KR100509796B1 - 키랄 살렌 촉매를 이용하여 키랄 에폭시화합물로부터 키랄1,2-디올 유도체를 제조하는 방법 - Google Patents

키랄 살렌 촉매를 이용하여 키랄 에폭시화합물로부터 키랄1,2-디올 유도체를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 키랄 에폭사이드로부터 키랄 1,2-디올 유도체의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특이한 분자조성을 갖고 반응에 사용한 후에도 추가적 촉매 재생 공정을 거치지 않고 재사용하더라도 동일한 촉매 활성을 유지하므로 촉매재생 처리없이 반복하여 재사용이 가능한 장점을 가지는 키랄 살렌 촉매를 이용하여 키랄 의약품 또는 식품첨가제 등을 제조하기 위한 원료로 사용될 수 있는 고 광학순도의 키랄 1,2-디올 유도체를 키랄 에폭사이드로부터 효과적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

키랄 살렌 촉매를 이용하여 키랄 에폭시화합물로부터 키랄 1,2-디올 유도체를 제조하는 방법{Process for the preparation of chiral 1,2-diol derivatives from chiral epoxides by using chiral salen catalyst}
본 발명은 키랄 에폭사이드로부터 키랄 1,2-디올 유도체의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특이한 분자조성을 갖고 반응에 사용한 후에도 추가적 촉매 재생 공정을 거치지 않고 재사용하더라도 동일한 촉매 활성을 유지하므로 촉매재생 처리없이 반복하여 재사용이 가능한 장점을 가지는 키랄 살렌 촉매를 이용하여 키랄 의약품 또는 식품첨가제 등을 제조하기 위한 원료로 사용될 수 있는 고 광학순도의 키랄 1,2-디올 유도체를 키랄 에폭사이드로부터 효과적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
키랄 1,2-디올 유도체와 같은 키랄 화합물들은 광학활성을 가지는 의약품, 농약품 및 식품첨가제 등의 합성에 사용되는 주원료 물질이다. 이처럼 고 광학활성을 가지는 키랄 1,2-디올 유도체는 산업적으로 매우 유용한 화합물임에도 불구하고 이의 사용이 제한적인 것은 지금까지의 방법이 제조방법상의 난이성 또는 불완전성으로 인하여 공업적으로 저렴하게 대량 생산하는데 어려움이 많았고, 또한 동 분야 제품의 품질에 있어서 가장 주요한 기준인 광학순도가 높지 않았기 때문이다. 1992년에 미국 FDA에 의해 제정된 "구조와 조성이 같더라도 광학 입체이성질체는 별개의 다른 화합물로 취급한다"는 규정에 의해서 키랄 화합물들은 이의 광학순도가 매우 높아야만 의약분야의 원료로서의 제품의 가치를 가지게 된다. 통상적으로 의약원료로서 요구되는 키랄 중간체의 광학순도는 제조의 기술적 어려움과 높은 광학순도의 측정기술의 한계로 인해 일반적으로 99.5% 이상의 광학순도를 갖는 제품이면 의약품 또는 식품첨가용 제품의 원료로서 적합한 것으로 통용되거나 받아들여지고 있다.
본 발명이 목적하는 키랄 1,2-디올 유도체의 제조방법과 관련된 종래 기술은 다음과 같다.
미생물을 이용하여 라세믹 1,2-디올 유도체로부터 키랄 1,2-디올 유도체를 제조하는 방법이 공지되어 있다[유럽특허 제1,103,620호, 제1,167534호, 제1,219,715호; 미국특허 제6,316233호]. 그러나, 이 방법은 반응 규모에 비해 생산성이 낮은 단점이 있으므로 경제성 면에서 바람직하지 못하다.
키랄 1,2-디올 유도체 제조를 위한 또 다른 방법으로서 입체 선택성을 갖는 키랄 촉매를 사용하는 방법이 공지되어 있다[Science, Vol. 277, 936, 1997; 미국특허 제5,665,890호, 제5,929,232호, 제5,637,739호, 제5,663,393호; 국제특허공개 WO 00/09463호, WO 91/14694호]. 이 방법에서는 광학이성체가 50 : 50으로 혼합된 값싼 라세믹 에폭사이드를 키랄 촉매의 존재하에 물을 가하여 R 또는 S 형태 중 어느 하나의 광학이성질체만을 선택적으로 가수분해함으로써 물에 의해 가수분해되어 개환된 키랄 1,2-디올을 선택적으로 분리하여 얻는 방법이다. 이와 같은 입체 선택성 가수분해 반응에 사용되는 통상의 키랄 촉매가 산업적으로 유용하게 이용되기 위해서는, 촉매의 제조가격이 저렴하거나 입체 선택성이 우수하고(98% 이상 수준) 촉매의 재생 처리 없이도 여러 번 재사용이 가능해야만 한다.
그러나 기존의 키랄 살렌 촉매는 일단 한 번 사용한 후에 재사용하게 되면 촉매활성도가 급격하게 떨어져 매번 촉매를 회수하여 추가적 재생 처리 공정을 거쳐야 하는 단점이 있다. 또한, 재생 처리 공정을 수행한다 하더라도 처음 사용하여 제조된 키랄 화합물의 광학순도에 비하여 현저히 그 활성이 저하되므로 재사용 횟수에 제한적인 단점을 안고 있다. 이러한 문제점은 산업적으로 이용하는데 있어서 키랄 화합물의 제조경비를 높이는 결정적 요인이 되고, 더 나아가 때때로 산업적 적용을 못하게 하기도 한다.
키랄 1,2-디올 유도체의 화학순도 및 광학순도를 높게 얻기 위해서는 물의 당량비를 줄여 사용하는 수밖에 없으며 줄이더라도 좋은 순도의 것을 얻기 힘들고 수율도 적다. 이처럼 키랄 1,2-디올 유도체 등의 키랄 화합물이 의약품, 농약품 및 각종 식품첨가제를 제조하는데 있어서 중요한 원료물질임에는 틀림이 없지만, 키랄 화합물의 제조방법상에 아직도 많은 제약이 있으므로 고 광학순도의 키랄 제품을 제조하기 위해서는 아직은 기존 기술로는 제조가 어렵거나, 제조가격이 비싸기 때문에 산업적으로 유용하게 사용되기 위해서는 보다 효율적인 제조방법의 개발이 절실히 요구되어지고 있다.
특히, 키랄 의약품 또는 키랄 중간체의 제조에 있어서의 광학순도는 화학순도와는 달리 일단 제조된 후에는 동제품의 광학순도를 추가로 높이거나 원하지 않는 광학이성질체를 제거하기가 무척 어렵거나 불가능한 바, 본 발명에서와 같이 의약품 관련 원료로 사용하기에 충분한 고 광학순도의 키랄 화합물을 직접 제조하는 기술의 경우 라세믹 화합물을 제조하여 원하지 않는 입체이성질체의 존재하에 원하는 입체이성질체의 존재비율만을 높이는 수준의 제조 기술들과는 기술의 목적 및 효과상에서 크게 차별성이 있는 것이다.
본 발명에서는 특정의 키랄 살렌 촉매를 사용하여 입체 선택적 가수분해 반응을 수행하므로써 광학순도가 다소 떨어지는 키랄 에폭사이드를 사용하여도 고 광학순도의 키랄 1,2-디올 유도체를 제조하는 방법을 제공하며, 기존의 키랄 살렌 촉매처럼 키랄 1,2-디올 유도체의 화학순도 및 광학순도를 높게 얻기 위해서 물의 당량비를 줄여 사용할 필요가 없이 1 당량 이상의 물을 사용하여 높은 수율로 고 광학순도의 키랄 1,2-디올 유도체를 제조하는 방법을 제공하고, 또한 키랄 살렌 촉매를 일단 한 번 사용한 후에 추가적 재생 처리 공정을 거치지 않고 재사용할 수 있는 상태로 회수하는 방법을 포함하고 있다.
따라서, 본 발명은 특정의 키랄 살렌 촉매를 사용하여 키랄 에폭사이드로부터 고 광학순도의 키랄 1,2-디올 유도체를 경제적으로 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 다음 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매를 사용하여 다음 반응식 1에 나타낸 바와 같이 키랄 에폭사이드를 입체 선택적으로 가수분해하여 고 광학순도의 키랄 1,2-디올 유도체를 제조하는 방법과 사용된 키랄 살렌 촉매를 회수하는 방법을 그 특징으로 한다 :
상기 반응식 1에서, R은 C1∼C10의 알킬기, C2∼C6 알켄기, C2∼C6 알킨기, C3∼C8의 싸이크로알킬기, C1∼C10의 알콕시기, 페닐기, 카르보닐기, 카르복실기, 키톤기, 알데히드기, 에스터기, 포스포릴기, 포스포네이트기, 포스핀기, 설포닐기, 또는 (CH2)l-R5(이때 R5는 C2∼C6 알켄기, C2∼C6 알킨기, C2∼C6 알콕시기, 페닐, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 헤테로사이클 또는 폴리사이클(polycycle), 할로겐원자, 히드록시기, 아미노기, 티올기, 니트로기, 아민기, 이민기, 아미드기, 카르보닐기, 카르복실기, 실릴기, 에테르기, 티오에테르기, 셀레노에테르기, 키톤기, 알데히드기, 에스터기, 포스포릴기, 포스포네이트기, 포스핀기, 설포닐기를 나타내고, l은 0에서 8까지의 정수이다)를 나타낸다;
상기 화학식 1에서, R1, R2, R'1, R'2 및 R3 는 고리를 이루어 4개 내지 10개의 원자로 구성된 카보사이클 혹은 헤테로사이클을 나타내고; X1, X2, X3, X4 , X5, X6, X7, X8은 각각 수소원자 또는 t-부틸기를 나타내고; Y1 및 Y2는 각각 수소원자이고; M은 Co, Cr, Mn, Fe, Mo 및 Ni 중에서 선택된 금속원자를 나타내고; L은 B 또는 Al을 나타내고; Q는 할로겐 원자를 나타내고; n은 0에서 4까지의 정수이다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 반응식 1에 따른 키랄 에폭사이드의 입체 선택적 가수분해 반응을 수행하는데 이용하는 상기 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매는 본 발명자들에 의해 개발된 신규 촉매로서 한국특허출원 제2002-35467호로 특허출원중에 있다. 본 발명이 사용하는 키랄 살렌 촉매는 국제특허공개 WO 00/09463호 등에 개시된 기존의 초산기(OAc) 혹은 할로겐기 함유 키랄 살렌 촉매가 활성을 잃거나 키랄 생성물의 라세미화에 관여하는 것은 초산기(OAc)나 할로겐기와 같은 작용기가 반응 중에 이탈하여 결국은 촉매활성 감퇴가 일어난다는 사실에 근간을 두어 개발된 것으로 키랄 에폭사이드의 입체 선택적 가수분해 반응에 사용되어서는 탁월한 활성을 나타낸다. 즉, 본 발명이 사용하는 키랄 살렌 촉매는 한 분자의 LQ3(여기서, L은 보론(B) 또는 알루미늄(Al)이고, Q는 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 아이오딘(I) 원자로 구성되는 할로겐 원자임)과 두 분자의 키랄 살렌 리간드로 이루어진 새로운 결합형태를 이루고 있어 현재까지 발표된 키랄 살렌 촉매와는 구조적으로 전혀 상이할 뿐만 아니라 친핵성이 없는 LQ3(가장 바람직하게는 BF3)가 활성기로서 포함되어 있어 반응 후에도 전혀 촉매활성을 잃지 않는 탁월한 우수성을 보유하고 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매에 있어, 금속 M의 바람직한 예로는 Mn, Co이고, 가장 바람직하게는 Co이고, LQ3의 예로는 BF3, BCl3, BBr 3, BI3 또는 AlCl3를 들 수 있으며, 본 발명의 구체적 실시예에 따르면 BF3가 가장 우수한 효과를 나타낸다는 것을 확인하였다. 상기 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매에 있어 보다 바람직하기로는 다음 화학식 1a 또는 화학식 1b로 표시되는 촉매의 경우이다.
상기 화학식 1a 또는 1b에서, n은 0에서 4까지의 정수이다.
이상에서 설명한 상기 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매의 제조방법은 한국특허출원 제2002-35467호에 상세히 기재되어 있듯이 다음 반응식 2에 나타낸 바와 같이, 다음 화학식 2로 표시되는 화합물을 적절한 유기용매 하에서 메탈 아세테이트와 반응시키고 여과하여 다음 화학식 3으로 표시되는 화합물을 고체상으로 얻고, 또 얻어진 고체를 적절한 유기용매하에서 LQ3(예로는 BF3, BCl3, BBr 3, BI3 또는 AlCl3)와 반응시켜 제조할 수 있다.
상기 반응식 2에서 : R1, R2, R'1, R'2, R3, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7 , X8, Y1, Y2, M, n, L 및 Q는 각각 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
또한, 본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매는 그 자체로 사용할 수도 있으나, 특정한 고정상 예를 들면 제올라이트, 실리카겔 등에 고정화시켜 사용할 수 있다. 고정화는 물리적 흡착 또는 링커나 스페이서를 이용한 화학적 결합에 의해 성취될 수 있다.
본 발명에 따른 키랄 에폭사이드의 입체 선택적 가수분해 반응에 의한 고 광학순도의 키랄 1,2-디올 유도체를 제조하는 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 반응식 1에 표시되어 있는 키랄 에폭사이드에 상기 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매를 0.001 몰% 이상(바람직하게는 0.05 ∼ 5 몰%) 첨가하고, 반응온도 -10 ∼ 50 ℃(바람직하게는 5 ∼ 25℃)에서 물을 1 당량 이상(바람직하게는 1 ∼ 2 당량) 천천히 가하여 반응시킨다. 반응이 완료되면 감압하에서 분별 증류하거나 또는 박막증류기를 사용하여 키랄 1,2-디올 유도체를 얻을 수도 있으나, 촉매를 회수하기 위하여 반응물에 반응물 부피의 1∼5 배의 물(바람직하게는 2 ∼ 3배)과 0.2 ∼ 2배의 유기용매(바람직하게는 사용하지 않거나 메틸렌클로라이드 혹은 에틸렌클로라이드), 셀라이트를 넣고 교반한다. 물 층이 맑아지면 유기용매를 감압하에서 제거하고 여과한다. 여과된 촉매는 유기용매(바람직하게는 메틸렌클로라이드 혹은 에틸렌클로라이드)를 이용하여 녹여내어 회수하고 회수된 촉매는 별도의 촉매 재생과정 없이 다음 반응에 다시 사용한다. 여과된 물 층에서 물을 감압하에서 제거한 후, 고 진공하에서 분별 증류하거나 또는 박막증류기를 사용하여 키랄 1,2-디올 유도체를 액체상으로 얻는다.
상기한 본 발명에 따른 입체 선택성 가수분해 반응에 있어, 명명법에 따라 바뀔 수는 있지만 상기 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매 중 RR 구성을 갖는 키랄 살렌 촉매(이하, 'I-RR'이라 약칭함)를 사용하게 되면, 반응 생성물로서는 (S)-1,2-디올 유도체가 생성된다. 반면에, 촉매로서 SS 구성을 갖는 키랄 살렌 촉매(이하, 'I-SS'라 약칭함)를 사용하게 되면, 반응 생성물로서는 (R)-1,2-디올 유도체가 생성된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 화학식 I-SS-1의 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 세척하였다. 수득한 고체와 0.5 당량의 보론 트리플루오라이드·2H2O, 디클로로메탄을 혼합하고 4 시간동안 실온에서 교반시킨 후, 디클로로메탄을 감압증류 제거하면 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
IR 70, 1010, 1070, 1100, 1220, 1270, 1360, 1560, 1720 cm-1; UV/Vis 360 nm ; 13C NMR(CDCl3, ppm) δ17.62, 22.33, 24.42, 29.57, 31.51, 32.34, 33.70, 42.93, 47.03, 56.53, 82.37, 92.93, 97.47, 126.18; 19F NMR(CDCl3)(CFCl3, ppm) δ -87.62 ; 11B NMR(CDCl3)(BF3, ppm) δ0.31; 원소분석 이론치(C72 H104N4O4Co2·BF3·3H2O) C 65.1, H 8.3, N 4.2, 실측치 C 65.4, H 8.5, N 4.2
제조예 2 : 화학식 I-RR-1의 제조
a) 상기 제조예 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 970, 1010, 1070, 1100, 1220, 1270, 1360, 1560, 1720 cm-1 ; UV/Vis 360 nm ; 13C NMR(CDCl3, ppm) δ17.62, 22.33, 24.42, 29.57, 31.51, 32.34, 33.70, 42.93, 47.03, 56.53, 82.37, 92.93, 97.47, 126.18 ; 19F NMR(CDCl3)(CFCl3, ppm) δ-87.62 ; 11B NMR(CDCl3)(BF3, ppm) δ0.31 ; 원소분석 이론치(C72 H104N4O4Co2·BF3·3H2O) C 65.1, H 8.3, N 4.2, 실측치 C 65.2, H 8.3, N 4.2
b) 상기 제조예 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, 0.5 당량의 보론 트리플루오라이드·2H2O 대신에 0.5 당량의 보론 트리플루오라이드-초산을 사용하였다. 그 결과 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
c) 상기 제조예 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, 0.5 당량의 보론 트리플루오라이드·2H2O 대신에 0.5 당량의 보론 트리플루오라이드-디에틸 에테레이트를 사용하였다. 그 결과 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
제조예 3: 화학식 I-SS-2의 제조
상기 제조예 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 사용하였다. 그 결과 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
IR 970, 1010, 1070, 1100, 1220, 1270, 1360, 1560, 1720 cm-1 ; UV/Vis 360 nm
제조예 4 : 화학식 I-RR-2의 제조
상기 제조예 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 사용하였다. 그 결과 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
IR 970, 1010, 1070, 1100, 1220, 1270, 1360, 1560, 1720 cm-1; UV/Vis 360 nm
제조예 5∼8 : 화학식 I-RR-3 ∼ I-RR-6의 제조
상기 제조예 2와 같이 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 보론 트리클로라이드(또는 알루미늄 클로라이드, 또는 트리페닐 보레이트, 또는 트리메틸 보레이트), 디클로로메탄을 혼합하고 4 시간동안 실온에서 교반시킨 후, 디클로로메탄을 감압증류 제거하여 상기 표제 화합물을 정량적으로 얻었다.
실시예 1: (S)-3-클로로-1,2-프로판디올의 제조
a) 231 g의 (S)-에피클로하이드린(광학순도 98.3% ee)에 상기 제조예 1에서 제조한 촉매(I-SS-1) 0.2 몰%를 혼합하고 5 ℃까지 냉각하였다. 여기에 45 mL의 물을 천천히 적가한 후 20 ℃에서 5 시간동안 교반하였다. 반응물에 500 mL의 물과 100 mL의 메틸렌클로라이드, 30 g의 셀라이트를 넣고 20 ℃에서 1 시간동안 교반한 후, 물층이 맑아지는 것을 확인하였다. 메틸렌클로라이드를 감압하에서 제거하고 여과하였다. 여과한 고체중의 촉매는 300 mL의 새로운 메틸렌클로라이드를 이용하여 녹여내고 메틸렌클로라이드를 감압하에서 제거하여 회수하였다(회수율 96.8%). 여과액에서 물을 감압하에서 제거하고 고 진공으로 분별 증류하여 (S)-3-클로로-1,2-프로판디올 260 g(수율 94%)을 99.7% ee의 광학순도로 얻었다.
b) 상기와 같은 방법으로 실시하되 제조예 3에서 제조한 촉매(I-SS-2) 0.2 몰%를 사용하여 반응시켜 (S)-3-클로로-1,2-프로판디올 260 g(수율 94%)을 99.6% ee의 광학순도로 얻었다.
실시예 2: (R)-3-클로로-1,2-프로판디올의 제조
a) 상기 실시예 1의 a)와 같은 방법으로 실시하되 231 g의 (R)-에피클로하이드린(광학순도 98.1% ee)에 상기 제조예 2에서 제조한 촉매(I-RR-1) 0.2 몰%를 사용하여 반응시켜 (R)-3-클로로-1,2-프로판디올 260 g(수율 94%)을 99.7% ee의 광학순도로 얻었다.
b) 상기 실시예 1의 b)와 같은 방법으로 실시하되 231 g의 (R)-에피클로하이드린(광학순도 98.1% ee)에 상기 제조예 4에서 제조한 촉매(I-RR-2) 0.2 몰%를 각각 사용하여 반응시켜 (R)-3-클로로-1,2-프로판디올 260 g(수율 94%)을 99.6% ee의 광학순도로 얻었다.
실시예 3∼6: (R)-3-클로로-1,2-프로판디올의 제조
상기 실시예 2와 같은 방법으로 실시하되 상기 제조예 5 ∼ 8에서 제조한 촉매 0.2 몰%를 각각 사용하여 반응시켜, 다음 표 1과 같이 (R)-3-클로로-1,2-프로판디올 240 ∼ 260 g을 99% ee 이상의 광학순도로 얻었다.
촉매 광학순도(% ee) 수율
I-RR-3 99.6 91%
I-RR-4 99.5 90%
I-RR-5 99.1 87%
I-RR-6 99.0 87%
실시예 7: (S)-3-브로모-1,2-프로판디올의 제조
342 g의 (S)-에피브로모하이드린(광학순도 98.0% ee)에 상기 제조예 1에서 제조한 촉매(I-SS-1) 0.2 몰%를 혼합하고 5 ℃까지 냉각하였다. 여기에 45 mL의 물을 천천히 적가한 후 20 ℃에서 5 시간동안 교반하였다. 반응물에 500 mL의 물과 100 mL의 메틸렌클로라이드, 30 g의 셀라이트를 넣고 20 ℃에서 1 시간동안 교반한 후, 물 층이 맑아지는 것을 확인하였다. 메틸렌클로라이드를 감압하에서 제거하고 여과하였다. 여과한 고체중의 촉매는 300 mL의 새로운 메틸렌클로라이드를 이용하여 녹여내고 메틸렌클로라이드를 감압하에서 제거하여 회수하였다(회수율 96.8%). 여과액에서 물을 감압하에서 제거하고 고 진공으로 분별증류하여 (S)-3-브로모-1,2-프로판디올 308 g(수율 90%)을 99.6% ee의 광학순도로 얻었다.
실시예 8∼18: (S)-1,2-디올(또는 (R)-1,2-디올) 유도체의 제조
상기 실시예 7과 동일한 방법으로 수행하되, 다만 (S)-에피브로모하이드린을 대신하여 다음 표 2에서와 같은 2.5 몰의 키랄 1,2-에폭시 화합물을 사용하였으며, 그 결과 목적 화합물들을 각각 99% ee 이상의 순도로 얻었다.
구 분 R 광학순도(% ee)
실시예 8 Et >99% ee
실시예 9 n-Bu >99% ee
실시예 10 Cyclohexyl >99% ee
실시예 11 Benzyl >99% ee
실시예 12 CH3CO >99% ee
실시예 13 PhOCH2 >99% ee
실시예 14 EtO2CCH2 >99% ee
실시예 15 3-Butenyl >99% ee
실시예 16 t-Bu >99% ee
실시예 17 CF3CH2 >99% ee
실시예 18 Ph >99% ee
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 새로운 개념의 키랄 살렌 촉매를 이용하여 광학순도가 다소 떨어지는 키랄 에폭사이드를 사용하여도 고 광학순도의 키랄 1,2-디올 유도체를 제조할 수 있으며, 기존의 키랄 살렌 촉매처럼 키랄 1,2-디올 유도체의 화학순도 및 광학순도를 높게 얻기 위해서 물의 당량비를 줄여 사용할 필요가 없이 1 당량 이상의 물을 사용하여 높은 수율로 고광학순도의 키랄 1,2-디올 유도체를 제조할 수 있고, 또한 키랄 살렌 촉매를 일단 한 번 사용한 후에 추가적 재생 처리 공정을 거치지 않고 재사용할 수 있는 상태로 회수할 수 있다.
따라서 본 발명은 키랄 에폭사이드로부터 키랄 1,2-디올 유도체를 제조하는 반응에 상기한 신규 키랄 살렌 촉매를 사용하여 높은 수율로 고 광학순도의 키랄 1,2-디올 유도체를 경제적으로 제조하는데 유용하였다.

Claims (7)

  1. 다음 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매 존재하에서, 다음 반응식 1과 같이 키랄 에폭사이드를 입체 선택적으로 가수분해하여 제조하는 것을 특징으로 하는 고 광학순도의 키랄 1,2-디올 유도체의 제조방법 :
    [반응식 1]
    상기 반응식 1에서, R은 C1∼C10의 알킬기, C2∼C6 알켄기, C2∼C6 알킨기, C3∼C8의 싸이크로알킬기, C1∼C10의 알콕시기, 페닐기, 카르보닐기, 카르복실기, 키톤기, 알데히드기, 에스터기, 포스포릴기, 포스포네이트기, 포스핀기, 설포닐기, 또는 (CH2)l-R5(이때 R5는 C2∼C6 알켄기, C2∼C6 알킨기, C2∼C6 알콕시기, 페닐, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 헤테로사이클 또는 폴리사이클(polycycle), 할로겐원자, 히드록시기, 아미노기, 티올기, 니트로기, 아민기, 이민기, 아미드기, 카르보닐기, 카르복실기, 실릴기, 에테르기, 티오에테르기, 셀레노에테르기, 키톤기, 알데히드기, 에스터기, 포스포릴기, 포스포네이트기, 포스핀기, 설포닐기를 나타내고, l은 0에서 8까지의 정수이다)를 나타내고;
    [화학식 1]
    상기 화학식 1에서, R1, R2, R'1, R'2 및 R3 는 고리를 이루어 4개 내지 10개의 원자로 구성된 카보사이클 혹은 헤테로사이클을 나타내고; X1, X2, X3, X4 , X5, X6, X7, X8은 각각 수소원자 또는 t-부틸기를 나타내고; Y1 및 Y2는 각각 수소원자이고; M은 Co, Cr, Mn, Fe, Mo 및 Ni 중에서 선택된 금속원자를 나타내고; L은 B 또는 Al을 나타내고; Q는 할로겐 원자를 나타내고; n은 0에서 4까지의 정수이다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 LQ3가 BF3, BCl3, BBr3 또는 AlCl 3인 것을 특징으로 하는 키랄 1,2-디올 유도체의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 LQ3가 BF3인 것을 특징으로 하는 키랄 1,2-디올 유도체의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 M은 Co인 것임을 특징으로 하는 키랄 1,2-디올 유도체의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매가 다음 화학식 1a 또는 화학식 1b로 표시되는 것임을 특징으로 하는 키랄 1,2-디올 유도체의 제조방법.
    [화학식 1a]
    [화학식 1b]
    상기 화학식 1a 또는 1b에서, n 은 0에서 4까지의 정수이다.
  6. 다음 화학식 1로 표시되는 키랄 살렌 촉매를 사용하는 반응종결 후에, 반응물에 물 단독용매 또는 물과 유기용매의 혼합용매와 셀라이트를 넣고 교반하여 반응에 사용된 키랄 살렌 촉매를 회수하는 것을 특징으로 하는 키랄 살렌 촉매의 회수방법.
    [화학식 1]
    상기 화학식 1에서, R1, R2, R'1, R'2 및 R3 는 고리를 이루어 4개 내지 10개의 원자로 구성된 카보사이클 혹은 헤테로사이클을 나타내고; X1, X2, X3, X4 , X5, X6, X7, X8은 각각 수소원자 또는 t-부틸기를 나타내고; Y1 및 Y2는 각각 수소원자이고; M은 Co, Cr, Mn, Fe, Mo 및 Ni 중에서 선택된 금속원자를 나타내고; L은 B 또는 Al을 나타내고; Q는 할로겐 원자를 나타내고; n은 0에서 4까지의 정수이다.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 유기용매가 메틸렌클로라이드 혹은 에틸렌클로라이드인 것을 특징으로 하는 키랄 살렌 촉매의 회수방법.
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