KR0174333B1 - 플루오란계 염료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감열지 및 감압지에 사용되는 플루오란계 염료의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하기로는 다음 구조식(II)로 표시되는 화합물과 다음 구조식(III)으로 표시되는 화합물을 강산 조건에서 반응시키는 제1단계 반응과 알칼리 조건하에서 반응시키는 제2단계 반응으로 이루어진 통상의 플루오란계 염료의 제조방법에서, 제2단계 반응에서는 유기용매는 전혀 사용하지 않고 대신에 물 단독용매를 사용하고, 또한 반응이 완전히 완료된 후 아세톤과 이소프로필 알콜 혼합용매를 사용한 재결정을 실시하여 순도 및 수율의 향상은 물론이고 용제의 회수공정이 생략되므로 경제성 측면에서도 원가 절감효과가 있고, 작업자 및 공정중의 위험성을 크게 줄이는 부가적인 효과를 얻는 다음 구조식(I)로 표시되는 플루오란계 염료의 제조방법에 관한 것이다.

Description

플루오란계 염료의 제조방법

본 발명은 본 발명은 감열지 및 감압지에 사용되는 플루오란계 염료의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하기로는 다음 구조식(II)로 표시되는 화합물과 다음 구조식(III)으로 표시되는 화합물을 강산 조건에서 반응시키는 제1단계 반응과 알칼리 조건하에서 반응시키는 제2단계 반응으로 이루어진 통상의 플루오란계 염료의 제조방법에서, 제2단계 반응에서는 유기용매는 전혀 사용하지 않고 대신에 물 단독용매를 사용하고, 또한 반응이 완전히 완료된 후 아세톤과 이소프로필 알콜 혼합용매를 사용한 재결정을 실시하여 순도 및 수율의 향상은 물론이고 용제의 회수공정이 생략되므로 경제성 측면에서도 원가 절감이 효과가 있고, 작업자 및 공정중의 위험성을 크게 줄이는 부가적인 효과를 얻는 다음 구조식(I)로 표시되는 플루오란계 염료의 제조방법에 관한 것이다.

상기식에서 R¹및 R²는 각각 서로 같거나 다른 것으로서 탄소원자수 1∼4의 알킬기, 할로알킬기 또는 히드록시알킬기를 나타내고; 그리고 R³는 메칠기 또는 클로로원자를 나타낸다.

일반적으로 감열 및 감압지용 염료로 사용되기 위해서는 다음과 같은 특성이 요구된다: 1) 무색 또는 담황색의 결정으로 순도가 높아야 하고, 2) 단독으로는 안정되고 발색 또는 변색되지 않으나, 페놀계 수지 등의 산성 현색제에 의하여 선명하게 발색되어야 하고, 3) 발색속도가 빠르고 발색농도가 진하며, 발색 후에는 색조 안정성, 내광성, 보조성, 내약품성등이 양호하여야 하며, 4) 물에 녹지 않아야 하며, 5) 적당한 녹는점을 가지고 있어 승화성이 없어야 하며, 6) 공업적으로 값싸게 제조할 수 있어야 한다.

상기 구조식(I)로 표시되는 플루오란계 염료는 상기에서 예시한 요구조건을 충분히 만족시키므로 각종 감열 및 감압지용 염료로 광범위하게 사용되고 있다.

상기 구조식(I)로 표시되는 플루오란계 염료의 발색원리를 살펴보면, 락톤환을 가지고 있는 플로오란계 염료의 로이코 염료(leuco dye)가 전자 수용체 화합물(페놀계 산성물질; 현색제)과 반응하여 다음과 같은 공명구조를 이룸으로써 발색한다.

상기식에서 R¹, R²및 R³는 각각 상기에서 정의한 바와 같다.

상기 구조식(I)로 표시되는 플루오란계 염료에 있어서, 현재 산업적으로 가장 널리 사용되고 있는 염료는 치환기 R¹및 R²가 에칠기 또는 부칠기이고, R³가 메칠기 또는 클로로원자인 화합물들이다.

또한, 상기 구조식(I)로 표시되는 플루오란계 염료의 제조방법에 대해서는 이미 여러 문헌[영국특허 제 133,254 호; 미국특허 제 3,873,573 호; 미국특허 제 4,330,473 호; 영국특허 제 2,171,111 호, 미국특허 제 4,510,513 호 등]에 개시되어 있으며, 일반적인 제조방법은 다음과 같다.

상기식에서 R¹, R²및 R³는 각각 상기에서 정의한 바와 같다.

상기의 종래 제조방법들에서는 제1단계의 반응을 강한 황산 조건에서 수행하여 동일한 결과를 얻고 있으나, 실제로 목적 화합물인 구조식(I)로 표시되는 화합물의 생성단계인 제2단계의 반응이 중요하다할 수 있으며 반응조건(특히, pH) 및 용제에 따라 이는 크게 달라질 수 있다. 일반적으로 상기 두번째 반응은 pH 9 ∼ 11의 알칼리조건에서 반응이 진행되며 구조식(I)로 표시되는 목적 화합물의 순도 및 색상에 있어서도 중요한 요소로 작용하고 있으며 상기의 특허들 또한 이러한 점에 착안하여 제2단계에서의 반응조건 및 용제의 변화를 시도하였다.

하지만 상기의 제조방법은 화합물의 순도, 수율, 공정의 용이성, 경제성등을 감안할 때 여러가지 문제점들을 가지고 있다.

영국특허 제 1,332,594 호에서는 가성소다 수용액과 벤젠의 혼합용제를 사용하고 있고 미국특허 제 4,510,513 호에서는 가성소다 수용액과 톨루엔 혼합용제를 사용하였으나, 상기 방법들의 경우 모두 공정상의 복잡성, 최종 화합물에서의 색상 제거가 용이 하지 않다는 문제점을 가지고 있었다. 미국특허 제 3,873,573 호에서는 가성소다 수용액과 아세톤의 혼합용제에서 반응을 진행하였으나 아세톤의 회수 및 작업성에 문제가 있었다.

또한, 상기 특허들에서는 최종 목적 화합물의 분리 · 회수 방법에 대해 거의 언급하고 있지 않았다. 다만 미국특허 제 4,510,513 호에 톨루엔에 의한 재결정방법이 제시되어 있으나, 톨루엔 만을 사용한 재결정에서는 높은 순도의 목적물을 분리 · 회수하기 위해서는 여러번의 재결정 과정을 수행해야 하므로 재결정에 의한 정제수율이 70%를 넘을 수 없고, 분리 · 회수된 플루오란계 염료는 담황색을 띄고 있어 백색을 얻기는 어렵다.

또한, 낮은 순도와 약간의 색상을 가지는 출발물질을 사용하여 플루오란계 염료를 합성한 경우, 상기 톨루엔과 같은 단독용매를 사용한 재결정에 의해 그 색상을 제거할 수 없으며 그 수율도 매우 낮은 문제가 있었다.

본 발명에서는 상기 종래 제조방법상의 문제점들을 개선하고 효과적으로 플루오란계 염료를 제조하기 위하여 연구노력하였으며, 그 결과 제2단계에서의 반응시 기타 다른 유기용제를 전혀 사용하지 않고 다만 가성소다 수용액만을 반응용제로 이용하고 반응 후 아세톤과 이소프로필 알콜 혼합용제에 의한 재결정을 실시하여 공정의 간편성, 수율의 개선, 색상의 용이한 제거 등 산업적으로 이용시 매우 유리한 블루오란계 염료의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 a) 다음 구조식(II)로 표시되는 화합물과 다음 구조식(III)으로 표시되는 화합물을 강산 조건하에서 반응시켜 다음 구조식(IV)로 표시되는 화합물을 제조하고; 그리고 b) 구조식(IV)로 표시되는 화합물을 알칼리 조건에서 반응시켜 다음 구조식(I)로 표시되는 플루오란계 염료를 제조하는 방법에 있어서, 상기 b)반응은 물 단독 용매를 사용하여 반응을 수행하고, 반응완료 후 아세톤과 이소프로필 알콜의 혼합용매를 이용한 재결정화에 의해 분리 · 정제하는 것을 그 특징으로 한다.

상기식에서, R¹, R²및 R³는 각각 상기에서 정의한 바와 같다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 상기 구조식(IV)로 표시되는 화합물로부터 상기 구조식(I)로 표시되는 플루오란계 염료를 제조하는 과정에서 유기용제를 전혀 사용하지 않고 다만 수산화나트륨 수용액만을 사용하여 고수율로 플루오란계 염료를 제조하고, 또한 제조된 플루오란계 염료는 아세톤과 이소프로필 알콜의 흔합용제를 가용하여 단 1회의 정제과정에 의해 높은 정제수율로서 고순도의 플루오란계 염료를 얻는다.

일반적으로 상기 구조식(IV)로 표시되는 화합물로부터 구조식(I)로 표시되는 플루오란계 염료를 제조하는 과정에서는 유기용제를 사용하거나, 또는 유기용제와 물의 혼합용제를 사용하는데 이는 유기용제를 사용하는 경우 반응과 재결정과정을 동시에 실시하고 물과의 혼합용제를 사용하는 경우는 유기용제에 의한 생성물의 소실을 최소화하기 위해서이다. 그러나 본 발명에서는 전혀 유기용제를 사용하지 않고 물 만을 용제로 사용하여도 충분히 높은 수율로 고순도의 목적을 얻을 수 있었는데 이는 부생성물의 양이 적을 경우 알칼리 수용액에서도 부생성물의 제거가 가능하기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 제조된 상기 구조식(I)로 표시되는 플루오란계 염료를 정제하는 방법으로서 재결정 방법을 선택하고, 또한 종래 톨루엔과 같은 비극성 유기용제를 사용하기보다는 아세톤과 이소프로필 알콜의 극성 유기혼합용제를 사용하므로써 아세톤에 의한 정제효과와 이소프로필 알콜에 대한 상기 구조식(I)로 표시되는 화합물의 낮은 용해도를 이용하여 적절한 혼합비에 의한 정제효과와 수율 증대의 효과를 동시에 만족시킬 수 있다. 이로써 보다 높은 정제수율과 고순도로 플루오란계 염료의 정제가 가능하다.

상기 재결정 과정에서는 플루오란계 염료 1g에 대하여 아세톤은 8 ∼ 15 ㎖ 정도를 사용하고, 이소프로필 알콜은 아세톤에 대하여 0.2 ∼ 3.0 부피비 바람직하기로는 0.5 ~ 1.5 부피비로 사용한다. 만약 아세톤의 사용량이 상기 범위보다 소량 사용되면 정제효과가 감소하고, 상기 범위를 초과하면 정제효과는 증가하나 수율이 감소되는 문제가 있다.

이하 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 다음의 실시예 및 비교예에서 제조하여 얻은 각각의 화합물은 NMR, IR, mass 및 녹는점으로서 확인하였다.

[실시예]

2-아닐리노-3-메칠-6-디부칠아미노플루오란 염료의 제조

100 ㎖ 2구 플라스크에 95% 진한 황산(42g)을 붓고 2-(2-히드록시-4-디부칠아미노벤조일)벤조산(8.89g)을 천천히 적가하면서 용해시킨 다음, 반응 온도가 20℃가 넘지 않도록 하면서 2-메칠-4-메톡시디페닐아민(5.13g)을 수차례에 걸쳐 서서히 적가하였다.

반응물이 완전히 용해되면, 반응온도를 상온으로 유지하면서 계속해서 6시간 더 반응을 진행시켰다. 반응을 종결한 다음, 차가운 물(70g)에 상기의 반응액을 천천히 적가하여 결정을 얻었다. 이때 2시간 동안 교반하여 진한 황산용액을 충분히 세척하면 결정의 색깔은 연미색을 띄었다. 생성된 결정을 여과하고 증류수(16㎖)로 세척하였다.

100 ㎖ 1구 플라스크에 상기에서 제조한 결정을 투입하고 증류수(17㎖)를 붓은 다음 교반하면서 50% 가성소다 수용액을 이용하여 반응액의 pH를 11로 조절하였다. 그리고나서 온도를 110℃로 올려 환류교반 하면서 2시간 동안 반응을 진행하였다. 반응을 종결한 다음, 실온 상태로 냉각하여 생성된 결정을 여과하고 증류수(10㎖)로 세척한 다음 건조하였다. 건조 후 얻은 플루오란계 염료의 무게는 10.83g(수율 84.8%)이었으며, 색상은 담황색을 띄었다.

[비교예 1]

상기 실시예와 동일한 방법으로 반응하였으며, 다만 두번째 제조단계에서 용제로서 가성소다 수용액 대신에 이소프로필 알콜과 증류수(1:1 부피비)의 혼합용제를 사용하여 90℃에서 반응을 진행하였다. 반응 수율은 75%였고 색상은 담황색을 띠었다.

[비교예 2]

상기 실시예와 동일한 방법으로 반응하였으며, 다만 두번째 제조단계에서 용제로서 가성소다 수용액 대신에 아세톤과 증류수(1:1 부피비)의 혼합용제를 사용하여 60℃에서 반응을 진행하였다. 반응 수율은 75%였고 색상은 담황색을 띠었다.

[비교예 3]

상기 실시예와 동일한 방법으로 반응하였으며, 다만 두번째 제조단계에서 용제로서 가성소다 수용액 대신에 톨루엔과 증류수(1:1 부피비)의 혼합용제를 사용하여 110℃에서 반응을 진행하였다. 반응 수율은 70%였고 색상은 짙은 황색을 띠었다.

[비교예 4] : 미국특허 제 4,510,513 호

95% 황산(70g)에 2-(2-히드록시-4-디부칠아미노벤조일)벤조산(8.86g)을 20℃에서 완전히 용해시킨 다음, 2-메칠-4-메톡시-디페닐아민(4.27g)을 첨가한 후, 10 ∼ 70℃의 온도범위에서 24 ∼ 48 시간동안 반응시켰다. 반응이 종료된 후 반응액을 차가운 물(200㎖)에 부어 결정을 얻고, 이를 여과하였다. 여과된 케이크를 톨루엔과 10% 가성소다 수용액의 혼합용액(300㎖)에 넣고, 2시간동안 환류교반하였다. 톨루엔층을 물층으로 부터 층분리한 후, 물로써 씻어주고 활성탄소(1.0g)을 첨가하고 여과하였다.

여과된 톨루엔층을 농축하여 실온에서 방치한 결과 담황색의 플루오란 염료 5.44g(수율 51%)을 얻었다.

[실험예]

재결정 용매에 따른 정제수율을 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.

상기 실시예에서 얻은 담황색의 플루오란계 염료(10.0g)를 100㎖ 1구 플라스크에 넣었다. 그리고 다음 표 1과 같은 정제용매를 넣은 후, 모든 플루오란계 염료가 녹을 때까지 환류시켰다. 플루오란계 염료가 모두 녹으면 아세톤을 회수할 수 있는 장치를 설치한 다음 아세톤을 회수하였다. 모든 아세톤이 회수되면, 플루오란계 염료가 석출되기 시작했으며 상온까지 환류 교반하였다. 그 후, 반응물을 여과하여 백색분말의 플루오란계 염료를 얻었으며 정제수율은 다음 표 1에 나타내었다.

상기 실시예 및 비교예에 의하면, 본 발명의 제조방법에 따라 가성소다 수용액 만으로 이루어진 용제조건에서 행한 실시예의 결과가 유기용제와의 혼합용매에서 행한 비교예 1∼4의 결과에 비교하여 높은 제조수율을 나타내었다. 또한, 반응용제로서 물만을 단독으로 사용함에 따라 부가적으로 유기용제를 사용할 경우에 발생할 수 있는 용제회수과정과 용제의 손실 등의 문제점을 해결할 수 있으며, 작업성에서도 유리한 결과를 얻을 수 있다.

상기 실험예의 정제방법에 있어서도, 톨루엔 단독용매를 사용하여 재결정한 경우 정제수율이 낮을 뿐만 아니라 그 색상도 1회 정제로는 황색을 띄고 있고, 아세톤 단독용매를 사용하여 재결정한 경우 수차례의 재결정에 의해서도 황색이 빠지지 않아 백색의 염료를 얻기는 불가하며, 이소프로필 알콜 단독용매를 사용하여 재결정을 시도했을 때 화합물이 녹지않았다. 그러나, 본 발명의 정제방법에 의해 아세톤과 이소프로필 알콜의 혼합용매를 사용하여 재결정한 경우 단 1회의 정제의 의해 완벽한 백색 성상의 염료를 얻을 수 있었으며, 그 정제수율도 평균 95%로서 경제적인 측면에서도 매우 유리한 결과를 얻을 수 있었다.

본 발명에 따른 제조방법에서는 유기용제를 전혀 사용하지 않으면서 플루오란계 염료를 제조하고, 또한 제조된 플루오란계 염료는 아세톤과 이소프로필 알콜의 혼합용제를 사용한 단 1회의 정제에 의해 고순도 및 고수율의 플루오란계 염료를 제조하므로 경제적인 측면에서 매우 유리한 효과를 가진다.

Claims (5)

1. a) 다음 구조식(II)로 표시되는 화합물과 다음 구조식(III)으로 표시되는 화합물을 강산 조건하에서 반응시켜 다음 구조식(IV)로 표시되는 화합물을 제조하고; 그리고 b) 구조식(IV)로 표시되는 화합물을 알칼리 조건에서 반응시켜 다음 구조식(I)로 표시되는 플루오란계 염료를 제조하는 방법에 있어서, 상기 b)반응은 물 단독 용매를 사용하여 반응을 수행하고, 반응완료 후 아세톤과 이소프로필 알콜의 혼합용매를 이용한 재결정화에 의해 분리ㆍ 정제하는 것을 특징으로 하는 플루오란계 염료의 제조방법.

   상기식에서, R¹및 R²는 각각 서로 같거나 다른 것으로서 탄소원자수 1∼4의 알킬기, 할로알킬기 또는 히드록시알킬기를 나타내고; 그리고 R³는 메칠기 또는 클로로원자를 나타낸다.
2. 제1항에 있어서, 상기 R¹과 R²가 각각 부칠기이고, R³가 메칠기인 것을 특징으로 하는 플루오란계 염료의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 구조식(I)로 표시되는 플루오란계 염료 1g에 대하여 아세톤은 8∼15 ㎖ 사용하는 것을 특징으로 하는 플루오란계 염료의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 이소프로필 알콜은 아세톤에 대하여 0.2∼3.0 부피비로 사용하는 것을 특징으로 하는 플루오란계 염료의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 이소프로필 알콜은 아세톤에 대하여 0.5∼1.5 부피비로 사용하는 것을 특징으로 하는 플루오란계 염료의 제조방법.