금속―유기 골격체 기반 알코올 산화반응용 촉매의 제조방법

HKUST-1 열분해 구리-탄소 촉매 기반 고수율 1차 알코올 산화

본 기술은 구리 기반 금속-유기 골격체인 HKUST-1을 아르곤 분위기에서 800℃로 열분해해 탄소 지지체에 구리가 담지된 메조포러스 구조의 촉매를 만들고, 이를 유기 염기와 함께 1차 알코올 산화반응에 사용하는 촉매 제조방법 및 산화방법입니다.

HKUST-1과 같은 MOF는 넓은 표면적과 구조 다양성 덕분에 촉매로 주목받았지만, 알코올 산화반응에 사용하면 구조가 붕괴하고 구리가 침출되어 안정성과 재현성이 떨어지는 문제가 있었습니다. 또한 무기 염기를 사용하는 기존 반응 조건에서는 기질 종류에 따라 수율 편차가 커 다양한 1차 알코올에 보편적으로 적용하기 어려운 한계가 존재했습니다.

본 기술은 HKUST-1을 고온 열분해해 구조를 개변함으로써 촉매의 화학적·구조적 안정성과 내구성을 높이고, 1-메틸이미다졸 같은 유기 염기와 TEMPO, 산소 분위기, 아세토나이트릴 용매를 조합한 최적 조건을 수립했습니다. 벤질 알코올 기준 94% 이상의 수율을 보이며 촉매를 재사용해도 80% 이상의 수율이 유지됩니다. 이 기술은 정밀화학 중간체, 향료, 의약 원료용 알데하이드 합성 공정에 적용될 수 있어 귀금속 대신 저가 구리 촉매를 반복 사용하며 공정 비용을 낮출 수 있습니다.

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Key Features:

• 구리가 결합된 금속-유기 골격체 HKUST-1을 열분해하여 탄소 지지체에 구리가 담지된 메조포러스 구조를 형성하는 1차 알코올 산화반응용 촉매의 제조방법
• 알루미나 보트에 담긴 HKUST-1을 진공 후 아르곤이 흐르는 튜브 퍼니스에서 5℃/min으로 800℃까지 승온해 6시간 유지하고 자연냉각하는 열분해 공정
• 제조된 촉매와 함께 1-메틸이미다졸, 4-다이메틸아미노피리딘 또는 피리딘을 유기 염기로 사용하는 1차 알코올 산화방법
• TEMPO 보조제와 아세토나이트릴 용매를 사용해 산소 환경 하 70℃에서 9시간 반응시켜 94% 이상의 수율을 얻는 반응 조건

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