불균일계 촉매를 이용한 연속반응기에서의 Hiyama coupling 반응 연구

국문 초록 (Abstract)

Hiyama coupling 반응은 전이금속촉매를 사용하는 탄소-탄소 결합 반응으로 의약품 제조와 화학 산업에 유용하기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 균일계 촉매를 사용하면 촉매 회수가 불가능하고 촉매를 분리해야 하는 한계가 있다. 이 문제점을 해결하기 위해서 불균일계 촉매를 제조하고 불균일계 촉매를 이용하여 Hiyama coulping 반응을 연속반응기에 적용하였다.
불균일계 촉매를 제조하기 위해서 실리카겔을 지지체로 이용하여 Hiyama coupling 반응에 사용되는 포스핀 화합물 리간드와 팔라듐 전이금속촉매를 결합하였다. 제조한 촉매를 ICP-MS, TGA 분석을 통하여 특징을 살펴보았다. 제조한 불균일계 촉매를 이용하여 회분식 반응기에서 반응을 수행하고 반응온도, 염 당량, 반응시간, 촉매 양 등 변수의 변화를 통해 촉매의 성능을 점검하였다. 제조한 불균일계 촉매를 사용하여 회분식 반응기에서 반응 후 촉매를 수거하여 재사용 하였다. 불균일계 촉매의 3회 반응 까지 10 % 미만의 성능 감소를 확인하였다. 연속 반응 공정을 설계하고 tube 반응기에 불균일계 촉매를 충진하여 연속반응기에서 Hiyama coulping 반응을 수행하고 연속 반응기에서 반응 조건들을 변화시켜 가능한 적은 양의 촉매를 사용해서 높은 수율을 얻을 수 있는 조건을 알아보았다. Hiyama coupling 반응을 연속반응기에 적용해서 회분식 반응기에서 반응성이 낮았던 반응물의 반응성을 높이고 회분식 반응 공정보다 더 높은 생산성을 얻었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Hiyama coupling reaction is a transition-metal catalyzed carbon - carbon bond formation reaction. Many research problems for the Hiyama coupling reaction are underway because this reaction is useful in both pharmaceutical and chemical industry. Homogeneous catalyst has drawbacks of catalyst recovery and separation. To solve these problems, a heterogeneous catalyst was prepared and applied to the continuous reactor for the Hiyama coupling reaction.
The heterogeneous catalyst which combine phosphine compound ligand and palladium was prepared using silica gel as a supporter. The characteristics of heterogeneous catalyst were analyzed by ICP-MS and TGA. Batch reaction was performed using prepared heterogeneous catalyst. The performance of the heterogeneous catalyst was checked through the change of reaction temperature, base equivalent, reaction time and amounts of catalyst. The recycle test of heterogeneous catalyst in batch reactor showed less than 10 % reduction in catalyst performance in the third run. A continuous reaction system was designed and the prepared heterogeneous catalyst was packed into a tubular reactor. The experimental condition for a high yield using the smallest amount of catalyst was found through changing the different reaction conditions. For the Hiyama coupling reaction, the continuous reactor showed higher reactivity and production rate than the batch reactor.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론
• 1.1. Hiyama coupling 반응
• 1.2. Mechamism
• 1.3. 최근연구동향
• 1.4. Continuous reaction
• 1.5. 연구목적
• 2. 실험
• 2.1. 시약
• 2.2. 실험 장치
• 2.2.1. 촉매 고정화 실험 장치
• 2.2.2. 회분식 반응기 실험 장치
• 2.2.3. 연속 반응기 실험 장치
• 2.3. 실험 방법
• 2.3.1. 촉매 고정화 실험 방법
• 2.3.2. 회분식 반응기 실험 방법
• 2.3.3. 연속반응기 실험 방법
• 2.4. 분석 기기
• 3. 결과 및 분석
• 3.1. 촉매 제조
• 3.2. 회분식 반응기에서의 Hiyama coupling 반응
• 3.2.1. 반응온도에 의한 영향
• 3.2.2. 염기에 의한 영향
• 3.2.3. 촉매 양에 대한 영향
• 3.2.4. 반응시간에 대한 영향
• 3.2.5. 촉매 재사용 실험
• 3.2.6. 반응물 교체 실험
• 3.3. 연속반응기에서의 Hiyama coupling 반응
• 3.3.1. 체류시간에 대한 영향
• 3.3.2. 염기에 의한 영향
• 3.3.3. 촉매 양에 대한 영향
• 3.3.4. 반응온도에 의한 영향
• 3.3.5. 반응조건 최적화
• 3.3.6. Micromixer 실험
• 3.3.7. 불균일계 촉매 deactivation 실험
• 3.3.8. 반응물 교체 실험
• 3.4. 회분식 반응기와 연속반응기의 실험 결과 비교
• 4. 결론