식물성 오일로부터 추출한 물질을 기반으로 하여 열가소성 탄성체(thermoplastic elastomer, TPE) 중에서도 뛰어난 물성을 가진 것으로 잘 알려진 폴리아미드계 TPE(polyamide-type TPE, TPAE)의 단량체 합성공정을 개발하였다. 대다수의 식물성 오일에 함유되어 있는 불포화 지방산으로 잘 알려진 올레인산을 사용하여 TPAE의 단량체 6종($C_9$, $C_{10}$, $C_{11}$${\omega}$-amino acid 와 ${\alpha}$, ${\omega}$-dicarboxylic acid)을 좋은 수율로 합성하였다.
식물성 오일로부터 추출한 물질을 기반으로 하여 열가소성 탄성체(thermoplastic elastomer, TPE) 중에서도 뛰어난 물성을 가진 것으로 잘 알려진 폴리아미드계 TPE(polyamide-type TPE, TPAE)의 단량체 합성공정을 개발하였다. 대다수의 식물성 오일에 함유되어 있는 불포화 지방산으로 잘 알려진 올레인산을 사용하여 TPAE의 단량체 6종($C_9$, $C_{10}$, $C_{11}$${\omega}$-amino acid 와 ${\alpha}$, ${\omega}$-dicarboxylic acid)을 좋은 수율로 합성하였다.
We have developed the synthetic processes for the monomers of polyamide-type TPEs (thermoplastic elastomers, TPAEs) obtained from vegetable oil. TPAEs have several superior physical properties to those of thermoplastic elastomers (TPEs). From the common starting material, oleic acid, which is common...
We have developed the synthetic processes for the monomers of polyamide-type TPEs (thermoplastic elastomers, TPAEs) obtained from vegetable oil. TPAEs have several superior physical properties to those of thermoplastic elastomers (TPEs). From the common starting material, oleic acid, which is commonly found in various vegetable oils, we have synthesized three ${\omega}$-amino acid monomers ($C_9$, $C_{10}$ and $C_{11}$${\omega}$-amino acid) and three ${\alpha}$, ${\omega}$-dicarboxylic acids($C_9$, $C_{10}$ and $C_{11}$${\alpha}$, ${\omega}$-dicarboxylic acid) for TPAEs in good yields.
We have developed the synthetic processes for the monomers of polyamide-type TPEs (thermoplastic elastomers, TPAEs) obtained from vegetable oil. TPAEs have several superior physical properties to those of thermoplastic elastomers (TPEs). From the common starting material, oleic acid, which is commonly found in various vegetable oils, we have synthesized three ${\omega}$-amino acid monomers ($C_9$, $C_{10}$ and $C_{11}$${\omega}$-amino acid) and three ${\alpha}$, ${\omega}$-dicarboxylic acids($C_9$, $C_{10}$ and $C_{11}$${\alpha}$, ${\omega}$-dicarboxylic acid) for TPAEs in good yields.
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문제 정의
5 그러나 현재 사용되고 있는 TPAE의 단량체는 대부분 석유나 천연 가스와 같은 화석연료를 기반으로 하여 생산이 되고 있다. 따라서 재생 불가능한 화석연료를 대체함과 동시에 친환경적이면서 경제적인 방법으로 유용한 TPAE의 단량체를 합성하고자 식물성 오일을 대안으로 고려하게 되었다.
8 이와 같이 전세계적으로 재생가능한 자원으로부터 TPAE의 단량체를 합성하고자 하는 노력들이 활발하게 진행되고 있지만, Rilsan을 제외하면 상용화 실적은 매우 미미한 상황이다. 본 실험실에서는 피마자유의 추출물인 undecylenic acid를 이용하여 다양한 TPAE의 단량체를 합성하는 공정을 개발하여 보고한 바 있다.9 이를 토대로 천연 식물성 오일에 다량 함유되어 있는 올레인산을 출발물질로 하여 다양한 개수의 탄소수를 지닌 TPAE의 단량체를 효율적으로 합성하는 공정을 설계하게 되었다.
하나의 출발물질을 이용하여 탄소수가 9개~11개인 α,ω-dicarboxylic acid와 ω-amino acid를 합성하는 이 공정을 통해, 친환경적이면서 효율적으로 화석 연료가 가진 한계를 극복하고자 한다.
제안 방법
적외선분광분석은 JASCO FT-IR 200을 통해 수행하였고, 측정을 위한 film은 silicon wafer에 스핀-코팅을 하거나 KBr pellet을 이용해 제작하였다. 1H NMR은 JEOL 300 MHz와 Bruker 400 MHz로 측정하였고, 13C NMR은 JEOL 75 MHz와 Bruker 100 MHz로 측정하였다. Tetramethylsilane이 reference로 사용되었다.
20 앞서 합성한 aldehyde 2와 cyanoacetic acid를 DBU 존재하에서 반응하여 cyanoolefin 10을 합성하였다. 이 화합물은 E/Z 이성질체가 혼합되어 있는 상태로 얻어졌다.
본 실험실에서는 피마자유의 추출물인 undecylenic acid를 이용하여 다양한 TPAE의 단량체를 합성하는 공정을 개발하여 보고한 바 있다.9 이를 토대로 천연 식물성 오일에 다량 함유되어 있는 올레인산을 출발물질로 하여 다양한 개수의 탄소수를 지닌 TPAE의 단량체를 효율적으로 합성하는 공정을 설계하게 되었다.
C10 α,ω-dicarboxylic acid와 ω-amino acid의 합성은 alde- hyde 2에 nitromethyl기를 도입하여 탄소수를 하나 늘리는 방법으로 접근하였다.
뛰어난 물성을 지니고 있어 광범위하게 활용이 되고 있는 엔지니어링 플라스틱 중의 하나인 TPAE의 단량체를 천연 식물성 오일 추출물인 올레인 산을 이용하여 높은 수율로 합성하였다. 하나의 출발물질을 이용하여 탄소수가 9개~11개인 α,ω-dicarboxylic acid와 ω-amino acid를 합성하는 이 공정을 통해, 친환경적이면서 효율적으로 화석 연료가 가진 한계를 극복하고자 한다.
마지막으로, 탄소수가 2개 더 늘어난 C11 α,ω-dicarboxylic acid와 ω-amino acid는 cyanoacetic acid와 Knoevenagel reaction 을 통해 얻고자 하였다.
시약상으로부터 구입한 모든 시약은 별도의 정제과정을 거치지 않고 사용하였다. 반응의 진행은 SiO2 TLC를 통해 UV light (254nm) 확인 후 phosphomolybdic acid 또는 ninhydrin stain 용액을 통해 확인하였다. 컬럼크로마토그래피는 silica gel 60 (70-230 mesh)로 수행하였다.
컬럼크로마토그래피는 silica gel 60 (70-230 mesh)로 수행하였다. 적외선분광분석은 JASCO FT-IR 200을 통해 수행하였고, 측정을 위한 film은 silicon wafer에 스핀-코팅을 하거나 KBr pellet을 이용해 제작하였다. 1H NMR은 JEOL 300 MHz와 Bruker 400 MHz로 측정하였고, 13C NMR은 JEOL 75 MHz와 Bruker 100 MHz로 측정하였다.
대상 데이터
우리는 식물성 오일에서 추출된 불포화 지방산 중 하나인 올레인 산으로부터 탄소수가 9개~11개인 TPAE 단량체를 합성하였다.
바이오매스를 원료로 사용하여 제조되는 bio-plastic (greenplastic)은 광범위하게 활용이 되고 있는 green chemicals의 하나이다.3 특히, 열가소성 탄성체(thermoplastic elastomer, TPE)는 뛰어난 물성에 비해 낮은 가공성을 지니는 천연 고무의 단점을 보완하고자 개발된 소재로써 각광을 받고 있다. 다양한 TPE 가운데 폴리아미드계 TPE (TPAE)는 높은 열적 안정성, 내화학성, 성형 가공성 등의 장점으로 인해 스포츠 용품, 자동차 부품, 배관 소재 등 그 수요가 빠르게 증가하고 있는 엔지니어링 플라스틱이다.
불포화 지방산 중 하나인 올레인산은 어떠한 장점을 가지고 있는가?
식물성 오일은 포화 지방산과 불포화 지방산으로 구성되어 있다. 불포화 지방산 중 하나인 올레인산은 올리브, 해바라기, 대두, 팜 등 전세계에 분포하고 있는 대부분의 식물에 다량 함유되어 있기 때문에 저렴한 비용에 안정적인 공급이 가능하며, 이중결합과 에스터 작용기를 포함하고 있어 화학적인 방법으로 개질화가 유리한 구조를 지니고 있다.6 또한 원료의 대량공급을 위한 작물의 재배가 활성화되었을 경우 화석 연료 대체는 물론이거니와 광합성에 의한 이산화탄소 저감 효과까지 기대할 수 있기 때문에 매우 친환경적인 원료라고 할 수 있다.
현재 사용되고 있는 TPAE의 단점을 보완하기 위해 고려된 해결책은 무엇인가?
5 그러나 현재 사용되고 있는 TPAE의 단량체는 대부분 석유나 천연 가스와 같은 화석연료를 기반으로 하여 생산이 되고 있다. 따라서 재생 불가능한 화석연료를 대체함과 동시에 친환경적이면서 경제적인 방법으로 유용한 TPAE의 단량체를 합성하고자 식물성 오일을 대안으로 고려하게 되었다.
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