KR0183512B1 - 1-히드록시 이소프로필 페닐 케톤의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 이소프로필 페닐 케톤을 출발물질로 사용하여 무기산 촉매 존재하에 SO_XY₂(식중, x는 1 또는 2의 정수이고, Y는 할로겐 원자를 나타낸다)로 표시되는 할로겐화 황산화물과 반응시켜 1-할로이소프로필 페닐 케톤을 제조하고, 수득된 생성물을 상전이 촉매 존재 하에 금속 수산화물의 수용액으로 처리하는 것을 특징으로 하는 1-히드록시이소프로필 페닐 케톤의 제조방법이 제조된다.

상기 방법에 따라 1-히드록시이소프로필 페닐 케톤을 제조할 경우, 생성물의 순도 및 수율이 크게 향상되고, 종래의 방법에서보다 전체 반응시간이 단축되므로 공정 경제상 유리하다.

Description

1-히드록시 이소프로필 페닐 케톤의 제조방법

본 발명은 하기 구조식으로 표시되는 1-히드록시 이소프로필 페닐 케톤의 신규한 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적 화합물인 1-히드록시이소프로필 페닐 케톤은 자외선 조사를 이용하는 라디칼 생성에 의해 중합이 개시되는 중합반응에서 광개시제로 사용되는 화합물로서, 그 제조방법은 여러가지 문헌에 개시되어 있다.

그 중에서, 미합중국 특허 제4,308,400, 4,318,791 및 4,321,118호에는 염소 기체를 사용하여 카보닐기의 α-위치의 수소를 클로로화하고, 알칼리금속 메틸레이트와 반응시켜 에폭시드 화합물을 제조한 다음, 가수분해하여 1-히드록시이소프로필 페닐 케톤를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 기술은 카보닐기의 α-위치에 클로로기를 도입함에 있어 유독기체인 염소 기체를 사용하므로 산업 현장에서 실시할 때 위험이 따르며, 중간체인 에폭시드 화합물 생성시 폭발 위험성이 있으므로 실시예 곤란이 따른다. 또한, 이 방법은 3단계의 반응공정이기 때문에 반응이 복잡해질 뿐만 아니라 수율도 낮아서, 산업상 불리한 점이 많다.

또한, 상기 미국 특허에는 브롬을 사용하여 카보닐기의 α-위치를 브롬화한 후, 알칼리 토금속 수산화물과 반응시켜 1-히드록시이소프로필 페닐 케톤을 제조하는 방법도 개시되어 있으나, 이 방법에서 사용되는 브롬은 인체에 매우 유독한 물질로서 산업상 이용하기가 매우 불리하며, 히드록시가 치환반응시 분자내 재배열에 의한 부산물이 생성될 가능성이 매우 높으므로 바람직하지 못하다.

그 밖에도, 상기 미국 특허에는 카보닐기의 α-위치에 클로로기를 도입함에 있어서 술푸릴 클로라이드를 사용하는 방법이 언급되어 있으나, 이 방법에 사용되는 촉매를 비롯한 반응 조건들에 대한 기재가 전혀 없고, 일반적인 방법으로 본 발명자들이 재현 실험을 해 보았으나(비교예 1), 생성물의 순도 및 수율이 만족할 만한 수준이 아니므로 바람직하지 못하다.

미합중국 특허 제4,347,111, 4,477,681, 4,721,734호에는 α-클로로이소부티릴 클로라이드와 벤젠을 염화알루미늄 촉매 하에 프리델 크라프트(Friedel Crafts)반응시켜 α-클로로이소프로필 페닐 케톤을 만든 다음, 여기에 알칼리 토금속 수산화물을 반응시켜 1-히드록시이소프로필 페닐 케톤을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 반응은 프리델-크라프트 반응시 사용되는 염화 알루미늄의 가수분해시 많은 열이 발생하므로 산업화에 매우 큰 어려움이 있다.

또한, 미합중국 특허 제4,691,058호에는 상전이 촉매를 이용하여 중간체인 α-클로로이소프로필 페닐 케톤에 히드록시기를 도입하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 따르면, 상전이 촉매를 사용함으로서 히드록시기를 도입하는 반응의 효율이 향상되지만, 출발물질인 α-클로로이소프로필 페닐 케톤을 합성해서 사용해야 하므로 상기 언급한 미국 특허 제4,308,400, 4,318,791, 4,321,118호에서와 같은 공정상의 문제점을 수반하게 된다.

본 발명자들은 종래기술의 단점을 극복하기 위하여 연구노력한 결과, 이소프로필 페닐 케톤을 출발물질로 사용하여 무기산 촉매 존재하에 SO_XY(식중, x는 1 또는 2의 정수이고, Y는 할로겐 원자를 나타낸다)로 표시되는 할로겐화 황산화물과 반응시켜 1-할로시이소프로필 페닐 케톤을 제조하고, 수득한 생성물을 상전이 촉매 존재 하에 금속 수산화물의 수용액으로 처리하는 것을 특징으로 하는 1-히드록시이소프로필 페닐 케톤의 제조방법이 상기 목적물을 고수율 및 고순도로 합성할 수 있는 방법으로서 산업화에도 접합함을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 첫번째 단계인 할로겐의 도입 반응에서 사용되는 할로겐화 황산화물로서는 술푸릴 클로라이드와 티오닐 클로라이드가 특히 바람직하고, 그 사용량은 출발물질 1몰에 대하여 약 1-2몰 정도가 적당하다. 통상 반응용매는 사용하지 않으며, 사용한다면 벤젠, 톨루엔 등과 같은 방향족 용매가 가능하다. 반응온도는 20∼100℃ 사이이며, 바람직하게는 40∼80℃ 사이에서 반응을 수행한다. 반응시간은 사용된 반응물의 분량 및 온도등의 조건에 따라 변화할 수 있으나 보통 수시간 내에 반응이 이루어진다.

종래 기술에 따르면, 술푸릴 클로라이드 등을 사용하여 클로로이소프로필 페닐 케톤을 합성하는 방법은 생성물의 순도 및 수율이 만족스럽지 못한 수준이었으나(비교예 1 참조), 본 발명에 따르면, 이 반응의 촉매로서 염산 및 황산과 같은 무기산을 사용함으로써 생성물의 순도 및 수율을 만족스러운 수준으로 향상시킬 수 있다. 촉매로 사용되는 무기산의 양은 이소프로필 페닐 케톤 1몰에 대하여 0.01 내지 0.2 몰 정도가 바람직하다.

즉, 본 발명에 따르면, 중간체인 1-할로시이소프로필 페닐 케톤이 98% 이상의 높은 수율과 98% 이상의 높은 순도로 수득될 수 있다.

본 발명의 두번째 단계인 클로로이소프로필 페닐 케톤에 히드록시기를 도입함에 있어서 사용되는 금속 수산화물로서는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수화물이 바람직하게 사용되며, 수산화물 염기의 사용량은 출발물질 1몰에 대하여 1∼2몰 정도의 과량을 사용하는 것이 바람직하다. 반응온도는 30∼120℃ 사이의 범위에서 조절이 가능하며, 바람직하게는 50∼100℃사이에서 반응을 수행한다.

이 반응에서 사용되는 상전이 촉매로는 종래에 이와 같은 반응에서 사용되었던 상전이 촉매를 사용하여도 무방하나, 다음과 같은 구조식의 화합물이 바람직하게 사용된다.

(X^a) (X^b) (X^c) (X^d) N⁺Z^-

식중, X^a, X^b, X^c및 X^d는 동일 또는 상이하며, 탄소수 3-20의 직쇄 또는 측쇄상 탄화수소기를 나타내며, Z는 할로겐을 나타낸다.

이와 같은 상전이 촉매의 예로서, 테트라부틸암모늄 브로마이드[(n-Bu)₄N⁺Br^-]가 특히 바람직하다. 상전이 촉매의 사용량은 1-할로시이소프로필 페닐 케톤 1몰당 0.001 내지 0.01몰 사이의 범위에서 조절이 가능하다.

이 반응에서도 통상 반응용매는 사용하지 않으며, 용매를 사용하는 경우에는 방향족 탄화수소계 용매가 사용가능하다. 반응시간은 사용된 반응물의 분량 및 온도, 교반속도 등과 같은 기타 조건에 따라 가변적이나 통상 수시간 내에 반응이 이루어진다. 반응이 완료되면, 추출용매를 가하여 분리한 후 진공 증류를 통하여 용매를 제거하는 등의 통상의 후처리 과정을 거쳐 순수한 1-히드록시이소프로필 페닐 케톤(순도 98%이상)의 높은 수율(95% 이상)로 수득된다.

즉, 본 발명의 방법에 따르면 종래기술에 비해 전체 반응시간이 상당히 단축되며, 목적 화합물을 높은 순도와 높은 수율로 합성할 수 있다.

본 발명의 방법을 이하의 실시예에서 보다 구체적으로 설명하나, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

[실시예 1]

1-클로로이소프로필 페닐 케톤의 합성

이소프로필 페닐케톤 29.6g에 97%의 황산 1ml를 가한 다음 술푸릴 클로라이드 32.4g을 2시간에 걸쳐 균일하게 적가한 후 교반하면서 반응온도를 50∼60℃ 사이로 유지하면서 3∼4시간동안 반응시킨다. 반응물에 톨루엔 및 물을 각각 50g씩 가하여 추출한 다음, 수층을 제거하고, 톨루엔을 감압하에 회수하면 35.8g의 1-클로로이소프로필 페닐 케톤이 수득된다(수율 : 98%, 순도 : 98.5% 이상).

[비교예 1]

1-클로로이소프로필 페닐 케톤의 합성

이소프로필 페닐 케톤 29.6g에 술푸릴 클로라이드 32.4g을 2시간에 걸쳐 균일하게 적가한 후 교반하면서 반응온도를 50∼60℃ 사이로 유지하면서 6∼7시간 반응시킨다. 반응물에 톨루엔 및 물을 각각 50g씩 가하여 추출한 다음, 수층을 제거하고, 톨루엔을 감압하에 회수하면 31.0g의 1-클로로이소프로필 페닐 케톤이 수득된다(수율 : 85%, 순도 : 95%).

상기 실시예 1과 비교예 1을 비교하여 보면, 본 발명에 따른 실시예 1의 방법은 촉매량의 무기산을 사용한 것 외에는 비교예 1과 같은 방법으로 반응을 수행하였으나, 수율 및 순도 면에서 본 발명의 방법이 월등히 우수하였고, 같은 조건하에서 반응시간도 상당히 감축되었음을 알 수 있다.

[실시예 2]

1-히드록시 이소프로필 페닐 케톤의 합성

수산화 칼륨 13.2g을 물 13g에 용해시킨 수용액을 1-클로로이소프로필 페닐 케톤 35.8g에 가한 다음, 물 10g에 테트라 n-부틸 암모늄 브로마이드 0.13g을 용해시킨 수용액을 반응물에 교반하면서 가하고 반응온도를 80∼90℃ 사이로 유지하면서 약 2시간동안 반응시킨다.

반응물에 톨루엔과 물을 각각 30g씩 가하고 추출하여 수층을 제거한 후, 유기층을 물 50g으로 세척한다.

톨루엔을 감압회수하고, 남은 잔류물을 진공증류하여 30.6g의 1-히드록시 이소프로필 페닐 케톤을 수득하였다(비점 : 80∼82℃, 0.1torr, 성상 : 연노란색 액체)(수율 : 95%, 순도 : 98%이상).

[비교예 2]

1-히드록시 이소프로필 페닐 케톤의 합성(USP 4,691,058의 실시예 10의 방법)

수산화 칼륨 13.4g을 물13g에 용해시킨 수용액을 1-클로로이소프로필 페닐 케톤 36.0g에 가한 다음, 물 30g에 테트라(n-부틸)암모늄 하이드로젠 설페이트 0.33g을 용해시킨 수용액을 상기 반응물에 교반하면서 가한다. 반응온도를 80℃로 유지하면서 약 2시간 동안 반응시킨다. 반응액에 물 20g을 가하여 세척한 후 수층을 제거하고, 다시 물 50g을 가한 다음 소량의 초산을 가하여 수층의 액성을 중성(pH = 7-8)으로 한다. 분액하여 수층을 제거하고, 유기층을 물 50g으로 세척한다. 수득된 생성물에 n-헵탄 50g 및 활성탄 1g을 가하고 온도를 50-60℃로 승온하여 약 1시간 교반한다. 활성탄을 여과하여 제거하고 감압증류에 의해 n-헵탄을 회수한다. 30.0g(수율 : 92.7%, 순도 : 97%)의 1-히드록시이소프로필페닐케톤이 수득된다.

종래의 방법에 따른 상기 비교예 2의 방법에서는 상전이 촉매인 테트라(n-부틸)암모늄 하이드로젠 설페이트를 1-클로로이소프로필 페닐 케톤에 대하여 0.5% 사용하였고, 반응이 끝난 후 초산으로 증화하는 과정 및 활성탄 처리과정이 수행되었다. 이를 실시예 2의 방법과 비교해 보면, 실시예 2의 방법에서는 상전이 촉매가 1-클로로이소프로필 페닐 케톤에 대하여 0.2%에 불과하였고, 반응 후 중화나 활성탄 처리과정 없이 바로 진공증류하여 목적물을 회수하므로 공정이 훨씬 간단하고 경제적임을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 이소프로필페닐케톤으로부터 1-할로이소프로필페닐케톤을 제조하는 공정과 상기 공정에서 수득한 1-할로이소프로필페닐케톤에 상전이 촉매 존재하에 금속수산화물의 수용액을 가하여 반응시키는 공정을 포함하는 1-히드록시이소프로필페닐케톤의 제조방법에 있어서, 상기 이소프로필페닐케톤을 무기산 촉매 존재하에 SO_XY₂(식중, X는 1 또는 2의 정수이고, Y는 할로겐 원자를 나타낸다)로 표시되는 할로겐화 황산화물과 반응시켜 1-할로이소프로필페닐케톤을 제조하는 것을 특징으로 하는 1-히드록시이소프로필페닐케톤의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 무기산 촉매로서 황산 및 염산으로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 무기산 촉매의 첨가량은 이소프로필페닐케톤 1몰에 대하여 0.01 내지 0.2몰인 것을 특징으로 하는 제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 할로겐화 황산물로서 술푸릴클로라이드 및 티오닐클로라이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 할로겐화 황산화물의 첨가량은 이소프로필페닐케톤 1몰에 대하여 1 내지 2몰인 것을 특징으로 하는 제조방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이소프로필 페닐 케톤과 할로겐화황산화물을 40 내지 80℃의 반응온도에서 2 내지 5시간동안 반응시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.