KR101172615B1 - 무수당 알코올의 증류 방법 및 이를 이용한 무수당 알코올의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
무수당 알코올의 증류 방법 및 이를 이용한 무수당 알코올의 제조 방법이 제공된다. 상기 증류 방법은, 무수당 알코올을 포함하는 혼합 용액에 당류를 첨가하여 증류하는 단계를 포함하고, 상기 제조 방법은, 당 알코올을 탈수반응시켜 무수당 알코올을 형성하는 단계 및 상기 무수당 알코올을 포함하는 혼합 용액에 당류를 첨가하여 증류하는 단계를 포함한다. 상기 당류는 단당류, 이당류, 및 당 알코올 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 무수당 알코올의 증류 및 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무수당 알코올의 증류에 당류를 이용하는 무수당 알코올의 증류 방법과 이를 이용한 무수당 알코올의 제조 방법에 관한 것이다.
당 알코올은 당류가 갖는 환원성 말단기에 수소를 부가하여 얻어지는 화합물로서, 탄소수에 따라 테트리톨, 펜티톨, 헥시톨 및 헵티톨로 분류될 수 있다. 그 중에서 탄소수가 6개인 헥시톨에는 소르비톨, 만니톨, 이디톨 등이 속하며 소르비톨과 만니톨은 특히 효용성이 큰 물질이다.
전분에서 유래한 무수당 알코올은 분자 내 하이드록시기가 두 개인 디올(diol) 형태로 상기 당 알코올로부터 제조될 수 있다. 상기 무수당 알코올은 재생 가능한 천연자원으로부터 유래한 친환경 자원이라는 점에서 오래전부터 많은 관심과 함께 제조 방법에 관한 연구가 진행되어 오고 있다.
상기 무수당 알코올은 심장 및 혈관 질환 치료, 패치의 접착제, 구강 청정제 등의 약제로 유용하고 화장품 산업에서 조성물의 용매, 식품산업에서 유화제 등으로 사용될 수 있다. 또, 폴리에스테르 고분자와 같은 플라스틱산업에서 매우 유용하며, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리우레탄 등의 유리전이온도를 올릴 수 있고 강도 개선효과가 있어 생분해성 친환경소재로 활용 가치가 높다. 또, 접착제, 친환경 가소제, 생분해성 고분자, 수용성 락카의 친환경 용매로도 사용될 수 있는 것으로 알려져 있다.
이와 같이, 무수당 알코올을 산업적으로 다양하게 활용할 수 있지만, 종래 방법으로 무수당 알코올을 제조하면 증류 수율 등이 낮은 문제점이 있어 아직 그 이용이 미흡하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 증류 수율이 높은 무수당 알코올의 증류 방법을 제공한다.
본 발명은 상기 증류 방법을 이용한 무수당 알코올의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 무수당 알코올의 증류 방법은, 무수당 알코올을 포함하는 혼합 용액에 당류를 첨가하여 증류하는 단계를 포함한다.
상기 당류는 단당류, 이당류, 및 당 알코올 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 단당류는 글루코오스, 프룩토스, 만노스, 갈락토스, 리보스, 아리비노스, 및 자일로스 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 이당류는 수크로스, 말토스, 및 락토스 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 당 알코올은 소르비톨, 만니톨, 및 이디톨 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 무수당 알코올의 제조 방법은, 당 알코올을 탈수반응시켜 무수당 알코올을 형성하는 단계 및 상기 무수당 알코올을 포함하는 혼합 용액에 당류를 첨가하여 증류하는 단계를 포함한다.
상기 당 알코올은 헥시톨을 포함할 수 있다. 상기 헥시톨은 소르비톨, 만니톨, 이디톨, 및 갈락티톨 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 당류는 단당류, 이당류, 및 당 알코올 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 단당류는 글루코오스, 프룩토스, 만노스, 갈락토스, 리보스, 아리비노스, 및 자일로스 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 이당류는 수크로스, 말토스, 및 락토스 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 당 알코올은 소르비톨, 만니톨, 및 이디톨 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 무수당 알코올은 이소소르비드(1,4-3,6-디안히드로소르비톨), 이소만니드(1,4-3,6-디안히드로만니톨), 또는 이소이디드(1,4-3,6-디안히드로이디톨)일 수 있다.
상기 탈수반응은 산 촉매에 의해 진행될 수 있다. 상기 산 촉매는, 황산, 염산, 및 인산 중에서 선택된 단일 산이거나, 황산과, p-톨루엔 설폰산, 메탄 설폰산, 에탄 설폰산, 벤젠 설폰산, 나프탈렌 설폰산, 및 황산 알루미늄 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 혼합 산일 수 있다.
상기 당류는 상기 당 알코올 100중량부에 대하여 1 ~ 20중량부로 첨가될 수 있다.
상기 증류는 150 ~ 250℃의 온도에서 진공 하에 수행될 수 있다.
상기 무수당 알코올의 제조 방법은, 상기 증류를 수행하기 전에, 상기 혼합 용액에 알칼리를 첨가하여 중화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 무수당 알코올의 제조 방법은, 상기 증류에 의해 얻어진 증류액을 탈색하기 위해 활성탄 처리, 활성백토 처리 및 이온정제 처리 중에서 하나 이상을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 무수당 알코올의 증류에 당류를 사용하여 증류 효율이 향상될 수 있다. 설비나 공정의 추가없이 증류 수율이 향상될 수 있다. 또 무수당 알코올의 유동성이 현저하게 개선되어 공정이 용이하고 진행될 수 있고, 증류 수율이 향상될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 제조 방법에서 사용되는 당류는 바이오매스로서 친환경 녹색산업의 주요 원료인 친환경 물질이며, 전분 등의 활용범위를 확대할 수 있어서 산업적으로 매우 유용하다.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
본 명세서에서, 무수당 알코올은 당 알코올의 내부 구조에서 하나 이상의 물 분자를 제거하여 얻은 물질을 의미할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 무수당 알코올의 증류 방법은, 무수당 알코올을 포함하는 혼합 용액에 당류를 첨가하여 증류하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 당류는 단당류, 이당류, 및 당 알코올 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 단당류는 글루코오스, 프룩토스, 만노스, 갈락토스, 리보스, 아리비노스, 및 자일로스 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 이당류는 수크로스, 말토스, 및 락토스 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 당 알코올은 소르비톨, 만니톨, 및 이디톨 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기와 같이, 무수당 알코올을 포함하는 혼합 용액에 당류를 첨가하여 증류함으로써 증류 수율이 증가될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 무수당 알코올의 제조 방법은, 상기 무수당 알코올의 증류 방법을 이용한 것으로서, 당 알코올을 탈수반응시켜 무수당 알코올을 형성하는 단계 및 상기 무수당 알코올을 포함하는 혼합 용액에 당류를 첨가하여 증류하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 당 알코올은 헥시톨을 포함할 수 있다. 상기 헥시톨은 소르비톨, 만니톨, 이디톨, 및 갈락티톨 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 당류는 단당류, 이당류, 및 당 알코올 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 무수당 알코올의 증류 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 단당류는 글루코오스, 프룩토스, 만노스, 갈락토스 등의 육탄당과, 리보스, 아리비노스, 자일로스 등의 오탄당 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 이당류는 수크로스, 말토스, 및 락토스 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 당 알코올은 소르비톨, 만니톨, 및 이디톨 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 당류로 전분에서 유래하는 글루코오스, 사탕수수에서 유래하는 수크로스, 또는 글루코오스에 수첨 반응을 통해 쉽게 제조될 수 있는 소르비톨을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 무수당 알코올은 이소소르비드(1,4-3,6-디안히드로소르비톨), 이소만니드(1,4-3,6-디안히드로만니톨), 또는 이소이디드(1,4-3,6-디안히드로이디톨)일 수 있다.
상기 탈수반응은 산 촉매에 의해 진행될 수 있다. 상기 산 촉매는, 황산, 염산, 및 인산 중에서 선택된 단일 산이거나, 황산과, p-톨루엔 설폰산, 메탄 설폰산, 에탄 설폰산, 벤젠 설폰산, 나프탈렌 설폰산, 및 황산 알루미늄 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 혼합 산일 수 있다.
상기 당류는 상기 당 알코올 100중량부에 대하여 1 ~ 20중량부로 첨가될 수 있다. 상기 당류의 첨가량이 1 중량부 미만이면 유동성이 크게 개선되지 않아 증류 효율의 향상이 크지 않을 수 있고, 20 중량부 초과이면 증류 효율이 크게 향상되지 않고 당류 첨가량 증가에 따른 경제성이 저하될 수 있다.
상기 증류는 150 ~ 250℃의 온도와 5mmHg 이하의 진공 조건에서 수행될 수 있다. 상기 증류 온도가 150℃ 미만이면 높은 순도의 무수당 알코올이 얻어질 수 있으나 무수당 알코올의 증류가 잘 이루어지지 않을 수 있고, 250℃ 초과이면 탄화되거나 고분자 물질이 생성될 수 있고, 발색 물질이 형성되어 색상이 진해지면 탈색이 어려워질 수 있다. 상기 증류는 일반적인 증류기, 예를 들어 박막 증류기 등을 사용하여 수행될 수 있다.
상기 증류를 수행하기 전에, 상기 혼합 용액에 알칼리를 첨가하여 중화할 수 있다. 상기 증류에 의해 얻어진 증류액을 탈색하기 위해 활성탄 처리, 활성백토 처리 및 이온정제 처리 중에서 하나 이상을 수행할 수 있다.
실시예
및
비교예
실시예
1
당 알코올인 소르비톨 분말(D-소르비톨, ㈜삼양제넥스) 1,200g을 교반기가 부착된 4구 유리 반응기에 넣고 온도를 110℃로 승온하여 녹였다. 상기 반응기에 진한 황산(덕산화공, 95%) 12g과 메탄 설폰산(시그마, 70%) 7.2g을 각각 투입한 후에 반응 온도를 135℃로 승온하였다. 온도를 유지하며 4시간 동안 3mmHg의 진공 조건에서 탈수 반응을 진행하여 상기 소르비톨을 무수당 알코올인 이소소르비드로 전환시켰다. 상기 무수당 알코올로의 전환율은 89.5%이었다.
상기 반응기의 온도를 110℃로 낮춘 후에 상기 탈수 반응이 진행된 혼합 용액에 50% 수산화나트륨 용액(삼전순약)을 31.2g 첨가하여 중화시켰다. 중화가 완료된 상기 혼합 용액에 유동성 향상을 위한 당류로서 당 알코올인 소르비톨 분말 60g을 넣고 교반하여 용융시킨 후 온도를 220℃로 승온하면서 3mmHg의 진공 하에 증류시켰다. 이렇게 얻어진 증류액의 양을 측정하고 고성능 액체 크로마토분석기(HPLC, high performance liquid chromatography)로 무수당 알코올의 순도를 측정하였다. 무수당 알코올의 증류 수율은 68.0%이었고, 순도는 96.2%이었다.
실시예
2
유동성 향상을 위한 당류로서 소르비톨 분말 120.0g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 무수당 알코올의 증류 수율은 69.6%이었고, 순도는 96.1%이었다.
실시예
3
유동성 향상을 위한 당류로서 소르비톨 분말 180.0g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 무수당 알코올의 증류 수율은 70.7%이었고, 순도는 96.0%이었다.
실시예 4
유동성 향상을 위한 당류로서 소르비톨 분말 240.0g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 무수당 알코올의 증류 수율은 71.2%이었고, 순도는 96.0%이었다.
실시예
5
유동성 향상을 위한 당류로서 단당류인 글루코오스 분말(무수결정포도당, ㈜삼양제넥스) 120.0g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 무수당 알코올의 증류 수율은 65.2%이었고, 순도는 95.9%이었다.
실시예
6
유동성 향상을 위한 당류로서 이당류인 수크로스 분말(백설탕, ㈜삼양사) 120.0g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 무수당 알코올의 증류 수율은 64.6%이었고, 순도는 95.9%이었다.
비교예
1
유동성 향상을 위한 당류를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 무수당 알코올의 증류 수율은 56.7%이었고, 순도는 96.2%이었다.
상기 실시예 1~5 및 비교예 1에서 제조된 무수당 알코올에서의 전환율 분석은 가스 크로마토분석기(GC, gas chromatography, HP5890)를 이용하여 실시하였고, 순도 분석은 고성능 액체 크로마토분석기(HPLC, high performance liquid chromatography, HP1100)를 이용하여 실시하였다. 측정된 무수당 알코올의 순도 및 증류 수율을 아래 표 1에 나타내었다.
전환율(%): 생성된 무수당 알코올 몰수 / 투입된 헥시톨 몰수 x 100
순도(%): 증류액 내 무수당 알코올 중량 / 증류액 중량 x 100
증류 수율(%): 증류액 내 무수당 알코올 몰수 / 투입된 헥시톨 몰수 x 100
| 당류의 첨가량 (당 알코올 100중량부 기준) |
순도(%) | 증류 수율(%) | |
| 실시예 1 | 소르비톨 5중량부 | 96.2 | 68.0 |
| 실시예 2 | 소르비톨 10중량부 | 96.1 | 69.6 |
| 실시예 3 | 소르비톨 15중량부 | 96.0 | 70.7 |
| 실시예 4 | 소르비톨 20중량부 | 96.0 | 70.5 |
| 실시예 5 | 글루코오스 10중량부 | 95.9 | 65.2 |
| 실시예 6 | 수크로스 10중량부 | 95.9 | 64.6 |
| 비교예 1 | - | 96.2 | 56.7 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 당 알코올이 탈수 반응에 의해 무수당 알코올로 전환된 후 유동성 향상을 위한 당류를 첨가하여 증류를 수행함으로써 증류 수율이 증가하는 것을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (15)
- 무수당 알코올을 포함하는 혼합 용액에 당류를 첨가하여 증류하는 단계를 포함하는 무수당 알코올의 증류 방법.
- 청구항 1에서,
상기 당류는 단당류, 이당류, 및 당 알코올 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 증류 방법. - 청구항 2에서,
상기 단당류는 글루코오스, 프룩토스, 만노스, 갈락토스, 리보스, 아리비노스, 및 자일로스 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 이당류는 수크로스, 말토스, 및 락토스 중에서 선택된 하나 이상을 포함하며,
상기 당 알코올은 소르비톨, 만니톨, 및 이디톨 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 증류 방법. - 당 알코올을 탈수반응시켜 무수당 알코올을 형성하는 단계; 및
상기 무수당 알코올을 포함하는 혼합 용액에 당류를 첨가하여 증류하는 단계를 포함하는 무수당 알코올의 제조 방법. - 청구항 4에서,
상기 당 알코올은 헥시톨을 포함하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조 방법. - 청구항 5에서,
상기 헥시톨은 소르비톨, 만니톨, 이디톨, 및 갈락티톨 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조 방법. - 청구항 4에서,
상기 당류는 단당류, 이당류, 및 당 알코올 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조 방법. - 청구항 7에서,
상기 단당류는 글루코오스, 프룩토스, 만노스, 갈락토스, 리보스, 아리비노스, 및 자일로스 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 이당류는 수크로스, 말토스, 및 락토스 중에서 선택된 하나 이상을 포함하며,
상기 당 알코올은 소르비톨, 만니톨, 및 이디톨 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조 방법. - 청구항 4에서,
상기 무수당 알코올은 이소소르비드(1,4-3,6-디안히드로소르비톨), 이소만니드(1,4-3,6-디안히드로만니톨), 또는 이소이디드(1,4-3,6-디안히드로이디톨)인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조 방법. - 청구항 4에서,
상기 탈수반응은 산 촉매에 의해 진행되는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조 방법. - 청구항 10에서,
상기 산 촉매는,
황산, 염산, 및 인산 중에서 선택된 단일 산이거나,
황산과, p-톨루엔 설폰산, 메탄 설폰산, 에탄 설폰산, 벤젠 설폰산, 나프탈렌 설폰산, 및 황산 알루미늄 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 혼합 산인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조 방법. - 청구항 4에서,
상기 당류는 상기 당 알코올 100중량부에 대하여 1 ~ 20중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조 방법. - 청구항 4에서,
상기 증류는 150 ~ 250℃의 온도에서 진공 하에 수행되는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조 방법. - 청구항 4에서,
상기 증류를 수행하기 전에, 상기 혼합 용액에 알칼리를 첨가하여 중화하는 단계를 더 포함하는 무수당 알코올의 제조 방법. - 청구항 4에서,
상기 증류에 의해 얻어진 증류액을 탈색하기 위해 활성탄 처리, 활성백토 처리 및 이온정제 처리 중에서 하나 이상을 수행하는 단계를 더 포함하는 무수당 알코올의 제조 방법.
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