of 1385-1580 cm -1 . In addition, peaks corresponding to Cu-N and Cu-O were observed in the range of 460-657 cm -1 .
즉, 도 3 및 도 4를 통하여 PNU-25 및 PNU25-NH2가 합성되었음을 확인할 수 있다.That is, it can be confirmed that PNU-25 and PNU25-NH 2 were synthesized through FIGS. 3 and 4.
도 5는 일 실시예에 따른 촉매의 SEM 이미지이다.Fig. 5 is a SEM image of a catalyst according to one embodiment.
도 5(a) 및 도 5(b)를 통하여 PNU-25 및 PNU-25-NH2가 가 블록 모양의 입자로 형성 되었음을 확인할 수 있다. 또한, 도 5(C)는 PNU-25-NH2에 대한 EDX 분석 결과로 질소, 산소 탄소 및 구리가 포함되어 있음을 확인할 수 있다.It can be confirmed through Fig. 5(a) and Fig. 5(b) that PNU-25 and PNU-25-NH 2 were formed into block-shaped particles. In addition, Fig. 5(C) shows the EDX analysis results for PNU-25-NH 2, which confirms that it contains nitrogen, oxygen, carbon, and copper.
실시예 3. PNU-25촉매의 존재에 따른 5원환 탄산염 화합물의 제조.Example 3. Preparation of a five-membered ring carbonate compound in the presence of a PNU-25 catalyst.
1mol%의 PNU-25촉매의 존재하에 에폭시 화합물 및 이산화탄소를 55℃에서 12시간동안 1bar의 압력으로 반응하여 5원환 탄산염 화합물을 제조하였다. A five-membered ring carbonate compound was prepared by reacting an epoxy compound and carbon dioxide at 55°C for 12 hours under a pressure of 1 bar in the presence of 1 mol% of PNU-25 catalyst.
실시예 4. PNU-25촉매 및 조촉매의 존재에 따른 5원환 탄산염 화합물의 제조.Example 4. Preparation of a five-membered ring carbonate compound in the presence of a PNU-25 catalyst and a cocatalyst.
PNU-25촉매 및 조촉매인 TBAB 존재하에 에폭시 화합물 및 이산화탄소를 80℃에서 12시간동안 반응하여 5원환 탄산염 화합물을 제조하였다. A five-membered ring carbonate compound was prepared by reacting an epoxy compound and carbon dioxide at 80°C for 12 hours in the presence of a PNU-25 catalyst and a cocatalyst, TBAB.
실시예 5. PNU-25-NHExample 5. PNU-25-NH 22 촉매의 존재에 따른 5원환 탄산염 화합물의 제조.Preparation of five-membered ring carbonate compounds in the presence of a catalyst.
PNU-25-NH2촉매를 사용한 것을 제외하고 실시예 3과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 3, except that the PNU-25-NH 2 catalyst was used.
실시예 6. PNU-25-NHExample 6. PNU-25-NH 22 촉매 및 조촉매의 존재에 따른 5원환 탄산염 화합물의 제조.Preparation of five-membered ring carbonate compounds in the presence of catalysts and cocatalysts.
PNU-25-NH2촉매를 사용한 것을 제외하고 실시예 4와 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 4, except that the PNU-25-NH 2 catalyst was used.
비교예Comparative example
비교예 1.Comparative Example 1.
촉매를 추가하지 않고 에폭시 화합물 및 이산화탄소를 80℃에서 12시간동안 반응하여 5원환 탄산염 화합물을 제조하였다. A five-membered ring carbonate compound was prepared by reacting an epoxy compound and carbon dioxide at 80°C for 12 hours without adding a catalyst.
비교예 2 내지 비교예 6Comparative Examples 2 to 6
촉매의 종류를 변화시켜 에폭시 화합물 및 이산화탄소를 80℃에서 12시간동안 반응하여 5원환 탄산염 화합물을 제조하였다. By changing the type of catalyst, a five-membered ring carbonate compound was prepared by reacting an epoxy compound and carbon dioxide at 80°C for 12 hours.
하기 표 1은 실시예3 내지 실시예 6, 비교예 1 내지 비교예 6에 따라 합성된 5원환 탄산염 화합물의 전환율 및 선택도를 나타낸 것이다.Table 1 below shows the conversion rate and selectivity of the five-membered ring carbonate compounds synthesized according to Examples 3 to 6 and Comparative Examples 1 to 6.
표 1을 참고하면, PNU-25를 촉매로 사용한 실시예 3 대비 PNU-25-NH2를 촉매로 사용한 실시예 4의 5원환 탄산염 화합물 전환율이 높은 것을 확인 할 수 있다. 즉, 아민 작용기를 추가함에 따라 이산화탄소의 흡착을 활성화시켜 촉매특성이 향상되었음을 확인 할 수 있다.Referring to Table 1, it can be confirmed that the conversion rate of the 5-membered ring carbonate compound in Example 4 using PNU-25-NH 2 as a catalyst is higher than that in Example 3 using PNU-25 as a catalyst. That is, it can be confirmed that the catalytic properties were improved by activating the adsorption of carbon dioxide by adding an amine functional group.
또한, 5원환 탄산염 화합물 합성 시 PNU-25 촉매 또는 PNU-25-NH2 촉매에 조촉매를 함께 추가함에 따라 실시예 5와 실시예 6에서 전환율이 크게 향상되었음을 확인 할 수 있다. 특히 실시예 6의 전환율이 가장 높게 나타났는데 이것은 PNU-25-NH2 촉매와 조촉매의 시너지 효과에 기인하여 에폭사이드 화합물과 이산화탄소의 활성화가 동시에 촉진되기 때문이다. In addition, it can be confirmed that the conversion rate was significantly improved in Examples 5 and 6 by adding a cocatalyst together with the PNU-25 catalyst or the PNU-25-NH 2 catalyst during the synthesis of a 5-membered ring carbonate compound. In particular, the conversion rate of Example 6 was the highest, which is because the activation of the epoxide compound and carbon dioxide was simultaneously promoted due to the synergistic effect of the PNU-25-NH 2 catalyst and the cocatalyst.
실시예 7 내지 실시예 12. 에폭사이드 화합물에 따른 5원환 탄산염 화합물의 제조.Examples 7 to 12. Preparation of five-membered ring carbonate compounds using epoxide compounds.
1mol% PNU-25-NH2촉매 및 0.5mol% TBAB 조촉매의 존재하에 에폭시 화합물 및 이산화탄소를 55℃에서 12시간동안 1bar의 압력으로 반응하여 5원환 탄산염 화합물을 제조하였다. 하기 표 2는 에폭시 화합물 종류에 따른 제조 된 5원환 탄산염 화합물을 나타낸 것이며, 표 3은 합성에 따른 전환율 및 선택도를 나타낸 것이다. 이때, 상기 에폭시 화합물은 에피클로로하이드린, 프로필렌 옥사이드, 알릴 글리시딜 에테르, 부틸렌 옥사이드, 스티렌 옥사이드, 및 사이클로헥센 옥사이드를 이용하여 합성하였다.A five-membered ring carbonate compound was prepared by reacting an epoxy compound and carbon dioxide at 55°C for 12 hours under a pressure of 1 bar in the presence of a 1 mol% PNU-25-NH 2 catalyst and a 0.5 mol% TBAB cocatalyst. Table 2 below shows the five-membered ring carbonate compounds prepared according to the type of epoxy compound, and Table 3 shows the conversion and selectivity according to the synthesis. At this time, the epoxy compound was synthesized using epichlorohydrin, propylene oxide, allyl glycidyl ether, butylene oxide, styrene oxide, and cyclohexene oxide.
상기 실시예 6 내지 실시예 9는 지방족 에폭사이드로 전환율이 높은 것을 확인 할 수 있다. 이는 에폭사이드 화합물의 에폭사이드기의 고리가 빠르게 열려 고리형 탄산염으로의 전환이 촉진되어 전환율이 높아 질 수 있다. It can be confirmed that the above Examples 6 to 9 have a high conversion rate to aliphatic epoxide. This can be because the ring of the epoxide group of the epoxide compound is rapidly opened, promoting the conversion to a cyclic carbonate, thereby increasing the conversion rate.
한편 실시예 10 내지 실시예 11은 구조가 큰 터미널 에폭사이드 화합물의 경우로서 에폭사이드로 전환율이 상대적으로 낮은 것을 확인 할 수 있다. Meanwhile, Examples 10 and 11 are cases of terminal epoxide compounds with large structures, and it can be confirmed that the conversion rate to epoxide is relatively low.
실시예 12. 촉매의 회수 및 재사용Example 12. Recovery and reuse of catalyst
상기 5원환 탄산염 화합물을 제조한 뒤 생성물과 촉매를 분리하기 위하여, 소량의 에테르(ether)를 추가하여 재침전과 여과를 함으로써 촉매를 회수하고 잔여물을 증류를 통해 에테르(ether)를 분리하여 최종적으로 생성물을 얻었다. After preparing the above five-membered ring carbonate compound, in order to separate the product and the catalyst, a small amount of ether was added, and the catalyst was recovered by re-precipitation and filtration, and the residue was distilled to separate the ether, thereby finally obtaining the product.
또한, 상기 회수된 촉매의 존재하에 에폭시 화합물 및 이산화탄소를 55℃, 반응압력 1bar에서 12시간동안 반응하여 5원환 탄산염 화합물을 제조하였다. In addition, a five-membered ring carbonate compound was prepared by reacting an epoxy compound and carbon dioxide in the presence of the recovered catalyst at 55°C and a reaction pressure of 1 bar for 12 hours.
도 6은 일 실시예에 따른 5원환 탄산염 제조 후 회수한 촉매의 XRD 결과를 나타낸 그래프이며, 도 7은 일 실시예에 따른 5원환 탄산염 제조 후 회수한 촉매의 FT-IR 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the XRD results of a catalyst recovered after manufacturing a 5-membered ring carbonate according to one embodiment, and FIG. 7 is a graph showing the FT-IR results of a catalyst recovered after manufacturing a 5-membered ring carbonate according to one embodiment.
도 6 및 도 7을 통하여, 합성 된 촉매 및 회수 후 촉매의 XRD 결과 및 FT-IR 결과가 동일한 것을 확인 할 수 있다. 즉, 이를 통하여 촉매에 영향을 주지 않고 촉매를 회수 할 수 있음을 확인 할 수 있다. Through Figures 6 and 7, it can be confirmed that the XRD results and FT-IR results of the synthesized catalyst and the recovered catalyst are identical. In other words, it can be confirmed that the catalyst can be recovered without affecting the catalyst.
도 8은 일 실시예에 따른 5원환 탄산염 제조 후 회수한 촉매의 SEM 이미지이다.Figure 8 is a SEM image of a catalyst recovered after manufacturing a 5-membered ring carbonate according to one embodiment.
도 8을 참고하면, 회수 된 촉매 또한, 탄소, 질소, 산소 및 구리가 포함되어 있음을 확인 할 수 있다.Referring to Fig. 8, it can be confirmed that the recovered catalyst also contains carbon, nitrogen, oxygen, and copper.
도 9는 일 실시예에 따른 촉매 회수 후 재사용 횟수에 따른 5원환 탄산염 전환율 및 선택도를 나타낸 그래프이다. Figure 9 is a graph showing the conversion rate and selectivity of a five-membered ring carbonate according to the number of times the catalyst is reused after recovery according to one embodiment.
도 9를 참고하면, 3회 반복 시 91% 이상의 높은 전환율을 나타냈으며, 5회 이상 반복 사용 시 86% 이상의 높은 전환율을 나타난 것으로, 촉매를 재사용하여도 전환률 및 선택도가 크게 감소되지 않는 것을 확인 할 수 있었다. 즉, 이를 통하여 본 발명에 따라 제조된 금속 유기 골격체 화합물 촉매는 회수 및 재사용이 가능하다는 것을 확인 할 수 있다.Referring to Fig. 9, a high conversion rate of over 91% was observed when repeated three times, and a high conversion rate of over 86% was observed when repeated five or more times, confirming that the conversion rate and selectivity did not decrease significantly even when the catalyst was reused. In other words, it can be confirmed through this that the metal-organic framework compound catalyst manufactured according to the present invention can be recovered and reused.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Although this specification describes only a few examples among various embodiments performed by the inventors of the present invention, the technical idea of the present invention is not limited or restricted thereto, and can be modified and implemented in various ways by those skilled in the art.
Claims (17)
상기 금속 유기 골격체를 연결하는 유기 연결제 및 구조 연결제;를 포함하는 것이고,
상기 유기 연결제는
비스피리딜디아자부타디엔([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene, BPDB])을 포함하고,
상기 구조 연결제는
벤젠디카르보실산(4,4'-benzenedicarboxylic acid, BDC)를 포함하고,
에폭시화합물 및 이산화탄소를 반응하여 합성하여, 5원환 탄산염 화합물의 제조하기 위한 것이며,
에폭시화합물 및 이산화탄소의 반응 조건은 55℃ 내지 80℃ 및 1bar인,
금속 유기 골격체 화합물 촉매.Metal-organic frameworks containing copper hydride;
It comprises an organic linker and a structural linker connecting the above metal-organic framework;
The above organic linker
Contains bispyridyldiazabutadiene ([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene, BPDB]),
The above structural connector
Contains 4,4'-benzenedicarboxylic acid (BDC),
It is for the production of a 5-membered ring carbonate compound by reacting and synthesizing an epoxy compound and carbon dioxide.
The reaction conditions of the epoxy compound and carbon dioxide are 55°C to 80°C and 1 bar.
Metal-organic framework compound catalysts.
상기 구조 연결제는
아민 작용기를 더 포함하는 것인,
금속 유기 골격체 화합물 촉매.In the first paragraph,
The above structural connector
which further contains an amine functional group,
Metal-organic framework compound catalysts.
상기 금속 유기 골격체 화합물은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 것으로,
하기 화학식 1의 화합물의 구조단위가 반복되는 3차원 망상구조인 것인,
금속 유기 골격체 화합물 촉매.
[화학식 1]
[Cu(BPDB)0.5(BDC)]n
[화학식 2]
[Cu(BPDB)0.5(BDC-NH2)]n
(상기 화학식 1 및 2에서, BPDB는 비스피리딜디아자부타디엔([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene]이고, BDC는 벤젠디카르보실산(4,4'-benzenedicarboxylic acid)임)In the first paragraph,
The above metal organic framework compound is represented by the following chemical formula 1 or chemical formula 2,
The structural unit of the compound of the following chemical formula 1 is a three-dimensional network structure in which it repeats.
Metal-organic framework compound catalysts.
[Chemical Formula 1]
[Cu(BPDB) 0.5 (BDC)] n
[Chemical Formula 2]
[Cu(BPDB) 0.5 (BDC-NH 2 )] n
(In the above chemical formulas 1 and 2, BPDB is bispyridyldiazabutadiene ([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene]), and BDC is benzenedicarboxylic acid (4,4'-benzenedicarboxylic acid).
상기 혼합물을 용매에 용해하고 반응하여 금속 유기 골격체 화합물을 합성하는 단계;를 포함하고,
상기 유기 연결제는
비스피리딜디아자부타디엔([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene, BPDB])을 포함하고,
상기 구조 연결제는
벤젠디카르보실산(4,4'-benzenedicarboxylic acid, BDC)를 포함하고,
에폭시화합물 및 이산화탄소를 반응하여 합성하여, 5원환 탄산염 화합물의 제조하기 위한 것이며,
에폭시화합물 및 이산화탄소의 반응 조건은 55℃ 내지 80℃ 및 1bar인,
금속 유기 골격체 화합물 촉매의 제조방법.A step of forming a mixture by mixing a metal organic framework including an organic linker, a structural linker and copper hydride; and
A step of dissolving the above mixture in a solvent and reacting to synthesize a metal-organic framework compound;
The above organic linker
Contains bispyridyldiazabutadiene ([1,4-bis(4-pyridyl)-2,3-diaza-1,3-butadiene, BPDB]),
The above structural connector
Contains 4,4'-benzenedicarboxylic acid (BDC),
It is for the production of a 5-membered ring carbonate compound by reacting and synthesizing an epoxy compound and carbon dioxide.
The reaction conditions of the epoxy compound and carbon dioxide are 55°C to 80°C and 1 bar.
Method for preparing a metal-organic framework compound catalyst.
혼합물을 형성하는 단계는,
상기 유기 연결제 및 구조 연결제를 혼합하여 리간드용액을 제조하고,
상기 리간드 용액을 구리수화물과 혼합하는 것인,
금속 유기 골격체 화합물 촉매의 제조방법.In paragraph 6,
The step of forming the mixture is,
A ligand solution is prepared by mixing the above organic linker and structural linker,
Mixing the above ligand solution with copper hydrate,
Method for preparing a metal-organic framework compound catalyst.
상기 구조 연결제는,
아민 작용기가 형성된 구조연결제를 더 포함하는 것인
금속 유기 골격체 화합물 촉매의 제조방법.In paragraph 6,
The above structural connector is,
It further includes a structural linker in which an amine functional group is formed.
Method for preparing a metal-organic framework compound catalyst.
상기 용매는 디메틸포름아마이드, 메탄올, 증류수 및 이의 혼합물 중 선택되는 1종 이상인 것인,
금속 유기 골격체 화합물 촉매의 제조방법.In paragraph 6,
The above solvent is at least one selected from dimethylformamide, methanol, distilled water, and mixtures thereof.
Method for preparing a metal-organic framework compound catalyst.
상기 금속 유기 골격체 화합물 촉매의 존재 하에 에폭시화합물 및 이산화탄소를 반응하여 합성하는 단계;를 포함하는 것인,
5원환 탄산염 화합물의 제조방법.A method for producing a five-membered ring carbonate compound using the metal organic framework compound catalyst of Article 1,
A step of synthesizing an epoxy compound and carbon dioxide by reacting them in the presence of the metal-organic framework compound catalyst;
Method for producing a five-membered ring carbonate compound.
상기 에폭시 화합물은 프로필렌 옥사이드(propylene oxide), 부틸렌 옥사이드(butylene oxide), 에피클로로하이드린(epichlorohydrin), 알릴 글리시딜 에테르(allyl glycidyl ether), 글리시돌(glycidol) 및 스티렌 옥사이드(styrene oxide) 중 선택되는 1종을 포함하는 것인,
5원환 탄산염 화합물의 제조방법.In Article 12,
The above epoxy compound comprises one selected from propylene oxide, butylene oxide, epichlorohydrin, allyl glycidyl ether, glycidol, and styrene oxide.
Method for producing a five-membered ring carbonate compound.
상기 에폭시 화합물은 상기 금속 유기 골격체 화합물 촉매와 30:0.15 내지 30:3의 몰비로 반응하는 것인,
5원환 탄산염 화합물의 제조방법.In Article 12,
The above epoxy compound reacts with the metal organic framework compound catalyst at a molar ratio of 30:0.15 to 30:3.
Method for producing a five-membered ring carbonate compound.
상기 에폭시화합물 및 이산화탄소를 반응하여 합성하는 단계는,
조촉매를 더 포함하는 것으로,
상기 조촉매는 테트라 부틸 암모늄 브로마이드(Tetrabutylammonium bromide, TBAB), 테트라 부틸 암모늄 클로라이드브로마이드(Tetrabutylammonium chloride, TBAC) 및 테트라 부틸 암모늄 아이오다이드(Tetrabutylammonium iodide, TBAI) 중 선택되는 1종인 것인,
5원환 탄산염 화합물의 제조방법.In Article 12,
The step of synthesizing by reacting the above epoxy compound and carbon dioxide is:
By including more co-catalysts,
The above cocatalyst is one selected from among tetrabutylammonium bromide (TBAB), tetrabutylammonium chloride (TBAC), and tetrabutylammonium iodide (TBAI).
Method for producing a five-membered ring carbonate compound.
상기 금속 유기 골격체 화합물 촉매는,
5원환 탄산염 화합물 제조 후 회수하여 재사용이 가능한 것인,
5원환 탄산염 화합물의 제조방법.In Article 12,
The above metal-organic framework compound catalyst is,
It is possible to recover and reuse the 5-membered ring carbonate compound after manufacturing it.
Method for producing a five-membered ring carbonate compound.
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| Bhavesh Parmar 외, Inorg. Chem., 2019, 58, 10084~10096 (2019.07.19.) |
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