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KR20160044777A - Method of Preparing Anhydrosugar Alcohols by Using Nonevaporated Catalyst - Google Patents

Method of Preparing Anhydrosugar Alcohols by Using Nonevaporated Catalyst Download PDF

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KR20160044777A
KR20160044777A KR1020140139664A KR20140139664A KR20160044777A KR 20160044777 A KR20160044777 A KR 20160044777A KR 1020140139664 A KR1020140139664 A KR 1020140139664A KR 20140139664 A KR20140139664 A KR 20140139664A KR 20160044777 A KR20160044777 A KR 20160044777A
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catalyst
reaction
alcohol
isosorbide
yield
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이상일
손성열
최영보
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

본 발명은 무수당 알코올의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응 중 촉매의 증발 없이 그 활성을 유지시킬 수 있는 촉매 존재하에 당 알코올을 탈수시켜 무수당 알코올을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무수당 알코올의 제조방법은 반응 중 촉매의 증발 없이 그 활성을 유지시킬 수 있는 촉매 존재하에 당 알코올을 탈수시켜 무수당 알코올의 수율을 증가시킬 수 있다.More particularly, the present invention relates to a method for preparing anhydrosugar alcohol by dehydrating sugar alcohol in the presence of a catalyst capable of maintaining its activity without evaporation of the catalyst during the reaction. The process for preparing anhydrosugar alcohol according to the present invention can increase the yield of anhydrosugar alcohol by dehydrating sugar alcohol in the presence of a catalyst capable of maintaining its activity without evaporation of the catalyst during the reaction.

Description

무증발 촉매를 이용한 무수당 알코올의 제조방법{Method of Preparing Anhydrosugar Alcohols by Using Nonevaporated Catalyst}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method for preparing anhydrous alcohol by using an evaporation catalyst,

본 발명은 무수당 알코올의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응 중 촉매의 증발 없이 그 활성을 유지시킬 수 있는 촉매 존재하에 당 알코올을 탈수시켜 무수당 알코올을 제조하는 방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a method for preparing anhydrosugar alcohol by dehydrating sugar alcohol in the presence of a catalyst capable of maintaining its activity without evaporation of the catalyst during the reaction.

세계적인 에너지 수요 증가와 함께 전통적인 에너지원의 고갈로 인하여 현재 대체 에너지 개발에 박차를 가하고 있는 실정이다. 이 중에서도 바이오매스는 크게 주목을 받고 있는 재생이 가능한 양적 생물자원이다.With the increase of global energy demand and the depletion of traditional energy sources, we are accelerating the development of alternative energy. Among them, biomass is a quantitative living resource that can be regenerated, which is attracting much attention.

바이오매스 기반 산업원료 중에서 솔비톨(sorbitol, C6H14O6)을 무수화(dehydration)시켜 제조하는 아이소소바이드(isosorbide, C6H10O4)는 비스페놀 에이(BPA, Bisphenol A)를 대체하는 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate), 에폭시용 단량체 또는 친환경 가소제의 원료 등의 친환경 재료로서 각광 받고 있다. 즉, 아이소소바이드는 솔비톨의 간단한 탈수화 공정을 통하여 얻을 수 있는 물질로, 기존에 사용되던 고분자 제품들을 대체할 수 있는 차세대 고성능, 친환경 소재의 합성에 필요한 단량체로 주목 받고 있고, 현재까지 이와 관련된 많은 연구가 진행되고 있다.Isosorbide (C 6 H 10 O 4 ), which is produced by dehydration of sorbitol (C 6 H 14 O 6 ) from biomass-based industrial raw materials, replaces bisphenol A (BPA) (PC, Polycarbonate), an epoxy monomer, or an eco-friendly plasticizer. In other words, isosoboid is a substance obtained through a simple dehydration process of sorbitol, and is attracting attention as a monomer required for synthesis of a next generation high performance, environment-friendly material that can replace the existing polymer products. Much research is underway.

일반적으로 친환경 원료를 사용하게 되면 석유화학계열의 원료보다 물성이 좋지 못한 것에 반하여, 아이소소바이드는 친환경적이면서도 기존 석유화학계열의 원료보다 우수한 특성을 보인다는 장점이 있다. 또한, 아이소소바이드는 플라스틱을 좀 더 강하고 질기게 만들 수 있는 첨가제로 사용될 수 있으며, 질산염과 결합된 아이소소바이드는 심장질환치료제로 이용되기도 한다.In general, the use of environmentally friendly raw materials is less favorable than that of raw materials for petrochemicals, while isosoboids are environmentally friendly and have superior properties over petrochemicals. In addition, isosorbide can be used as an additive to make plastic stronger and cheaper, and isosorbide in combination with nitrate is also used as a treatment for heart disease.

바이오매스에서 전처리 과정을 거친 D-글루코즈(D-glucose)를 촉매 하에서 수소화(hydrogenation)시키면 솔비톨이 생성된다. 이 솔비톨을 이중 무수화(double dehydration)시켜 아이소소바이드(isosorbide)를 생성한다. 이 고리화 반응은 온도, 압력, 용매, 촉매 등 여러 가지 반응 조건의 영향을 받는다.D-glucose (D-glucose) pretreated in biomass is hydrogenated under catalysis to produce sorbitol. This sorbitol is double dehydrated to produce isosorbide. This cyclization reaction is affected by various reaction conditions such as temperature, pressure, solvent, and catalyst.

아이소소바이드의 제조방법은 황산이나 염산과 같은 무기산으로 탈수 반응을 실시하여 제조한다. 염산이나 황산과 같은 무기산은 비교적 저렴하고 용이하게 무수당 알코올을 제조할 수 있으나, 부산물로서 고분자의 생성이 많아서 정제 수율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 생성된 아이소소바이드와 물을 반응과 동시에 반응기 상부로 증류하여 회수하는 기술이 미국등록특허 제6,864,378호 및 대한민국 공개특허 제2013-0103059호에 개시되어 있다.The production method of isosobide is prepared by dehydration reaction with an inorganic acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid. Inorganic acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid are comparatively inexpensive and can easily produce alcohol-free alcohol. However, there is a problem that the yield of purification is decreased due to the generation of high molecular weight as a by-product. In addition, US Patent No. 6,864,378 and Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0103059 disclose a technique of distilling and recovering the produced isosorbide and water to the upper portion of the reactor simultaneously with the reaction.

미국등록특허 제6,864,378호는 솔비톨 대비 과량이 물을 반응기로 동시에 투입하여, 반응기 상부로 생성물과 과량의 물을 회수하는 공정을 개시하고 있다. 이 경우 과량으로 투입된 물을 승온 및 기화시키는 공정이므로 운전비가 크게 증가하는 단점이 있다.U.S. Patent No. 6,864,378 discloses a process in which excess water relative to sorbitol is simultaneously introduced into the reactor to recover product and excess water from the top of the reactor. In this case, there is a disadvantage that the operation ratio is increased because the step of heating and vaporizing the excessively charged water is performed.

대한민국 공개특허 제2013-0103059호는 황산 촉매 사용시 황산의 증발로 인하여 촉매 역할에 한계가 있는 단점을 보완하기 위하여, 황산화된 금속산화물 고체산 촉매를 사용하는 내용이 기재되어 있다. 이 경우 고가인 촉매를 사용하고, 고체산 촉매를 사용함에 따라 헤테로 상(hetero phase)에서 반응이 진행되므로, 촉매와 솔비톨 간의 접촉 효율(contact efficiency)가 낮아 2~8시간의 반응시간이 소요되어 운전비가 증가하는 문제가 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0103059 discloses the use of a sulfuric acid metal oxide solid acid catalyst in order to compensate for the disadvantage that the catalytic function is limited due to evaporation of sulfuric acid when sulfuric acid catalyst is used. In this case, since the reaction proceeds at a hetero phase using an expensive catalyst and using a solid acid catalyst, the contact efficiency between the catalyst and sorbitol is low, so that a reaction time of 2 to 8 hours is required There is a problem that the driving ratio increases.

따라서 비용 절감이 가능하면서 아이소소바이드의 전환율 및 수율이 높은 경제적이고 효율적인 제조방법이 요구되어 왔으며, 그에 따른 대량 생산공정이 갖추어진다면 산업제품으로서의 수요범위를 확대시킬 수 있다.
Therefore, economical and efficient manufacturing method with high conversion rate and high yield of isosoboid is required, which can reduce cost, and mass production process can enlarge the demand range as an industrial product.

이에 본 발명자들은 솔비톨을 아이소소바이드로 전환하는 감압 반응에 있어서, 아이소소바이드보다 높은 끓는점을 가짐으로써 반응 중 촉매의 증발 없이 촉매 활성을 유지시킬 수 있으며, 반응 조건에서 동질상(homogeneous phase)로 반응하여 촉매와 피드간 접촉 효율을 높이고, 고온 반응 조건에서 폴리머 또는 코크 등의 부반응물의 생성을 저감하기에 적당한 산도를 가지는 촉매를 사용할 경우 아이소소바이드의 수율을 경제적으로 증가시킬 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다. 또한 본 발명에서는 아이소소바이드는 물론 솔비톨보다 높은 끓는점을 갖는 촉매를 사용하기 때문에, 생성된 아이소소바이드를 반응과 동시에 증류로 회수할 수 있어 공정이 간단하고, 전체 수율을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.
Accordingly, the present inventors have found that, in a decompression reaction for converting sorbitol to isosorbide, a boiling point higher than that of isosorbide enables the catalyst activity to be maintained without evaporation of the catalyst during the reaction, and the homogeneous phase It is confirmed that the yield of isosorbide can be increased economically by using a catalyst having an appropriate acidity in order to increase the contact efficiency between the catalyst and the feed and to reduce the formation of side reactants such as polymer or coke under high temperature reaction conditions Thereby completing the present invention. In addition, since the present invention uses a catalyst having a boiling point higher than that of sorbitol as well as isosobide, the produced isosorbide can be recovered by distillation simultaneously with the reaction, thereby simplifying the process and improving the overall yield .

본 발명의 목적은 당 알코올을 무수당 알코올로 전환 반응시키는데에 있어서, 무수당 알코올의 수율을 경제적으로 증가시킬 수 있는 무수당 알코올의 제조방법을 제공하는데 있다.
An object of the present invention is to provide a process for preparing an alcohol-free alcohol which can economically increase the yield of alcohol-free alcohol in the conversion of sugar alcohol to alcohol-free alcohol.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은고온감압 조건에서 다음의 특징을 갖는 촉매를 이용하여 당알코올을 무수당 알코올로 전환하며, 동시에 생성된 무수당 알코올을 회수하는 방법을 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention provides a method for converting a sugar alcohol to an alcohol-free alcohol using a catalyst having the following characteristics under a high-temperature decompression condition,

(a) 10mmHg에서의 끓는점이 160℃ 이상;(a) a boiling point at 10 mmHg of at least 160 캜;

(b) -3.0 <pKa<1.99; 및 (b) -3.0 <pK a < 1.99; And

(c) 동질상으로 반응하되, 촉매의 증발 없이 그 활성이 유지됨.
(c) reacting in a homogeneous manner, the activity of which is maintained without evaporation of the catalyst.

본 발명에 따른 무수당 알코올의 제조방법은 촉매와 피드(feed)간의 접촉 효율이 높고 폴리머 또는 코크(coke)의 부반응물의 생성이 감소하여 무수당 알코올의 수율이 향상됨과 동시에 반응 중에 촉매가 증발되지 않고 촉매 활성을 유지할 수 있어 운전비용을 절감할 수 있다.
The method for preparing alcohol-free alcohol according to the present invention is characterized in that the contact efficiency between the catalyst and the feed is high and the production of non-alcoholic alcohol is improved by decreasing the production of side products of the polymer or coke, So that the catalyst activity can be maintained and operation cost can be reduced.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
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. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본 발명에서는 솔비톨을 아이소소바이드로 전환하는 감압 반응에 있어서,아이소소바이드보다 높은 끓는점을 가짐으로써 반응 중 촉매의 증발 없이 촉매 활성을 유지시킬 수 있으며, 반응 조건에서 동질상(homogeneous phase)로 반응하여 촉매와 피드간 접촉 효율을 높이고, 고온 반응 조건에서 폴리머 또는 코크 등의 부반응물의 생성을 저감하기에 적당한 산도를 가지는 촉매를 사용함으로써 아이소소바이드의 수율을 증가시킬 수 있었다.
In the present invention, in the decompression reaction for converting sorbitol to isosorbide, the boiling point higher than isosorbide enables the catalyst activity to be maintained without evaporation of the catalyst during the reaction, and the reaction can be carried out in a homogeneous phase The yield of isosorbide can be increased by increasing the contact efficiency between the catalyst and the feed and by using a catalyst having an acidity suitable for reducing the formation of side reactants such as polymer or coke under high temperature reaction conditions.

따라서, 본 발명은 일 관점에서, 고온감압 조건에서 다음의 특징을 갖는 촉매를 이용하여 당알코올을 무수당 알코올로 전환하며, 동시에 생성된 무수당 알코올을 회수하는 방법에 관한 것이다:Accordingly, in one aspect, the present invention relates to a method for converting a sugar alcohol to a sugar-free alcohol using a catalyst having the following characteristics under high-temperature decompression conditions, and simultaneously recovering the produced sugar-free alcohol:

(a) 10mmHg에서의 끓는점이 160℃ 이상;(a) a boiling point at 10 mmHg of at least 160 캜;

(b) -3.0 <pKa<1.99; 및 (b) -3.0 <pK a < 1.99; And

(c) 동질상으로 반응하되, 촉매의 증발 없이 그 활성이 유지됨.(c) reacting in a homogeneous manner, the activity of which is maintained without evaporation of the catalyst.

본 발명은 감압 반응 과정에서 솔비톨을 아이소소바이드로 전환하면서, 동시에 생성된 아이소소바이드를 회수하는 데에 특징이 있다. 즉, 반응과 증류 분리가 동시에 이루어진다.
The present invention is characterized in converting sorbitol to isosorbide in the decompression reaction and recovering the produced isosorbide at the same time. That is, the reaction and the distillation separation are simultaneously carried out.

본 발명에 의한 촉매는 하기와 같은 조건을 만족한다.The catalyst according to the present invention satisfies the following conditions.

(a) 끓는점(boiling point)(a) Boiling point

반응 중 촉매의 증발 없이 촉매 활성을 유지하기 위하여 아이소소바이드(160℃ at 10mmHg)보다 높은 끓는점을 가진 촉매를 선정한다. 즉, 10mmHg에서의 끓는점이 160℃ 이상이다.
To maintain the catalytic activity without catalyst evaporation during the reaction, a catalyst having a boiling point higher than isosoboid (160 ° C at 10 mmHg) is selected. That is, the boiling point at 10 mmHg is 160 캜 or higher.

(b) 산도(acidity, pKa)(b) acidity (pK a )

고온 반응 조건에서 폴리머 또는 코크 등의 부반응물 생성을 저감하기에 적당한 산도를 가진 촉매를 사용한다. 수율 증가를 위한 pKa 범위는 -3.0 <pKa<1.99이며, 바람직하게는 범위는 -2.0 <pKa<1.9이고, 더욱 바람직하게는 범위는 -1.0 <pKa< 1.9일 수 있다. 황산의 pKa은 -3.0이고, NaHSO4의 pKa은 1.99이다.
A catalyst having an acidity suitable for reducing the formation of byproducts such as polymers or coke at high temperature reaction conditions is used. PKa range for the yield increase is -3.0 <pK a <1.99, and preferably range from -2.0 <pK a <1.9 and, more preferably is in the range -1.0 <pK a <1.9. And a pKa of -3.0 sulfuric acid, pKa of NaHSO 4 was 1.99.

(3) 동질상(homogeneous phase)(3) homogeneous phase

촉매와 피드(feed) 간의 접촉 효율을 증가시키고, 반응 조건에서 동질상(homogeneous phase)으로 반응하며, 촉매의 증발 없이 그 활성이 유지되는 촉매를 사용한다. 그러기 위해서는 녹는점이 180℃ 이하일 수 있으며, 바람직하게는 160℃ 이하이고, 더욱 바람직하게는 140℃ 이하이고 특히 바람직하게는 120℃ 이하이다.
A catalyst is used which increases the contact efficiency between the catalyst and the feed, reacts in a homogeneous phase under the reaction conditions, and maintains its activity without evaporation of the catalyst. For this purpose, the melting point may be 180 ° C or lower, preferably 160 ° C or lower, more preferably 140 ° C or lower, and particularly preferably 120 ° C or lower.

상기 촉매는 나프탈렌 설폰산(naphthalenesulfonic acid)을 사용할 수 있다. 나프탈렌 설폰산의 구체적인 화합물로는 2-나프탈렌 설폰산 또는 1-나프탈렌 설폰산이 있으며, 이들 화합물은 나프탈렌을 설폰화시키면 생기는 이성질체이다. 2-나프탈렌 설폰산은pKa=0.27, m.p.=91℃, b.p.=391.6℃이고, 1-나프탈렌 설폰산은 pKa=0.17, m.p.=90℃, b.p.=392℃이다.
The catalyst may be naphthalenesulfonic acid. Specific compounds of naphthalenesulfonic acid include 2-naphthalenesulfonic acid or 1-naphthalenesulfonic acid, and these compounds are isomers which are formed by sulfonation of naphthalene. The 2-naphthalenesulfonic acid has pK a = 0.27, mp = 91 캜, bp = 391.6 캜, and 1-naphthalenesulfonic acid has pK a = 0.17, mp = 90 캜 and bp = 392 캜.

상기 반응의 온도는 130℃~230℃일 수 있으며, 바람직하게는 150℃~200℃일 수 있다. 반응온도가 130℃ 미만일 경우, 반응 시간 또는 체류 시간이 매우 길어지며, 230℃를 초과할 경우 부반응이 촉진되어 수율이 감소할 수 있다.The temperature of the reaction may be 130 ° C to 230 ° C, preferably 150 ° C to 200 ° C. If the reaction temperature is lower than 130 ° C, the reaction time or residence time becomes very long. If the reaction temperature is higher than 230 ° C, the side reaction may be promoted and the yield may be decreased.

상기 반응의 압력은 1torr~100torr일 수 있으며, 바람직하게는 5torr~50torr일 수 있다. 반응압력이 1torr 미만일 경우에는 고진공에 따른 공정 운전비가 크게 증가하는 문제점이 있으며, 100torr를 초과할 경우 반응 속도가 느리고 수율이 낮아지는 문제점이 있다.
The pressure of the reaction may be from 1 torr to 100 torr, preferably from 5 torr to 50 torr. When the reaction pressure is less than 1 torr, there is a problem that the process operation ratio due to high vacuum is greatly increased, and when it exceeds 100 torr, the reaction rate is slow and the yield is low.

공정의 효율성에서 볼 때 첨가되는 촉매의 양은 적을수록 경제성이 높아지는데, 본 발명에서 사용되는 촉매의 첨가량은 당 알코올 100중량부에 대하여 0.01~10중량부를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.1~5중량부일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.2~3중량부일 수 있다. 촉매의 첨가량이 0.01중량부 미만일 때는 탈수 반응 시간이 너무 오래 걸리는 문제점이 있고, 10중량부를 초과할 때는 부산물인 당류 고분자의 생성이 많아지고 촉매 사용량의 증가로 인해 경제성이 저하되는 문제점이 있다.
From the viewpoint of the efficiency of the process, the smaller the amount of the added catalyst, the higher the economic efficiency. The amount of the catalyst used in the present invention may be 0.01 to 10 parts by weight, preferably 0.1 to 5 parts by weight, And more preferably 0.2 to 3 parts by weight. When the amount of the catalyst is less than 0.01 part by weight, the dehydration reaction takes a long time. When the amount of the catalyst is more than 10 parts by weight, the production of the saccharide polymer as a by-product increases and the economical efficiency decreases due to an increase in the amount of the catalyst.

본 발명에 있어서, 상기 당 알코올은 헥시톨일 수 있으며, 솔비톨, 만니톨 및 이디톨로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 솔비톨이며, 상기 무수당 알코올은 아이소소바이드, 아이소만니드, 아이소이디드 등일 수 있으며, 바람직하게는 아이소소바이드이다.In the present invention, the sugar alcohol may be hexitol, and may be at least one selected from the group consisting of sorbitol, mannitol and iditol, preferably sorbitol, and the alcohol without sugar is isosorbide, Need, isodeside and the like, preferably isosoboid.

본 발명에 의한 무수당 알코올의 제조방법은 회분식 또는 연속식으로 수행될 수 있다. 연속교반탱크 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR), 플러그 흐름 반응기(Plug Flow Reactor, PFR) 또는 회분식 반응기(Batch Reactor, BR)에서 수행될 수 있다.
The process for preparing anhydrosugar alcohol according to the present invention can be carried out batchwise or continuously. Can be carried out in a continuous stirred tank reactor (CSTR), a plug flow reactor (PFR) or a batch reactor (BR).

또한, 본 발명에 따른 무수당 알코올의 제조방법은 상기 무수당 알코올을 제조한 후에 생성물의 분리 및/또는 정제 공정을 더 포함할 수 있다. 생성물의 분리, 정제 공정으로는 증류, 결정화, 흡착 공정 등을 단독 또는 2이상 조합하여 사용할 수 있다.In addition, the method for preparing an alcohol-free alcohol according to the present invention may further include a step of separating and / or purifying the product after the alcohol-free alcohol is prepared. The distillation, crystallization, and adsorption processes can be used singly or in combination of two or more for the separation and purification of the product.

한국등록특허 10-1079518호에서는 황산과 p-톨루엔설폰산, 메탄설폰산, 메탄설폰산, 나프탈렌 설폰산 등의 혼합산을 사용하여 아이소소바이드를 제조하는 공정을 개시하고 있으나, 본원 발명에 비해 아이소소바이드의 수율이 낮고 강산을 그대로 사용함으로써 강산 촉매의 단점을 그대로 가지고 있는 문제점이 있다.Korean Patent No. 10-1079518 discloses a process for producing isosorbide using a mixed acid such as sulfuric acid, p-toluenesulfonic acid, methanesulfonic acid, methanesulfonic acid, naphthalenesulfonic acid, etc., The yield of isosorbide is low and strong acid is used as it is, which is a disadvantage of strong acid catalyst.

또한, 상기 특허는 생성물을 분리/정제하기 위하여, 증류를 수행하기 이전에 탈수 반응이 완료된 반응물에 알칼리 수용액을 첨가하여 중화하는 단계를 추가로 포함하는 반면, 본 발명에서는 반응 중 물과 무수당 알코올을 반응기 상부로 회수하고 촉매는 반응기에 남아 있는 공정으로 구성되어 있다. 따라서 본발명에서는 중화 단계와 증류단계를 필요로 하지 않는 장점이 있으며, 이로인해 에너지 효율 및 경제성이 매우 우수하다.
In addition, the patent further includes a step of neutralizing the reaction product after the dehydration reaction by adding an aqueous alkali solution before distillation, in order to separate / purify the product, while in the present invention, water and anhydrosugar alcohol Is recovered to the top of the reactor and the catalyst remains in the reactor. Therefore, in the present invention, there is an advantage that the neutralization step and the distillation step are not required, and thus the energy efficiency and the economical efficiency are excellent.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments.

[실시예][Example]

실시예 1Example 1

오토클레이브(Autoclave) 반응기에 70g의 솔비톨(D-sorbitol, Aldrich사)를 반응기에 투입하고 승온하여 솔비톨을 용해시킨 다음, 2-나프탈렌설폰산 0.7g을 투입 및 교반하여, 반응압력 10mmHg 조건에서 반응온도를 180℃로 승온시켰다. 1시간 동안 반응하면서 생성되는 아이소소바이드는 반응과 동시에 반응기 외부로 증류되어 회수하였다.Into an autoclave reactor, 70 g of sorbitol (D-sorbitol, Aldrich) was added to the reactor, and the temperature was raised to dissolve sorbitol. Then, 0.7 g of 2-naphthalenesulfonic acid was added and stirred, The temperature was raised to 180 ° C. The isosorbide produced during the reaction for 1 hour was distilled out of the reactor at the same time as the reaction.

반응 생성물을 물로 20배 희석하여 고성능 액체크로마토그래피(HPLC, Algilent사 제품, Carbohydrate column 사용)로 분석하였다. 생성된 아이소소바이드의 수율은 77.5몰%이었다.
The reaction product was diluted 20-fold with water and analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC, product of Algilent, Carbohydrate column). The yield of the resulting isosorbide was 77.5 mol%.

실시예 2Example 2

실시예 1에서 촉매를 1-나프탈렌 설폰산 0.7g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 생성된 아이소소바이드의 수율은 76.7몰%이었다.
The procedure of Example 1 was repeated except that 0.7 g of 1-naphthalenesulfonic acid was used as a catalyst in Example 1. The yield of the resulting isosorbide was 76.7 mol%.

실시예 3Example 3

실시예 1에서 촉매를 2-나프탈렌 설폰산 0.35g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 생성된 아이소소바이드의 수율은 77.0몰%이었다.
The procedure of Example 1 was repeated, except that 0.35 g of 2-naphthalene sulfonic acid was used as the catalyst in Example 1. The yield of the resulting isosorbide was 77.0 mol%.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1에서 촉매를 황산(H2SO4) 0.7g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 생성된 아이소소바이드의 수율은 63몰%이었다.
The procedure of Example 1 was repeated except that 0.7 g of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) was used as the catalyst in Example 1. The yield of the resulting isosorbide was 63 mol%.

비교예 2Comparative Example 2

실시예 1에서 촉매를 벤젠설폰산(benzenesulfonic acid) 0.7g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 생성된 아이소소바이드의 수율은 27몰%이었다.
The procedure of Example 1 was repeated except that 0.7 g of benzenesulfonic acid was used as a catalyst in Example 1. The yield of the resulting isosorbide was 27 mol%.

비교예 3Comparative Example 3

실시예 1에서 촉매를 NaHSO4 1.5g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 생성된 아이소소바이드의 수율은 1몰%이하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that 1.5 g of NaHSO 4 catalyst was used in Example 1. The yield of the resulting isosorbide was 1 mol% or less.

비교예 4Comparative Example 4

비교예 1에서 촉매를 나프탈렌설폰산(naphthalene sulfonic acid, NSA)0.7g과 황산(H2SO4) 0.7g의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하였다. 생성된 아이소소바이드의 수율은 65몰%이었다.
Comparative Example 1 was carried out in the same manner as in Comparative Example 1 except that a mixture of 0.7 g of naphthalene sulfonic acid (NSA) and 0.7 g of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) was used as the catalyst. The yield of the resulting isosorbide was 65 mol%.

실시예 1 내지 3 그리고 비교예 1 내지 4에 의한 생성물의 수율은 하기와 같은 식으로 계산하여 표 1에 나타내었다.The yields of the products of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in Table 1 by the following formula.

수율 = 생성된 아이소소바이드의 몰수 / 투입한 솔비톨의 몰수 X 100Yield = number of moles of isosorbide produced / number of moles of sorbitol added X 100

촉매catalyst 반응온도(℃)Reaction temperature (캜) 수율(몰%)Yield (mol%) 실시예 1Example 1 2-나프탈렌설폰산 0.7g0.7 g of 2-naphthalenesulfonic acid 180180 77.577.5 실시예 2Example 2 1-나프탈렌설폰산 0.7g0.7 g of 1-naphthalene sulfonic acid 180180 76.776.7 실시예 3Example 3 2-나프탈렌설폰산 0.35g0.35 g of 2-naphthalene sulfonic acid 180180 77.077.0 비교예 1Comparative Example 1 H2SO4 0.7g0.7 g of H 2 SO 4 180180 6363 비교예 2Comparative Example 2 벤젠설폰산 0.7gBenzenesulfonic acid 0.7 g 180180 2727 비교예 3Comparative Example 3 NaHSO4 1.5gNaHSO 4 1.5 g 180180 1 이하1 or less 비교예4Comparative Example 4 혼합산(NSA+H2SO4)Mixed acid (NSA + H 2 SO 4) 180180 6565

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 촉매를 이용한 실시예 1 내지 3에 의하여 제조된 아이소소바이드의 수율은 비교예에 비하여 상당히 우수하였다. 비교예 2는 고온 반응온도에서 촉매가 증발하여 수율이 매우 낮았으며, 비교예 3의 촉매는 pKa가 1.99로 높아서 반응이 매우 느리게 진행되어 수율이 낮았다. 황산의 pKa은 -3.0이고, NaHSO4의 pKa은1.99이므로, NaHSO4을 사용한 비교예 3은 동일 반응온도에서 반응활성이 매우 낮은 것을 확인할 수 있었다.
As shown in Table 1, the yields of isosorbide prepared in Examples 1 to 3 using the catalyst according to the present invention were much better than those of Comparative Example. In Comparative Example 2, the yield of the catalyst was very low due to evaporation of the catalyst at a high reaction temperature, and the catalyst of Comparative Example 3 had a high pKa of 1.99, which resulted in a very slow reaction and a low yield. Since a pKa of -3.0 sulfuric acid, pKa of NaHSO 4 was 1.99, in Comparative Example 3 with NaHSO 4 was confirmed that the very low catalytic activity under the same reaction temperature.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereto will be. Accordingly, the actual scope of the invention will be defined by the claims and their equivalents.

Claims (6)

고온감압 조건에서 다음의 특징을 갖는 촉매를 이용하여 당알코올을 무수당 알코올로 전환하며, 동시에 생성된 무수당 알코올을 회수하는 방법:
(a) 10mmHg에서의 끓는점이 160℃ 이상;
(b) -3.0 <pKa<1.99; 및
(c) 동질상으로 반응하되, 촉매의 증발 없이 그 활성이 유지됨.
A method of converting a sugar alcohol into a sugar-free alcohol using a catalyst having the following characteristics under a high-temperature decompression condition, and simultaneously recovering the produced sugar-free alcohol:
(a) a boiling point at 10 mmHg of at least 160 캜;
(b) -3.0 <pK a < 1.99; And
(c) reacting in a homogeneous manner, the activity of which is maintained without evaporation of the catalyst.
제1항에 있어서,
(b) -1.0 <pKa< 1.9인 것을 특징으로 하는 방법
The method according to claim 1,
(b) -1.0 characterized in that the <pK a <1.9
제1항에 있어서,
상기 촉매는 나프탈렌 설폰산인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the catalyst is a naphthalenesulfonic acid.
제1항에 있어서,
상기 고온감압 반응은 130~230℃의 온도 및 1torr~100torr의 압력에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the high-temperature decompression reaction is carried out at a temperature of 130 to 230 DEG C and a pressure of 1 torr to 100 torr.
제1항에 있어서,
상기 무수당 알코올은 아이소소바이드이고, 상기 당 알코올은 솔비톨인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sugar alcohol is isosorbide and the sugar alcohol is sorbitol.
제1항에 있어서,
연속교반탱크 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR), 플러그 흐름 반응기(Plug Flow Reactor, PFR)또는 회분식 반응기(Batch Reactor, BR)에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the process is carried out in a Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR), a Plug Flow Reactor (PFR) or a Batch Reactor (BR).
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