KR100526378B1 - 벤조페논 이민 반응기 유출물로부터의 물 및 암모니아의 제거방법 - Google Patents

벤조페논 이민 반응기 유출물로부터의 물 및 암모니아의 제거방법 Download PDF

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Abstract

하기 화학식 1의 벤조페논을 암모니아와 촉매 반응시켜 생성되는 벤조페논 이민 반응기 유출물로부터 물 및 암모니아를 제거하는 방법으로서, 암모니아를 증류 제거하고, 물을 증류 제거하거나 비증류 방법으로 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
Figure pat00001
상기 식에서,
R1 및 R2는 각각
a) 할로겐, 히드록실, 니트로 또는 아미노;
b) 각각 C6-10아릴, F, Cl 또는 Br에 의해 치환될 수 있는, 탄소수 1 내지 12의 직쇄, 분지쇄 또는 환식 알킬 또는 O-알킬;
c) 각각 C1-12알킬 또는 -O-알킬에 의해 치환될 수 있는, 탄소수 6 내지 10의 아릴 또는 O-아릴;
d) 알킬 라디칼이 O, S 및 N으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 헤테로원자에 의해 차단되는 헤테로알킬; 또는
e) O, S 및 N으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 내지 3개의 헤테로원자를 포함하는, 환원자수 5 내지 10의 헤트아릴이고;
m 및 n은 각각 정수 0 내지 5이다.

Description

벤조페논 이민 반응기 유출물로부터의 물 및 암모니아의 제거방법 {Removal of water and ammonia from benzophenone imine reactor effluents}
본 발명은 벤조페논 이민 반응기 유출물로부터 물 및 암모니아를 제거하는 방법에 관한 것이다.
벤조페논 이민의 제조에 대한 다양한 합성 방법은 공지되어 있다. 그리냐르 시약을 니트릴과 반응시킨 다음 반응 생성물을 가수분해하거나, 또는 게미날 이할로겐화물을 액체 암모니아와 반응시키는 제조 방법 이외에, 벤조페논을 암모니아와 촉매 반응시켜 벤조페논 이민 및 물을 수득하는 방법은 특히 이용된다.
본원에서 사용한 촉매는 유기산, 이온 교환제, 및 염화철(III), 염화암모늄 및 염화아연(II)과 같은 염화물뿐만 아니라, 산화토륨/실리카와 같은 금속 산화물, 또는 원소주기율표의 제3 내지 제5족 주그릅의 제2 내지 제5열의 금속의 산화물도 포함된다.
반응은 바람직하게는 액체 암모니아를 사용하여 수행하여 고수율로 수득한다.
벤조페논 이민의 수득을 위한 벤조페논 및 암모니아의 반응은 등몰량의 벤조페논 이민 및 물을 제공한다. 이제까지는, 상기 반응기 유출물을 통상적으로 후처리하지 않았다.
따라서, US 4,130,586은 생성되는 반응기 유출물을 벤젠으로 희석하는 벤조페논 이민의 제조 방법을 기술한다. 추가의 후처리를 기술하지 않는다.
문헌[참조: G. Verardo 및 A. G. Giumanini, Synthetic Communications, 18(13), (1988), 1501-1511]은 케톤 및 암모니아로부터의 케티민의 제법을 기술하고, 이때 염화암모늄을 촉매로서 사용한다. 반응 혼합물은 그것을 물 및 에테르로 부어넣음으로써 후처리하고, 이때 유기층을 분리 제거하고 황산나트륨 상에서 건조시킨다. 이어서, 무수 에테르 중의 염화수소 용액을 도입시키고, 침전된 이미늄 염을 수집한다. 상기의 후처리 방법은 통상적으로 산업적 용도로 부적합하도록 하는 유기 용매의 사용을 필요로 한다. 또한, 이민이 아닌 이미늄 염을 단리한다.
벤조페논 이민 반응기 유출물에 대한 산업상 적용가능한 후처리 방법은 공지되어 있지 않다.
또한, 케티민이 알칼리 용액에 의해 가수분해되어 케톤을 제공하는 것은 문헌으로부터 공지되어 있다.
이제 본 발명에 이르러서야, 물 함유 벤조페논 이민 반응기 유출물을 저장하는 경우, 벤조페논 및 암모니아를 제공하는 역반응이 40 ℃에서의 저장 동안 약 2％/주에 이를 수 있는 상당한 정도까지 발생하는 것이 밝혀졌다. 따라서, 벤조페논 이민의 저장시 안정성이 적합한 경우, 반응기 유출물에 포함된 물을 분리 제거할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 산업적 규모로 수행할 수 있고 그 동안 벤조페논의 수득을 위한 역반응이 존재하지 않는, 벤조페논 이민 반응기 유출물로부터의 물 및 암모니아의 제거 방법을 제공하는 것이다.
본 출원인은 상기 목적이 하기 화학식 1의 벤조페논을 암모니아와 촉매 반응시켜 생성되는 벤조페논 이민 반응기 유출물로부터 물 및 암모니아를 제거하는 방법으로서, 암모니아를 증류 제거하고, 물을 증류 제거하거나 비증류 방법으로, 바람직하게는 건조제를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 달성되는 것을 밝혀내었다.
<화학식 1>
Figure pat00002
상기 식에서,
R1 및 R2는 각각
a) 할로겐, 히드록실, 니트로 또는 아미노;
b) 각각 C6-10아릴, F, Cl 또는 Br에 의해 치환될 수 있는, 탄소수 1 내지 12의 직쇄, 분지쇄 또는 환식 알킬 또는 O-알킬;
c) 각각 C1-12알킬 또는 -O-알킬에 의해 치환될 수 있는, 탄소수 6 내지 10의 아릴 또는 O-아릴;
d) 알킬 라디칼이 O, S 및 N으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 헤테로원자에 의해 차단되는 헤테로알킬; 또는
e) O, S 및 N으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 내지 3개의 헤테로원자를 포함하는, 환원자수 5 내지 10의 헤트아릴이고;
m 및 n은 각각 정수 0 내지 5이다.
본원에서는 벤조페논의 수득을 위한 벤조페논 이민의 상기 언급한 역반응의 임의의 유의한 정도까지의 출현없이도 벤조페논 이민 반응기 유출물로부터의 암모니아 및 물의 증류 제거가 가능하다는 것을 밝혀내었다. 특히, 반응을 고온에 거의 노출하지 않으면서 수행하는 경우, 고온에서 보다 큰 정도까지 발생하는 역반응은 방지되거나 대부분 억제된다.
벤조페논 이민을 수득하기 위한 벤조페논과 암모니아의 촉매 반응으로부터인 전형적인 반응기 유출물은 벤조페논 이민 약 82％, 벤조페논 약 4％, 물 약 9％ 및 암모니아 약 5％를 함유한다. 이는 특히, 벤조페논 및 촉매로서 TiO2 상의 액체 암모니아로부터인 합성의 경우이다.
물 일부 및 암모니아 일부는 본원에서 수성상을 형성하고, 이것은 유기상으로부터 분리된다. 수성상은 반응기 유출물 총량을 기준하여, 반응에서 생성된 물 약 7 중량％ 및 암모니아 약 2 중량％를 함유한다. 나머지 물 약 2 중량％ 및 암모니아 약 3 중량％는 본원에서 벤조페논 이민 및 벤조페논으로 이루어지는 유기상 중에 용해된 채로 남는다.
본 발명의 한 양태에서는, 벤조페논 이민 반응기 유출물을 증류에 직접 사용한다.
바람직한 양태는 증류 이전에, 반응기 유출물을 암모니아 함유 수성상과, 여전히 물과 암모니아를 포함하는 유기상으로 상분리하는 것을 제공한다. 이어서, 특히 벤조페논 이민, 벤조페논, 암모니아 및 물을 함유하는 생성되는 혼합물을 증류로 공급한다.
증류는 바람직하게는 온도 20 내지 200 ℃ 및 압력 1 내지 1,000 mbar에서 수행한다.
본 발명의 한 양태에서는, 암모니아 및 물을 동일한 증류 장치에서 동시에 증류 제거하고, 이때 후처리 공정을 간단히 하고 높은 설비 비용을 제거한다. 벤조페논의 수득을 위한 벤조페논 이민의 역반응을 방지하기 위해서는, 증류를 반응기 유출물을 고온에 좀처럼 거의 노출시키지 않는 방식으로 수행한다. 특히 상기와 같은 이유 때문에, 작동을 감압에서 수행한다. 증류는 바람직하게는 스트리핑 칼럼 또는 필름 증발기에서 수행한다.
본 발명의 한 양태에서는, 증류를 스트리핑 칼럼을 사용하여 수행한다. 물 및 암모니아는 바람직하게는 20 내지 200 ℃, 특히 바람직하게는 50 내지 100 ℃의 칼럼 온도 및 바람직하게는 100 내지 1,000 mbar, 특히 바람직하게는 200 내지 500 mbar의 압력에서 불활성 기체, 바람직하게는 질소를 스트리핑함으로써 오버헤드 생성물로서 제거하고, 물 및 암모니아가 없는 벤조페논 이민은 바닥 생성물로서 수득한다. 증류 용기에서의 체류 시간은 대개 제2 정도의 것이다. 벤조페논 이민은 분해되지 않는다.
본 발명의 특히 바람직한 양태에서는, 증류를 필름 증발기에서 수행하고, 증발 조건에 의존하여서는, 벤조페논 이민을 바닥 생성물로서 또는 증류물로서 수득할 수 있다. 바람직하게는 80 내지 200 ℃, 특히 바람직하게는 100 내지 160 ℃, 특히 100 내지 130 ℃의 출발 오일 온도에서, 및 바람직하게는 5 내지 200 mbar, 특히 바람직하게는 20 내지 100 mbar의 압력에서, 벤조페논 이민을 고비등 또는 바닥 생성물로서 수득한다. 필름 증발기에서의 체류 시간은 본원에서, 대개 제2 정도의 것이고, 바람직하게는 스트리핑 칼럼에 대한 것보다 짧다. 바람직하게는 150 내지 200 ℃, 특히 바람직하게는 160 내지 180 ℃의 출발 오일 온도에서, 및 바람직하게는 1 내지 20 mbar, 특히 바람직하게는 5 내지 15 mbar의 압력에서, 벤조페논 이민을 오버헤드 생성물로서 드런오프(drawn off)한다. 본원에서 수득한 벤조페논 이민은 물이 없다. 두 공정에서, 물 및 암모니아를 진공계를 통해 제거한다. 필름 증발기에서의 체류 시간은 본원에서 상당히 짧다.
본 발명의 추가의 양태에서, 암모니아 및 물은 연속적으로 분리 제거된다. 우선 암모니아 및 이어서 물을 분리 제거하는 것은 바람직하고, 이때 암모니아는 바람직하게는 증류 방법으로 분리 제거하고, 물은 증류 또는 비증류 방법으로 분리 제거한다.
물은 바람직하게는 비증류 방법으로, 특히 암모니아를 증류 제거한 후 건조제를 사용하여 제거한다.
이를 위해서는, 암모니아를 바람직하게는 낙하 필름 증발기를 사용하여 반응 혼합물로부터 우선 제거하고, 이때 증발기의 오일 온도는 바람직하게는 60 내지 200 ℃, 특히 바람직하게는 80 내지 140 ℃, 특히 80 내지 120 ℃이다. 압력은 바람직하게는 5 내지 200 mbar, 특히 바람직하게는 20 내지 100 mbar, 특히 20 내지 60 mbar이다. 낙하 필름 증발기에서의 체류 시간은 본원에서 대개 제2 정도의 것이다.
물의 제거는 바람직하게는 증류 방법으로 수행한다. 물의 비증류 제거를 위해서는, 반응기 유출물, 특히 벤조페논 이민이 바람직하게는 25 ℃ 또는 실온에서 액체 형태이어야 한다. 보다 높은 용융 벤조페논 이민의 경우, 보다 대응하게 높은 온도에서 수행할 수 있지만, 고온에 좀처럼 거의 노출해서는 안된다.
한 양태에서는, 암모니아가 제거된 벤조페논 이민 반응기 유출물에서 비증류 방법으로, 건조제 처리하여 물을 제거한다. 본원에서 사용할 수 있는 건조제의 예는 알칼리 금속 황산염 및 알칼리 토금속 황산염, 특히 황산마그네슘 또는 황산나트륨, 및 또한 분자체이다.
예를 들면 514, 4 Å 타입의 분자체를 사용하는 것은 바람직하다.
본 발명의 한 양태에서는, 본원에서 암모니아가 제거된 벤조페논 이민 반응기 유출물(원료 벤조페논 이민)에서 2개의 분자체 칼럼의 교대 작동으로 연속 공정으로 물을 제거한다. 유출물은 분자체에 의해 충전된 제1 칼럼을 통해 연속적으로 통과시키고, 이때 체류 시간은 물이 완전히 제거되도록 선택한다. 물을 칼럼으로부터인 벤조페논 이민 용출액 중에서 검출하자마자, 즉 분자체의 용량이 소모되자마자, 반응기 유출물을 제2 분자체 칼럼을 통해 통과시킨다. 이 기간 동안, 제1 칼럼에서 사용하였고 물에 의해 부하되는 분자체가, 예를 들면 가열에 의해 재발생될 수 있다. 칼럼 2개의 작동을 교대함으로써, 공정을 연속적으로 작동할 수 있다.
벤조페논 이민 반응기 유출물로부터인 물 및 암모니아의 신규한 제거 방법은 임의의 목적하는 물 및 암모니아 함량의 벤조페논 이민 반응기 유출물에 적합하다. 벤조페논을 암모니아와 촉매 반응시켜 벤조페논 이민을 제조하기 위한 임의의 공지된 합성 방법으로부터 임의의 반응기 유출물을 사용할 수 있다.
본 발명에 따라 수득한 벤조페논 이민 또는 벤조페논 이민/벤조페논 혼합물은 필수적으로, 암모니아 및 물이 없다. 생성되는 벤조페논 이민의 함수량은 전체 혼합물을 기준하여, 바람직하게는 0. 07 중량％ 이하, 특히 바람직하게는 0. 03 중량％ 이하이다. 따라서, 상기 방식으로 수득한 벤조페논 이민 또는 벤조페논 이민/벤조페논 혼합물은 저장시 안정하다. 상기 방식으로 수득한, 필수적으로 물이 없는 벤조페논 이민의 실온 안정성 연구 결과, 기체 크로마토그래프로 검출가능한 역반응 또는 벤조페논 이민의 분해가 없었음이 밝혀졌다.
필수적으로 물 및 암모니아가 없이 생성되는 벤조페논 이민 또는 벤조페논 이민/벤조페논 혼합물은 목측상 무색이다. APHA 색상수는 DIN ISO 6271에 따른 측정시 통상적으로 20 내지 50 헤이즌이다.
벤조페논 이민 반응기 유출물의 증류성 후처리에서는, 고온에의 임의의 노출을 충분히 낮은 수준까지 유지하여 무색 벤조페논 이민을 수득하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 사용할 수 있는 벤조페논 이민 반응기 유출물은 하기 화학식 1의 벤조페논을 암모니아와 촉매 반응시켜 제조한 하기 화학식 2의 벤조페논 이민을 함유한다.
<화학식 1>
Figure pat00003
Figure pat00004
상기 식에서,
R1 및 R2는 각각
a) 할로겐, 히드록실, 니트로 또는 아미노;
b) 각각 C6-10아릴, F, Cl 또는 Br에 의해 치환될 수 있는, 탄소수 1 내지 12의 직쇄, 분지쇄 또는 환식 알킬 또는 O-알킬;
c) 각각 C1-12알킬 또는 -O-알킬에 의해 치환될 수 있는, 탄소수 6 내지 10의 아릴 또는 O-아릴;
d) 알킬 라디칼이 O, S 및 N으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 헤테로원자에 의해 차단되는 헤테로알킬; 또는
e) O, S 및 N으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 내지 3개의 헤테로원자를 포함하는, 환원자수 5 내지 10의 헤트아릴이고;
m 및 n은 각각 정수 0 내지 5이다.
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 바람직하게는 히드록실, 니트로, 탄소수 1 내지 4의 직쇄, 분지쇄 알킬 또는 O-알킬, 또는 C1-4알킬 또는 C1-4-O-알킬에 의해 치환 또는 비치환될 수 있는 페닐 또는 O-페닐이다.
m 및 n은 각각 바람직하게는 정수 0 내지 2, 특히 바람직하게는 0 또는 1이다.
특히, m = n = 0, 즉 벤조페논을 암모니아와의 반응을 위해 사용하여 벤조페논 이민을 수득한다.
본 발명은 실시예를 이용하여 하기에 설명한다.
실시예에서 사용한 벤조페논 이민 반응기 유출물은 하기 공정으로 수득하였다.
180 g의 벤조페논 및 720 g의 암모니아/시를 압력 200 bar 및 130 ℃에서, 3 ㎜ 압출물 형태의 이산화티탄 60 ㎖에 의해 충전된 관상 반응기를 통해 통과시켰다. 이어서, 수성상을 반응기 유출물로부터 분리 제거하였고, 유기상은 하기 실시예에서 사용하였다. 상기 유기상은 벤조페논 이민 89. 8 중량％, 벤조페논 5. 28 중량％, 물 1. 82 중량％ 및 암모니아 3. 10 중량％로 이루어졌다.
<실시예 1>
벤조페논 이민 유출물 500 g을 오일 온도 100 내지 120 ℃ 및 압력 9 mbar의 필름 증발기로 연속적으로 펌핑하였다. 이로써 함량이 벤조페논 이민 94. 3 중량％ 및 벤조페논 5. 68 중량％인 전체 441 g의 무수 무색 벤조페논 이민 혼합물을 바닥 생성물로서 수득하였다. 생성물은 APHA 색상수가 35 헤이즌이었다. Karl Fischer 방법(참조: DIN 51777, Part 1)(간접 방법)으로 측정한 함수량은 0. 03 중량％이었다.
<실시예 2>
벤조페논 이민 유출물 500 g을 오일 온도 160 내지 180 ℃ 및 압력 10 mbar 미만의 필름 증발기를 통해 연속적으로 증류시켰다. 이로써 벤조페논 이민 함량이 94. 3 중량％이고 벤조페논 함량이 5. 56 중량％인 전체 422 g의 무수 무색 벤조페논 이민 혼합물을 칼럼의 정상에서 생성물로서 수득하였다. 생성물은 APHA 색상수가 28 헤이즌이었다. Karl Fischer 방법으로 측정한 함수량은 0. 02 중량％이었다.
<실시예 3>
벤조페논 이민 유출물 250 g을 오일 온도 100 ℃ 및 압력 40 mbar의 낙하 필름 증발기로 연속적으로 펌핑하여 암모니아를 제거하였다. 이로써 암모니아가 없는 원료 벤조페논 이민 228 g을 바닥 생성물로서 수득하였다. 상기 생성물은 함수량이 약 1. 6 중량％이었고, 분자체(타입 514, 4 Å) 47 g과 혼합하였고, 실온에서 교반하였다. 4 시간 후, 분자체를 여과 제거하여, 벤조페논 이민 함량이 94. 1 중량％이고 벤조페논 함량이 5. 79 중량％인 무색 벤조페논 이민 혼합물 214 g을 수득하였다. APHA 색상수는 22 헤이즌이었고, Karl Fischer 방법으로 측정한 함수량은 0. 6 중량％이었다.
실시예 1 및 2에서는, 벤조페논 대 벤조페논 이민의 비가 사용한 반응기 유출물에서의 비와 동등하였고, 실시예 3에서는 그것이 보다 약간 높았다. 이는 후처리 동안 벤조페논 이민의 역반응 또는 분해가 전혀 또는 좀처럼 거의 존재하지 않는다는 것을 나타낸다. 따라서, 신규한 방법은 저장할 수 있는 생성물의 수득을 위해, 벤조페논 이민 반응기 유출물을 정제하기 위해서 유리할 수 있다.
벤조페논 이민을 산업상, 광보호를 제공하는 생성물을 위한 출발 화합물로서 사용한다.

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1의 벤조페논을 암모니아와 촉매 반응시켜 생성되는 벤조페논 이민 반응기 유출물로부터 물 및 암모니아를 제거하는 방법으로서, 암모니아를 증류 제거하고, 물을 증류 제거하거나 비증류 방법으로 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
    <화학식 1>
    Figure pat00005
    상기 식에서,
    R1 및 R2는 각각
    a) 할로겐, 히드록실, 니트로 또는 아미노;
    b) 각각 C6-10아릴, F, Cl 또는 Br에 의해 치환될 수 있는, 탄소수 1 내지 12의 직쇄, 분지쇄 또는 환식 알킬 또는 O-알킬;
    c) 각각 C1-12알킬 또는 -O-알킬에 의해 치환될 수 있는, 탄소수 6 내지 10의 아릴 또는 O-아릴;
    d) 알킬 라디칼이 O, S 및 N으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 헤테로원자에 의해 차단되는 헤테로알킬; 또는
    e) O, S 및 N으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 내지 3개의 헤테로원자를 포함하는, 환원자수 5 내지 10의 헤트아릴이고;
    m 및 n은 각각 정수 0 내지 5이다.
  2. 제1항에 있어서, 암모니아 및 물을 동시에 증류 제거하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 우선 암모니아를 반응기 유출물로부터 증류 제거한 다음, 물을 증류 제거하거나 또는 비증류 방법으로 제거하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 물의 비증류 제거를 건조제를 사용하여 수행하는 방법.
  5. 제1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 증류 이전에, 반응기 유출물을 암모니아 함유 수성상과, 여전히 물과 암모니아를 포함하는 유기상으로 상분리하고, 수성상을 제거하는 방법.
  6. 제1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 증류를 스트리핑 칼럼 또는 필름 증발기에서 수행하는 방법.
  7. 제3항에 있어서, 암모니아를 낙하 필름 증발기를 사용하여 증류하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 물을 필름 증발기에서 증류 제거하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 물을 분자체를 사용하여 제거하는 방법.
  10. 제1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 증류를 수행하거나 또는 증류를 온도 20 내지 200 ℃ 및 압력 1 내지 1,000 mbar에서 수행하는 방법.
KR1019970052457A 1996-10-15 1997-10-14 벤조페논 이민 반응기 유출물로부터의 물 및 암모니아의 제거방법 KR100526378B1 (ko)

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