KR100319045B1 - 신규 키랄 살렌 촉매 및 이를 이용하여 라세믹에폭사이드로부터 키랄화합물의 제조방법 - Google Patents

신규 키랄 살렌 촉매 및 이를 이용하여 라세믹에폭사이드로부터 키랄화합물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신규 키랄 살렌 촉매 및 이를 이용하여 라세믹 에폭사이드로부터 키랄화합물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 키랄 살렌 리간드의 중심 금속인 양이온형 코발트에 대응하는 상대음이온(counterion)이 친핵성이 약한 것으로 선택 도입하여 기존의 키랄 살렌 촉매의 단점을 개선하여 반응에 사용한 후에도 전혀 촉매 활성을 잃지 않으므로 촉매재생 처리없이 반복하여 연속적으로 사용이 가능한 신규 키랄 살렌 촉매와, 상기한 신규 키랄 살렌 촉매를 사용하여 라세믹 에폭사이드를 입체선택적으로 가수분해 반응하여 대량생산시에도 고광학활성 및 고수율로 입체선택성이 우수한 키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올과 같은 키랄화합물을 경제적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

신규 키랄 살렌 촉매 및 이를 이용하여 라세믹 에폭사이드로부터 키랄화합물의 제조방법{Novel chiral salen catalyst, and a process for preparing chiral compounds from racemic epoxides for using them}
본 발명은 신규 키랄 살렌 촉매 및 이를 이용하여 라세믹 에폭사이드로부터 키랄화합물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 키랄 살렌 리간드의 중심 금속인 양이온형 코발트에 대응하는 상대음이온(counterion)이 친핵성이 약한 것으로 선택 도입하여 기존의 키랄 살렌 촉매의 단점을 개선하여 반응에 사용한 후에도 전혀 촉매 활성을 잃지 않으므로 촉매재생 처리없이 반복하여 연속적으로 사용이 가능한 신규 키랄 살렌 촉매와, 상기한 신규 키랄 살렌 촉매를 사용하여 라세믹 에폭사이드를 입체선택적으로 가수분해 반응하여 대량생산시에도 고광학활성 및 고수율로 입체선택성이 우수한 키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올과 같은 키랄화합물을 경제적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올은 광학활성을 가지는 의약품 및 농약품의 합성에 사용되는 주원료 물질이다[미국특허 제5,071,868호;Tetrahedron Lett.,Vol. 28, No. 16, 1783, 1987;J. Org. Chem.,Vol. 64, 8741, 1999]. 이처럼 고광학활성을 가지는 키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올이 산업적으로 매우 유용한 화합물임에도 불구하고 이의 사용이 제한적인 것은 제조방법상의 난이성으로 인하여 공업적으로 저렴하게 생산하는데 어려움이 많기 때문이다.
키랄 에폭사이드의 한 종류로서 키랄 에피클로하이드린을 미생물을 이용하여제조하는 방법이 공지되어 있다[유럽특허 제431,970호; 일본 공개특허 공보 제90-257895호, 제94-211822호]. 그러나, 이 방법은 반응 규모에 비해 생산성이 낮고 2 단계 이상의 다단계 공정으로 이루어지므로 경제성 면에서 바람직하지 못하다. 이와다른 방법으로서, 만니톨 유도체로부터 얻어진 키랄 설포닐옥시할로알콜 유도체를 원료물질로하여 키랄 에피클로하이드린을 제조하는 방법[미국특허 제4,408,063호;J. Org. Chem.Vol. 43, 4876, 1978], 그리고 키랄 3-클로로-1,2-프로판디올을 이용하여 키랄 에피클로하이드린을 제조하는 방법[Synlett No. 12, 1927, 1999] 등이 공지되어 있으나, 이역시 다단계 반응으로서 산업적으로 이용하기에는 경제성이 부족하다.
일반적으로 키랄 에폭사이드 제조반응에는 입체 선택성을 갖는 키랄 촉매가 사용되는 바, 이 방법에서는 광학이성체가 50 : 50으로 혼합된 값싼 라세믹 에폭사이드를 키랄 촉매 존재하에 한쪽의 입체구조만을 선택적으로 가수분해하여 라세믹 에폭사이드중 한가지 이성체의 에폭사이드만을 가수분해시키고 나머지 이성체는 반응하지 않은 채로 남게 하므로써 높은 수율로 나머지 이성체의 에폭사이드 만을 얻는 방법이다. 상기 입체선택성 가수분해 반응에 사용되는 통상의 키랄 촉매는 그 가격이 매우 비싸므로 재사용을 하지 않으면 산업적인 이용가치가 없다.
키랄 에폭사이드의 입체선택성 가수분해 반응에 이용되는 키랄 촉매로서 키랄 살렌 촉매를 사용하는 방법이 최근에 발표된 바 있다[Science,Vol. 277, 936, 1997; 미국특허 제5,665,890호, 제5,929,232호; 국제특허공개 WO00/09463호, WO91/14694호]. 통상의 키랄 촉매에 비교하여 키랄 살렌 촉매를 사용하는 방법은 수율이 높으며 광학순도도 다른 방법과 비교하여 우수한 것으로 보고되어 있다. 그러나, 국제특허공개 WO00/09463호의 86∼87쪽에는 기존의 키랄 살렌 촉매를 사용하여 라세믹 에폭사이드의 가수분해를 수행하게 되면 생성물인 키랄 에폭사이드가 시간이 흐를 수록 라세미화하는 현상이 일어나는 것으로 기재하고 있다. 이러한 라세미화 현상은 대량생산시에 반응종료 후 원하는 물질을 증류하기 위하여 많은 시간이 소요되면서 더욱 심화될 수밖에 없으므로 결국 얻어지는 키랄 에폭사이드의 광학순도가 떨어지게 하는 원인으로 작용하므로 키랄 에폭사이드의 대량생산에 기존의 키랄 살렌 촉매를 적용하는데는 한계가 있다.
또한, 기존의 키랄 살렌 촉매는 일단 한 번 사용한 후에 재사용하게 되면 촉매활성도가 급격하게 떨어져 매번 재처리 공정을 거쳐야 하는 단점이 있다. 또한, 재처리 공정을 수행한다 하더라도 처음 사용하여 제조된 키랄 화합물의 광학순도에 비하여 현저히 저하되므로 재사용 횟수에 제한적인 단점을 안고 있다. 이러한 문제점은 산업적으로 이용하는데 있어서 키랄 에폭사이드의 제조경비를 높이는 결정적 요인이 된다.
따라서, 키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올 등의 키랄 화합물이 의·농약 제품들을 제조하는데 있어서 중요한 원료물질임에는 틀림이 없지만 아직은 제조가격이 비싸기 때문에 산업적으로 이용하기에는 아직도 많은 경제적 제약이 있으므로 보다 효율적인 제조방법의 개발이 절실히 요구되어지고 있다.
기존의 초산기(OAc) 함유 키랄 살렌 촉매에 있어 촉매가 활성을 잃거나 키랄 생성물의 라세미화에 관여하는 것은 초산기(OAc)와 같은 작용기가 이탈하는데 그 원인이 있는 바, 이에 본 발명자들은 촉매의 비활성화 및 촉매에 의한 키랄 생성물의 라세미화 문제를 극복하기 위하여 코발트 중심금속의 상대음이온으로 PF6 -또는 BF4 -가 도입되어 있어 키랄 에폭사이드의 대량생산에 유용한 키랄 살렌 촉매를 새롭게 고안함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
다시말하면, 키랄 에폭사이드의 입체선택성 가수분해 반응에 이용되는 키랄 살렌 촉매에 있어 중심금속에 결합하고 있는 상대음이온의 선택이 매우 중요하다. 예를 들어 초산기(OAc)나 할로겐기와 같이 친핵성 작용을 가지는 상대음이온이 결합된 키랄 살렌 촉매는 키랄 에폭사이드의 라세미화에 관여하여 광학순도를 저하시키게 되며, 또한 상대음이온이 중심금속과 강력한 결합을 형성하지 못한 경우는 반응중에 상대음이온이 해리되어 결국은 촉매활성 감퇴가 일어나게 된다.
본 발명에 따른 신규 키랄 살렌 촉매는 코발트 중심금속의 상대음이온으로 PF6 -또는 BF4 -가 결합되어 있어 반응 후에도 전혀 활성을 잃지 않을 뿐만 아니라 키랄 에폭사이드의 라세미화에도 전혀 영향을 미치지 않는다. 따라서, 본 발명은 반응에 사용한 후에도 높은 촉매 활성을 유지하므로 별도의 촉매재생 처리없이 반복하여 연속적으로 사용이 가능하다는 점에서 공정의 단순화를 꾀할 수 있고, 키랄에폭사이드의 라세미화에도 전혀 영향을 미치지 않는 신규 키랄 살렌 촉매를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 라세믹 에폭사이드로부터 키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올을 제조하는 반응에 상기한 신규 키랄 살렌 촉매를 사용하여 생성된 키랄 에폭사이드의 라세미화에도 영향을 미치지 않고 고광학활성 및 고수율의 키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올과 같은 키랄 화합물을 경제적으로 제조하는 방법을 제공하는데 또다른 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 대표적 키랄 살렌 촉매와 종래의 초산기 함유 키랄 살렌 촉매의 반응시간에 따른 키랄 화합물의 광학순도를 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 대표적 키랄 살렌 촉매와 종래의 초산기 함유 키랄 살렌 촉매의 반응횟수에 따른 키랄 화합물의 광학순도를 비교한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 대표적 키랄 살렌 촉매와 비교촉매로서 초산기 함유 키랄 살렌 촉매 및 브롬기 함유 키랄 살렌 촉매 각각에 대한 반응시간에 따른 키랄 에폭사이드의 라세미화 정도를 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 대표적 키랄 살렌 촉매를 사용했을 경우에 반응전과 반응후의 촉매의 UV data이다.
도 5는 초산기 함유 키랄 살렌 촉매를 사용했을 경우에 반응전과 반응후의 촉매의 UV data이다.
본 발명은 라세믹 에폭사이드로부터 키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올을 제조하는 반응에서의 촉매로서 유용한 다음 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매를 그 특징으로 한다.
상기 화학식 1에서 :
X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7,및 X8는 각각 수소원자 또는 C4∼C10의 알킬기를 나타내고; Y1및 Y2는 각각 수소원자, 또는 C1∼C5의 알킬기를 나타내고; Z는 PF6, 또는 BF4를 나타내고; R1및 R2는 각각 수소원자, C4∼C10의 알킬기, 또는 비치환된 페닐기 또는 C1∼C4의 알킬기로 치환된 페닐기이며, 이때 R1및 R2중의 하나는 항상 수소원자이며, 또한 R1및 R2가 각각 서로 결합하여 -(CH2)n- (이때, n은 3∼6의 정수) 또는 -(CH2)m-Q-(CH2)m- (이때, m은 1∼2의 정수이고, Q는 산소원자 또는 NH)를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 라세믹 에폭사이드를 입체선택적으로 가수분해 반응하여 키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올의 키랄 화합물을 제조하는 방법에 있어서, 상기 반응 촉매로서 상기 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매를 사용하는 키랄 화합물의 제조방법을 포함한다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 촉매재생을 위한 후처리 공정없이 반복하여 연속적으로 사용이 가능한 상기 화학식 1로 표시되는 신규 키랄 살렌 촉매와, 키랄 에폭사이드의 라세미화에도 영향을 미치지 아니하는 상기한 신규 키랄 살렌 촉매하에서 라세믹 에폭사이드를 입체선택적으로 가수분해하여 고광학활성 및 고수율의 입체선택성을 가지는 키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올과 같은 키랄 화합물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 신규 키랄 살렌 촉매의 제조방법은 공지 방법[Tetrahedron Asymmetry,Vol. 2, No. 7, 481, 1991;J. Org. Chem.,Vol. 59, 1939, 1994]을 응용하여 쉽게 제조할 수 있다. 예컨대, 다음 반응식1에 나타낸 바와 같이 다음 화학식 2로 표시되는 살렌 화합물을 유기용매 하에서 코발트(Ⅱ) 아세테이트 및 훼로세니움 유도체로 처리하여 제조할 수 있다.
상기 반응식 1에서 : X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, Y1, Y2, Z, R1, 및 R2는 각각 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매는 특정한 고정상 예를 들면 제올라이트 등에 고정화시켜 사용할 수도 있다.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 신규 키랄 살렌 촉매를 이용하여 라세믹 에폭사이드를 입체선택적으로 가수분해 반응하여 키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올과 같은 키랄 화합물을 제조하는 방법을 간략히 나타내면 다음 반응식 2와 같다.
상기 반응식 2에서: R은 비치환 또는 할로겐원자로 치환된 C1∼C10의 알킬기, 비치환 또는 할로겐원자로 치환된 C3∼C8의 싸이크로알킬기, 또는 비치환 또는 할로겐원자로 치환된 페닐기를 나타내고; I-RR은 R1이 수소원자인 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매를 지칭한 것이고; I-SS은 R2가 수소원자인 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매를 지칭한 것이다.
상기 반응식 2에 따른 입체선택성 가수분해 반응을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 화학식 3으로 표시되는 라세믹 에폭사이드에 0.4 ∼ 0.8 당량의 물과 함께 본 발명의 키랄 살렌 촉매를 0.001 몰% 이상(바람직하게는 0.1 ∼ 5 몰%) 첨가하고, 반응온도 -10 ∼ 30 ℃(바람직하게는 5 ∼ 25 ℃)에서 반응시킨다. 반응이 완료되면, 감압하에서 분별 증류하여 원하는 키랄 에폭사이드((R)-4 또는 (S)-4)를 얻고, 잔류물에서는 유기용매를 사용하여 촉매를 추출해 내고 키랄 1,2-디올((R)-5 또는 (S)-5)을 분리해 낸다. 회수된 촉매는 별도의 촉매 재생과정 없이 곧바로 반응기에 새로운 라세믹 에폭사이드와 물을 넣고 같은 반응을 계속 반복하므로써 키랄 에폭사이드 혹은 키랄 1,2-디올을 반복하여 합성해 낸다.
상기한 본 발명에 따른 입체선택성 가수분해 반응에 있어, 촉매로서 R1이 수소원자인 상기 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매(이하, 'I-RR'이라 약칭함)를 사용하게 되면, 반응 생성물로서는 (R)-에폭사이드 또는 (S)-1,2-디올이 생성된다.반면에, 촉매로서 R2가 수소원자인 상기 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매(이하, 'I-SS'라 약칭함)를 사용하게 되면, 반응 생성물로서는 (S)-에폭사이드 또는 (R)-1,2-디올이 생성된다.
첨부도면 도 1 및 도 2는 본 발명을 대표하는 신규 키랄 살렌 촉매(I-SS-1)와 종래 초산기(OAc) 함유 키랄 살렌 촉매(비교촉매 1)의 반응속도 및 재사용 횟수에 따른 광학선택성의 비교 그래프이다.
도 1과 도 2에 따르면, 본 발명에 따른 신규 키랄 살렌 촉매를 사용하는 반응에서는 기존 것에 비해 보다 반응속도가 빠르고 광학선택성(99 %ee 이상)이 높은 키랄 에폭사이드를 얻을 수 있으며, 반응에 사용된 뒤에도 촉매 활성을 잃지 않고 반복하여 연속적으로 재생처리 없이 사용이 가능함을 확인할 수 있다. 반면에 초산기(OAc)를 함유한 키랄 살렌 촉매는 1회 사용 후 활성을 잃으며 재차 초산으로 처리하여 산화시켜야만이 활성을 나타낼 수 있었고, 초산으로 재생처리 하더라도 99 % 이상의 ee값(광학선택성)을 가지는 키랄 에폭사이드를 얻기 위해서는 처음에 사용했던 촉매보다 반응시간이 크게 연장되는 단점이 있었다.
첨부도면 도 3은 본 발명을 대표하는 신규 키랄 살렌 촉매(I-RR-1)와, 초산기(OAc) 함유 키랄 살렌 촉매(비교촉매 2) 및 브롬기(Br) 함유 키랄 살렌 촉매(비교촉매 3) 각각에 대한 키랄 에폭사이드의 라세미화 정도를 비교한 그래프이다.
도 3에 따르면, 본 발명에 따른 신규 키랄 살렌 촉매를 사용하는 반응에서는 시간이 경과하여도 라세미화 정도가 없거나 거의 미미한 정도이지만 초산기 함유 키랄 살렌 촉매(비교촉매 2) 또는 브롬기(Br) 함유 키랄 살렌 촉매(비교촉매 3)과같이 상대음이온이 친핵성 작용을 가진 것일 경우는 키랄 에폭사이드의 라세미화 정도가 커서 시간이 경과할 수록 광학순도를 저하시키는 원인이 된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 키랄 에폭사이드의 대량생산에서는 반응종료 후에 원하는 물질을 증류하기 위하여 많은 시간이 소요되는 바, 본 발명의 신규 키랄 살렌 촉매는 라세미화의 우려가 거의 없어 고광학활성을 가진 키랄 에폭사이드의 대량생산 과정에 사용될 수 있지만, 비교촉매 2 또는 3과 같은 키랄 살렌 촉매를 사용하는 경우 증류과정중에 키랄 에폭사이드의 라세미화가 진행되어 얻어지는 에폭사이드의 광학순도가 떨어지는 단점이 있어 대량생산에 적용하는데 한계가 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: (S,S) -N,N '-비스(3,5-디- t -부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아미노코발트(Ⅲ) 헥사플루오로포스페이트의 제조
1 당량의 (S,S)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민과 1.2 당량의 코발트(Ⅱ)아세테이트·4H2O을 에탄올에 혼합하고 5 시간동안 환류 교반하였다. 실온에서 여과하고 소량의 에탄올로 세척한다. 수득한 고체와 1 당량의 훼로세니움 헥사플루오로포스페이트, 아세토니트릴을 혼합하고 1 시간동안 환류 교반시킨 후, 아세토니트릴을 감압증류 제거하였다. 반응물에 헥산을 넣고 30분 교반 후 여과하면 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻는다.
IR 1060, 1110, 1170, 1195, 1210, 1295, 1410, 1480, 1500, 1510, 1605, 1645 cm-1;31P NMR(CDCl3)δ(H3PO4, ppm) -144.49[m, J(31P,19F)=1.77KHz]
실시예 2 : (R,R)- N,N' -비스(3,5-디- t -부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아미노코발트(Ⅲ) 헥사플루오로포스페이트의 제조
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 다만 (S,S)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민을 대신하여 (R,R)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민을 사용하였으며, 그 결과 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
IR 1060, 1110, 1170, 1195, 1210, 1295, 1410, 1480, 1500, 1510, 1605, 1645 cm-1;31P NMR(CDCl3)δ(H3PO4, ppm) -144.49[m, J(31P,19F)=1.77KHz]
실시예 3 : (S,S)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아미노코발트(Ⅲ) 테트라플루오로보레이트의 제조
1 당량의 (S,S)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민과 1.2 당량의 코발트(Ⅱ)아세테이트·4H2O을 에탄올에 혼합하고 5 시간동안 환류 교반하였다. 실온에서 여과하고 소량의 에탄올로 세척한다. 수득한 고체와 1 당량의 훼로세니움 테트라플루오로보레이트, 아세토니트릴을 혼합하고 1 시간동안 환류 교반시킨 후, 아세토니트릴을 감압증류 제거하였다. 반응물에 헥산을 넣고 30분 교반 후 여과하면 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻는다.
실시예 4 : (R,R)- N,N' -비스(3,5-디- t -부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아미노코발트(Ⅲ) 테트라플루오로보레이트의 제조
상기 실시예 3과 동일한 방법으로 수행하되, 다만 (S,S)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민을 대신하여 ((R,R)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민을 사용하였으며, 그 결과 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
실시예 5: (S)- N -(3,5-디- t -부틸살리실리덴)-(S)- N' -(살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아미노코발트(Ⅲ) 헥사플루오로포스페이트의 제조
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 다만 (S,S)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민을 대신하여 (S)-N-(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-(S)-N'-(살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민을 사용하였으며, 그 결과 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
IR 840, 890, 990, 1020, 1110, 1185, 1220, 1255, 1270, 1285, 1370, 1400, 1450, 1480, 1560, 1610, 1640 cm-1
실시예 6 : (R)- N -(3,5-디- t -부틸살리실리덴)-(R)- N' -(살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아미노코발트(Ⅲ) 헥사플루오로포스페이트의 제조
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 다만 (S,S)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민을 대신하여 (R)-N-(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-(R)-N'-(살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민을 사용하였으며, 그 결과 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
실시예 7 : (S)- N -(3,5-디- t -부틸살리실리덴)-(S)- N' -(살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아미노코발트(Ⅲ) 테트라플루오로보레이트의 제조
상기 실시예 3과 동일한 방법으로 수행하되, 다만 (S,S)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민을 대신하여 (S)-N-(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-(S)-N'-(살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민을 사용하였으며, 그 결과 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
실시예 8 : (R)- N -(3,5-디- t -부틸살리실리덴)-(R)- N' -(살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아미노코발트(Ⅲ) 테트라플루오로보레이트의 제조
상기 실시예 3과 동일한 방법으로 수행하되, 다만 (S,S)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민을 대신하여 (R)-N-(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-(R)-N'-(살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민을 사용하였으며, 그 결과 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
실시예 9 : (R,R)- N,N' -비스(3,5-디- t -부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아미노코발트(Ⅲ) 브로마이드의 제조
1 당량의 (R,R)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민과 1.2 당량의 코발트(Ⅱ)아세테이트·4H2O을 에탄올에 혼합하고 5 시간동안 환류 교반하였다. 실온에서 여과하고 소량의 에탄올로 세척하였다. 수득한 고체와 0.5 당량의 브롬, 디클로로메탄을 혼합하고 실온에서 1 시간동안 교반시킨 후, 디클로로메탄을 감압증류 제거하면 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
실시예 10 : (R,R)- N,N' -비스(3,5-디- t -부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아미노코발트(Ⅲ) 클로라이드의 제조
1 당량의 (R,R)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민과 1.2 당량의 코발트(Ⅱ)아세테이트·4H2O을 에탄올에 혼합하고 5 시간동안 환류 교반하였다. 실온에서 여과하고 소량의 에탄올로 세척하였다. 수득한 고체와 디클로로메탄을 혼합하고 0.5 당량의 염소개스를 주입하고 실온에서 1 시간동안 교반시킨 후, 디클로로메탄을 감압증류 제거하면 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
실시예 11 : (R,R)- N,N' -비스(3,5-디- t -부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아미노코발트(Ⅲ) 아이오다이드의 제조
1 당량의 (R,R)-N,N'-비스(3,5-디-t-부틸살리실리덴)-1,2-싸이크로헥산디아민과 1.2 당량의 코발트(Ⅱ)아세테이트·4H2O을 에탄올에 혼합하고 5 시간동안 환류 교반하였다. 실온에서 여과하고 소량의 에탄올로 세척하였다. 수득한 고체와 0.5 당량의 요오드, 디클로로메탄을 혼합하고 실온에서 1 시간동안 교반시킨 후, 디클로로메탄을 감압증류 제거하면 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
실험예 1: (R)-에피클로하이드린 또는 (S)-에피클로하이드린의 제조
100 g의 라세믹 에피클로하이드린에 다음 표 1과 같이 상기 실시예 1 ∼ 8에서 제조한 촉매 0.25 몰%를 각각 혼합하고 5 ℃까지 냉각하였다. 여기에 13.6 g의 물을 천천히 적가한 후 20 ℃에서 4 시간동안 교반하였다. 반응물을 감압하에서 분별증류하면 (R)[또는 (S)]-에피클로하이드린을 1차로 얻었다. 잔류물에 디클로로메탄과 물을 주입하고 디클로로메탄층으로 촉매를 추출해 내고 디클로로메탄을 감압증류하여 회수된 촉매는 별도의 촉매 재생과정 없이 곧바로 반응기에 새로운 라세믹 에피클로하이드린와 물을 넣고 같은 반응을 계속 반복하므로써 (R)[혹은 (S)]-에피클로하이드린을 반복하여 99 %ee 이상의 순도로 얻었다.
도 4는 실시예 1에서 제조한 I-SS-1을 사용했을 경우에 반응전과 반응후의 촉매의 UV data이다. 이것으로 I-SS-1는 반응전과 반응후를 비교하여 변화가 없음을 확인할 수 있다.
비교실험예 1: (R)-에피클로하이드린의 제조
기존의 초산기 함유 키랄 살렌 촉매(비교촉매 1)를 이용하여 상기 실험예 1과 같이 반응하여 (R)-에피클로하이드린을 얻고 사용한 촉매를 초산처리 없이 재반응을 시켜 17 %ee의 (R)-에피클로하이드린을 얻었다. 두 번째 반응 후 촉매를 재생하기 위하여 공지된 방법[Science,Vol. 277, 936, 1997]으로 톨루엔과 2 몰비의 초산을 넣고 공기중에서 교반하였다. 상온에서 1 시간 교반 후 용매를 감압증류 제거하여 재생처리 된 촉매를 얻었다. 이 촉매를 이용하여 같은 조건에서 반응을 했을 때 반응완료 시간이 첫 번째 반응의 4 시간에서 7 ∼ 8 시간으로 길어졌으며 (R)-에피클로하이드린의 광학순도는 99 %ee 이하로 저하됨을 보였다. 그 결과를 다음 표 1에서 비교하였다.
촉매 반응 횟수 광학순도(%ee) 평균 수율 반응시간
비교촉매 1(OAc함유) 1차 99.8 80% 4 시간
2차(미재생처리) 17 - 8 시간
3차(재생처리) <99 80% 8 시간
I-SS-1(또는 I-RR-1) 1차 99.8 80.4% 4 시간
4차 99.8 6 시간
8차 99.8 8 시간
10차 99.4 12 시간
I-SS-2(또는 I-RR-2) 1차 99.8 80% 4 시간
5차 99.8 6 시간
6차 99.7 10 시간
7차 99.4 12 시간
I-SS-3(또는 I-RR-3) 1차 99.8 80% 4 시간
4차 99.8 6 시간
8차 99.6 8 시간
10차 99.3 12 시간
I-SS-4(또는 I-RR-4) 1차 99.8 78% 4 시간
4차 99.8 6 시간
5차 99.5 8 시간
6차 99.1 12 시간
한편, 도 5는 비교촉매 1을 사용했을 경우에 반응전과 반응후의 촉매의 UV data이다. 이것으로 비교촉매 1은 반응후에 초산기가 이탈됨을 확인할 수 있다.
비교실험예 2: (S)-에피클로하이드린의 광학순도 변화 비교
각각의 라세믹 에피클로하이드린 100 g씩에 상기 실시예 2(I-RR-1)에서 제조한 촉매, 기존의 초산기 함유 키랄 살렌 촉매(비교촉매 2), 브롬 함유 키랄 살렌 촉매(비교촉매 3) 0.4 몰%를 각각 혼합하고 5 ℃까지 냉각하였다. 여기에 10.7 g의 물을 천천히 적가한 후 20 ℃에서 교반하면서 시간에 따른 광학순도의 변화를 관찰하여 도 3에 나타내었다.
실험예 3: (R)-에피브로모하이드린 또는 (S)-에피브로모하이드린의 제조
148 g의 라세믹 에피브로모하이드린에 상기 실시예 1 또는 실시예 2에서 제조한 촉매(I-SS-1 또는 I-RR-1) 2 g을 혼합하고 5 ℃까지 냉각하였다. 여기에 13.6 g의 물을 천천히 적가한 후 20℃에서 4 시간동안 교반하였다. 반응물을 감압하에서 분별증류하면 (R)[혹은 (S)]-에피브로모하이드린을 1차로 얻었다. 잔류물에 디클로로메탄과 물을 주입하고 디클로로메탄층으로 촉매를 추출해 내고 디클로로메탄을 감압증류하여 회수된 촉매는 별도의 촉매 재생과정 없이 곧바로 반응기에 새로운 라세믹 에피클로하이드린와 물을 넣고 같은 반응을 계속 반복하므로써 (R)[혹은 (S)]-에피브로모하이드린을 반복하여 99 %ee 이상의 순도로 얻었다.
실험예 4 : (S)-1,2-에폭시부탄 또는 (R)-1,2-에폭시부탄의 제조
상기 실험예 3과 동일한 방법으로 수행하되, 다만 라세믹 에피브로모하이드린을 대신하여 라세믹 1,2-에폭시부탄 78 g을 사용하였으며, 그 결과 상기 표제 화합물을 99 %ee 이상의 순도로 얻었다.
실험예 5 : (S)-1,2-에폭시헥산 또는 (R)-1,2-에폭시헥산의 제조
상기 실험예 3과 동일한 방법으로 수행하되, 다만 라세믹 에피브로모하이드린을 대신하여 라세믹 1,2-에폭시부탄 108 g을 사용하였으며, 그 결과 상기 표제화합물을 99 %ee 이상의 순도로 얻었다.
실험예 6: (S)-스타일렌 옥사이드 또는 (R)-스타일렌 옥사이드의 제조
130 g의 라세믹 스타일렌 옥사이드에 상기 실시예 1 또는 실시예 2에서 제조한 촉매(I-SS-1 또는 I-RR-1) 5 g을 혼합하고 5 ℃까지 냉각하였다. 여기에 13.6 g의 물을 천천히 적가한 후 20 ℃에서 15 시간동안 교반하였다. 반응물을 감압하에서 분별증류하면 (S)[혹은 (R)]-스타일렌 옥사이드를 1차로 얻었다. 잔류물에 디클로로메탄과 물을 주입하고 디클로로메탄층으로 촉매를 추출해 내고 디클로로메탄을 감압증류하여 회수된 촉매는 별도의 촉매 재생과정 없이 곧바로 반응기에 새로운 라세믹 스타일렌 옥사이드와 물을 넣고 같은 반응을 계속 반복하므로써 (S)[혹은 (R)]-스타일렌 옥사이드를 반복하여 99 %ee 이상의 순도로 얻었다
실험예 7: (R)-1,2-부탄디올 또는 (S)-1,2-부탄디올의 제조
78 g의 라세믹 1,2-에폭시부탄에 상기 실시예 1 또는 실시예 2에서 제조한 촉매(I-SS-1 또는 I-RR-1) 2 g을 혼합하고 5 ℃까지 냉각하였다. 여기에 7.8g의 물을 천천히 적가한 후 20 ℃에서 3 시간동안 교반하였다. 반응물에 남아있는 1,2-에폭시부탄을 감압하에서 제거하고 잔류물에 디클로로메탄과 물을 주입한다. 물층을 분리하여 분별증류하면 (R)[혹은 (S)]-1,2-부탄디올을 1차로 얻었다.디클로로메탄층으로 회수된 촉매는 별도의 촉매 재생과정 없이 곧바로 반응기에 새로운 라세믹 1,2-에폭시부탄과 물을 넣고 같은 반응을 계속 반복하므로써 (R)[혹은 (S)]-1,2-부탄디올을 반복하여 98 %ee 이상의 순도, 평균수율 60 %로 얻었다.
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명에 따른 신규 키랄 살렌 촉매는 기존의 키랄 살렌 촉매의 단점을 개선하여 재생처리없이 재사용이 가능하며, 또한 라세믹 에폭사이드로부터 고광학활성 및 고수율의 입체선택성을 가지는 키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올을 대량으로 제조하는 입체선택성 가수분해 반응에서 촉매로서 유용하다.

Claims (4)

  1. 라세믹 에폭사이드로부터 키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올을 제조하는 반응에서의 촉매로서 유용한 것임을 특징으로 하는 다음 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매.
    화학식 1
    상기 화학식 1에서 :
    X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7,및 X8는 각각 수소원자 또는 C4∼C10의 알킬기를 나타내고; Y1및 Y2는 각각 수소원자를 나타내고; Z는 PF6를 나타내고; R1및 R2는 둘 중 하나는 수소원자이고, 나머지 R1및 R2가 서로 결합하여 -(CH2)n- (이때, n은 3∼6의 정수)를 형성한다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7,및 X8는 각각 수소원자 또는 t-부틸기이고; 상기 Y1및 Y2는 각각 수소원자이고; 상기 Z는 PF6이고; 상기 R1및 R2는 둘 중 하나가 수소원자이고, 나머지 R1및 R2가 서로 결합하여 -(CH2)4-인 것을 특징으로 하는 키랄 살렌 촉매.
  3. 라세믹 에폭사이드를 입체선택적으로 가수분해 반응하여 키랄 에폭사이드 또는 키랄 1,2-디올의 키랄 화합물을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 반응 촉매로는 다음 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매를 사용하는 것을 특징으로 하는 키랄 화합물의 제조방법.
    화학식 1
    상기 화학식 1에서 :
    X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7,및 X8는 각각 수소원자 또는 C4∼C10의 알킬기를 나타내고; Y1및 Y2는 각각 수소원자를 나타내고; Z는 PF6를 나타내고; R1및 R2는 둘 중 하나는 수소원자이고, 나머지 R1및 R2가 서로 결합하여 -(CH2)n- (이때, n은 3∼6의 정수)를 형성한다.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7,및 X8는 각각 수소원자 또는 t-부틸기이고; 상기 Y1및 Y2는 각각 수소원자이고; 상기 Z는 PF6이고; 상기 R1및 R2는 둘 중 하나가 수소원자이고, 나머지 R1및 R2가 서로 결합하여 -(CH2)4-인 것을 특징으로 하는 키랄 화합물의 제조방법.
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