KR100408991B1 - ＤＬ-α-토코페롤 아세테이트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 DL-α-토코페롤 아세테이트의 제조방법에 관한 것으로, 무촉매하에서 139 내지 250℃ 및 2 내지 20기압의 반응조건하에서 DL-α-토코페롤 및 무수초산으로 이루어진 반응물을 관형 연속반응기에 공급하여 아실화 반응을 실시하는 고수율, 고순도의 DL-α-토코페롤 아세테이트의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 촉매를 첨가하지 않고도, 종래기술과 유사한 정도의 고수율, 고순도의 DL-α-토코페롤 아세테이트를 제조할 수 있으며 반응생성물 내에 촉매성분이 없으므로 제거할 필요가 없기 때문에 제조원가를 절감할 수 있고, 제조후 발생하는 산업폐기물을 저감시킬 수 있다.

Description

ＤＬ-α-토코페롤 아세테이트의 제조방법{The improved method for the preparation of DL-α-tocopherol acetate}

본 발명은 DL-α-토코페롤 아세테이트의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 촉매를 사용하지 않고 적정 반응조건하에서 DL-α-토코페롤 및 무수초산 (Acetic Anhydride)으로 이루어진 반응물을 관형 연속반응기에 연속적으로 공급하여 아실화 반응을 실시함으로써 고수율, 고순도의 DL-α-토코페롤 아세테이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

DL-α-토코페롤은 공기와 빛에 노출되었을 때 산화되는 특성을 지니고 있으므로 안정적으로 보관, 이송 및 사용하기 위해서 아세테이트 형태로 전환시켜 유통된다. DL-α-토코페롤의 효율적인 제조에 대해서는 지난 수십년간 많은 시도들이 이루어져 왔지만, 제조된 DL-α-토코페롤을 DL-α-토코페롤 아세테이트로 전환하는 방법에 대해서는 큰 관심을 기울이지 않아서 독립적인 특허로써 등록이 된 바가 없이 DL-α-토코페롤의 특허에서 간략히 언급되는 형태로 취급되어 왔다.

예를 들어, 로슈비타민사(Roche Vitamins Inc.)의 미국특허 제5,886,196에는, 하이드로젠 비스(옥살토)보레이트(hydrogen bis(oxalato)borate)를 촉매로 사용하여 DL-α-토코페롤과 무수초산을 회분식 반응기(batch type reator)에서 1시간 반응시켜 DL-α-토코페롤 아세테이트를 합성하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 니신 제분사(Nissin Flour Milling Co., Ltd.)의 미국특허 제4,217,285에는, 초산 나트륨(sodium acetate)과 금속 아연분말을 촉매로 사용하여 회분식 반응기에서 반응온도를 95∼100℃로 하여 3.5시간동안 DL-α-토코페롤과 무수초산을 반응시켜 DL-α-토코페롤 아세테이트를 합성하는 방법이 기재되어 있다.

이와 같이 종래기술의 특허에 언급된 방법들은 모두 회분식 반응기에서 DL-α-토코페롤 아세테이트를 제조하고 있는데, 종래의 특허에서 사용되는 반응기의 재질이 석영(quartz) 계통이므로, 가압조건에서 실시하는 것이 원천적으로 불가능하였고, 따라서 반응온도도 무수초산의 비점(139℃) 이상으로 올리는 것이 원천적으로 불가능하였다. 또한, 상기 하이드로젠 비스(옥살토)보레이트는 쉽게 구할 수 있는 범용 화합물이 아니고 고가이며 또한 아연분말의 경우에는 습기에 노출되면 쉽게 산화물 형태로 변하므로 취급에 주의를 기울여야 한다. 또한, 반응후 DL-α-토코페롤 아세테이트의 순도를 높이기 위해서는 이들 촉매를 반응생성물로부터 분리해야 하는 문제점이 있으며, 촉매를 사용하여 회분식 반응기에서 반응하므로 반응 장치전후의 공정이 복잡해지고, 많은 시간이 소요된다. 즉, 회분식 반응기에 반응물을 도입한 후 반응온도까지 가열하여 반응시간동안 반응시킨 후, 후단의 분리 정제 공정으로 이송시켜야 하기 때문에 반응시간에 비해 반응물의 도입, 가열, 반응후의 이송 등에 많은 시간이 소요되며, 사용된 촉매를 후단의 분리 정제 공정에서 제거하여야 하는 단점이 있다.

이에 본 발명자들이 연구검토한 결과, 관형 연속반응기를 이용하여 촉매를 사용하지 않고 반응을 실시함으로써 가열 및 반응에 필요한 시간을 최소화하고 후단공정을 간단히 하여 원가 경쟁력이 있으며, 종래의 방법에 의해 얻어지는 수율 및 순도에 떨어지지 않는, 고수율, 고순도의 DL-α-토코페롤 아세테이트를 제조할 수 있음을 발견하였으며, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결하고 가열 및 반응에 필요한 시간을 최소화하고 후단공정을 간단히 하여 원가 경쟁력이 있으며, 고수율, 고순도의 DL-α-토코페롤 아세테이트를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고수율, 고순도의 DL-α-토코페롤 아세테이트의 제조방법은, 무촉매하에서 139 내지 250℃ 및 2 내지 20기압의 반응조건하에서 DL-α-토코페롤 및 무수초산으로 이루어진 반응물을 관형 연속반응기에 공급하여 아실화 반응을 실시하는 것으로 이루어진다.

이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

통상적으로 회분식 반응기에서 DL--토코페롤을 무수초산과 반응시키는 경우에 있어서, 촉매가 없는 경우 반응시간이 길어지는 문제가 있으며, 또한 반응기의 재질 등의 문제로 인해 가압 및 고온의 반응조건을 실시할 수 없었다. 또한, 촉매가 존재하는 상태에서의 회분식 반응기를 이용하는 경우에는 반응물의 도입, 가열, 반응후의 이송 등에 많은 시간이 소요되며 사용된 촉매를 후단의 분리 정제 공정에서 제거하여야 하는 문제가 있는 반면, 본 발명에 따른 방법은 촉매를 사용하지 않고 고온 및 가압의 반응조건하에서 관형 연속반응기를 이용하여 반응을 실시함으로써 반응 후에 촉매의 분리, 제거할 필요가 없는 매우 효과적인 방법이다.

그러나, 전술한 바와 같이 촉매가 없으면 반응이 늦게 진행되므로, 촉매가 없이도 촉매가 있는 경우와 유사한 속도의 반응이 진행될 수 있도록 본 발명에서는 압력 및 온도를 조정하였다. 예를 들어, 종래 특허에서 사용된 촉매사용의 경우에 상압에서 반응물과 촉매를 회분식 반응기에 넣고 반응시킬 때 초산의 비점이 118℃이고, 무수초산의 비점이 139℃이므로, 반응온도는 상기 무수초산의 비점이하, 즉 139℃이하에서 실시하게 된다. 이와 같은 조건에서 촉매없이 반응하면 반응속도가 너무 느려지고 반응이 완결되는데 많이 시간이 걸리는 단점이 있으므로, 본 발명자들은 관형 반응기를 이용하며, 반응조건은 가압 및 고온으로 조정하여 촉매가 없는 상태로 반응을 진행시켜도 촉매가 있을 때와 유사한 반응속도를 얻을 수 있었다.

본 발명에서 사용되는 관형 연속반응기의 형태는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 본 발명에 따른 반응이 가압하에서 진행되므로 반응압력을 견딜 수 있으며, 반응기의 전단에는 반응물을 반응온도까지 가열하여 반응기로 연속적으로 공급할 수 있는 장비가 구비되어 있는 것이 바람직하다. 단, 반응기의 크기가 커지면 실리카, 알루미나 등의 충진물을 이용하여 반응기내에서 반응물간의 접촉 효율을 좋게 할 필요가 생긴다.

전술한 바와 같이, DL-α-토코페롤의 아실화 반응을 통해 DL-α-토코페롤 아세테이트를 제조하기 위한 반응조건은 아래와 같다.

먼저, 반응온도는 139 내지 250℃의 범위이며, 반응온도가 높을수록 반응은 잘 진행되지만 반응은도가 250℃를 초과하면 반응물인 무수초산과 반응생성물인 초산의 증기압이 너무 높아지게 되는 문제가 있다.

반응압력은 상기 반응온도에서 반응물인 무수초산과 반응생성물인 초산이 액상으로 유지되는 압력이면 되는데, 2 내지 20기압의 범위가 바람직하다.

한편, 상기 반응물내의 무수초산의 양은, 이론적으로는 DL-α-토코페롤과 같은 몰수이면 가능하지만, 많을수록 반응이 촉진되는 효과를 나타낸다. 그러나, 무수초산의 양이 너무 많아지면 후단의 분리 공정의 크기가 커져야 하므로 DL-α-토코페롤에 비해 몰비로 1∼8배 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1∼4배이다. 또한, 반응기 내의 반응물의 체류시간도 길수록 좋지만, 체류시간이 길어지면 동일양의 DL-α-토코페롤 아세테이트를 생산하기 위해 더 큰 반응기가 필요하게 되므로 통상적으로 4시간이내에 반응시키는 것이 바람직하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

비교예 1

오일배쓰(oil bath)를 이용하여 100℃로 유지되는 비이커에 DL-α-토코페롤 20g(0.046몰)과 무수초산 10g(0.098몰)을 일시에 넣고, 촉매로 염화아연을 1g 투입한 후 교반하고, 100℃를 유지하면서 한시간동안 반응시킨 후에 기체상 크로마토그래피를 통해 반응 진행정도를 확인하였다. 확인 결과 DL-α-토코페롤의 전환율은 99.4%이었다.

비교예 2

500ml 둥근바닥 플라스크에 응축기를 부착하고, 질소를 통과시켜 플라스크 내부를 세척한 뒤, DL-α-토코페롤 20g(0.046몰)과 무수초산 80g을 넣고 가열하여 환류가 일어나는 조건에서 촉매를 넣지 않고 상압하에서 교반시켰다. 30분간 반응시킨 후, 기체상 크로마토그래피를 통해 반응 진행정도를 확인한 결과, DL-α-토코페롤의 전환율은 66.8%이었다.

실시예 1

촉매를 사용하지 않고, 관형반응기를 사용하였으며, 관형 반응기에 비드(bead)를 채웠으며, 비드를 채운 후의 반응기의 체적은 130cc이었다. DL-α-토코페롤 1kg(2.32몰)과 무수초산 500g(4.9몰)을 비이커에 넣은 후 상온에서 교반하여 혼합하여 반응물을 준비하고, 준비된 반응물을 반응기의 온도를 205℃로 유지시키면서 시간당 100cc로 공급하였다. 이 때, 반응기의 압력은 10기압이었다. 이후, 반응생성물의 조성이 일정해질 때까지 2시간 기다린 후 기체상 크로마토그래프를 통해 반응 진행정도를 확인하였고, 그 결과 전환율은 99.6%이었다.

실시예 2

DL-α-토코페롤 2kg과 무수초산 500g을 반응물로 사용하고, 250℃ 및 20기압의 반응조건하에서 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였으며, 그 결과 전환율은 99.3%이었다.

상기 실시예 및 비교예를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은, 촉매를 이용하지 않고도 종래기술과 유사한 정도의 전환율을 얻을 수 있으며, 반응 생성물 내에 촉매 성분이 원천적으로 함유되지 않기 때문에, DL-α-토코페롤 아세테이트의 제조 원가를 낮추고, 제조 후 발생되는 산업폐기물을 저감시킬 수 있다. 따라서, DL-α-토코페롤 아세테이트를 고순도 및 고수율로 제조하면서도 경제적으로 생산할 수 있는 등의 개선효과를 기대할 수 있다.

Claims (2)

1. 무촉매하에서 139 내지 250℃ 및 2 내지 20기압의 반응조건하에서 DL-α-토코페롤 및 무수초산으로 이루어진 반응물을 관형 연속반응기에 공급하여 아실화 반응을 실시하는 것을 특징으로 하는 고수율, 고순도의 DL-α-토코페롤 아세테이트의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 반응물내의 무수초산의 양은, DL-α-토코페롤에 대하여 몰비로 1 내지 4배인 것을 특징으로 하는 고수율, 고순도의 DL-α-토코페롤 아세테이트의 제조방법.