KR100609269B1 - 말로노니트릴의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

말로노니트릴의 신규 제조 방법은 (2-시아노-N-알콕시)아세트이미도일 할로겐화물을 고온처리하는 것을 포함한다.

Description

말로노니트릴의 제조 방법 {PROCESS FOR THE PREPARATION OF MALONONITRILE}

본 발명은 말로노니트릴의 신규 제조 방법에 관한 것이다.

말로노니트릴은 매우 광범위한, 예컨대 약제 또는 농약의 유효성분을 제조하는 데 핵심적으로 중요한 출발물질 및 중간체이다 (울만공업화학사전, 제 4 개정 및 증보판, Verlag Chemie Weinheim, Vol. 16, p. 419-423).

말로노니트릴을 제조하는 다수의 방법이 공지되었으나, 공업적 규모로 의미를 갖는 것은 700℃ 초과의 온도에서 염화시아노겐과 아세토니트릴의 고온반응 뿐이다.

본 발명의 목적은 공업적 규모로 사용할 수 있는 다른 방법을 개발하는 것이다.

본 목적은 청구항 1 에 따른 신규 방법에 의해 달성되었다.

본 발명에 있어서, 화학식 1 의 (2-시아노-N-알콕시)아세트이미도일 할로겐화물은 500 내지 1000℃의 온도에서 말로노니트릴로 변환된다:

(식에서, R¹ 및 R² 는 동일 또는 상이하며 수소 또는 알킬이고, R³ 은 알킬, 시클로알킬, 아릴, 아릴알킬 또는

기이며 <식에서, R⁴ 는 알킬, 아릴 또는 아릴알킬기이다>, X 는 할로겐원자이다).

알킬기는 적당하게는 C_1-6 알킬기, 즉 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, t-부틸, 펜틸 및 이의 이성질체 또는 헥실 및 이의 이성질체를 의미하는 것으로 간주된다. 바람직하게는 R¹ 은 메틸을 의미한다.

시클로알킬은 적당하게는 C_1-6 시클로알킬기, 즉 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸 또는 시클로헥실이다.

아릴은 적당하게는 임의로 치환된 페닐 또는 나프틸이고, 아릴알킬은 적당하게는 벤질기이다.

알킬 및 아릴기는 모두 적당한 치환체를 가질 수 있다. 예로는 C_1-4 알킬, C_1-4 알콕시, C_1-4 알카노일, 할로겐, 니트로, 아미노, 알킬아미노 또는 디알킬아미노를 들 수 있다.

할로겐은 불소, 염소, 브롬 또는 요드, 바람직하게는 브롬 또는 염소를 의미한다. 고온처리용 출발화합물로서 (2-시아노-N-알콕시)아세트이미도일 할로겐화물은 적당하게는 화학식 2 의 (2-시아노-N-알콕시)아세트아미드를 할로겐화시켜 제조할 수 있다:

(식에서, R¹, R² 및 R³ 은 상기 정의와 같다).

할로겐화는 바람직하게는 염소화이며, 예컨대 오염화인, 포스겐, 옥시염화인 또는 테트라클로로메탄과 같은 적당한 할로겐화제 및 트리페닐포스핀을 사용하여 수행할 수 있다.

반응은 적당하게는, 적당한 용매, 바람직하게는 할로겐화된 용매, 예컨대 클로로포름 또는 염화메틸렌에서 수행한다.

할로겐화를 위한 반응온도는 편리하게는 -20 내지 150℃이다. 상응하는 (2-시아노-N-알콕시)아세트이미도일 할로겐화물은 숙련된 방법, 예컨대 추출 후 용매를 제거하여 반응혼합물로부터 수득할 수 있으며, 더 변환하는 데 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 고온변환은 바람직하게는 700 내지 1000℃의 온도에서 진행 한다. 반응은 통상 관형반응기에서 수행한다. 변환시간은 일반적으로 수 초이다.

반응은 유리하게는, 예컨대 알킬로 치환된 방향족, 바람직하게는 톨루엔과 같은 수소 공여체 존재하에 수행한다.

미반응한 출발물질은 재순환시킬 수 있다.

말로노니트릴은 예컨대 탄화수소 및 물을 사용한 추출에 의해 반응생성물로부터 얻을 수 있으며, 상기 추출에서 수성상은 염화나트륨으로 포화되고, 말로노니트릴은 에테르로 재추출된다.

화학식 1 의 (2-시아노-N-알콕시)아세트이미도일 할로겐화물은 지금까지 문헌에 공지되지 않았으며, 따라서 본 발명에 의해 제공된다.

[화학식 1]

(식에서, R¹, R² 및 R³ 는 상기 정의와 같다).

바람직한 (2-시아노-N-알콕시)아세트이미도일 할로겐화물은 (2-시아노-N-메톡시)아세트이미도일 클로라이드 및 (2-시아노-N-에톡시)아세트이미도일 클로라이드이다.

실시예 1a:

(2-시아노-N-메톡시)아세트이미도일 클로라이드의 제조

(2-시아노-N-메톡시)아세트아미드 13.8 g (119.7 mmol)을 클로로포름 200 ml 에 실온에서 도입한다. 용액을 3℃로 냉각한 후, 클로로포름 70 ml중의 PCl₅ 29.6 g (139 mmol)을 조심스럽게 가한다. 가스방출이 진정된 후, 물 90 ml 를 5℃에서 조심스럽게 가한다. 수성상을 분취하고 염화메틸렌 50 ml 로 2 회 더 추출한다. 결합된 유기상을 중성이 될 때까지 NaHCO₃ 로 세척, 건조시키고 증발하여 농축한다. 갈색 잔류물 (11.34 g)을 더 정제하기 위해 85℃/10 mbar 에서 증류한다. ¹H-NMR 분석치가 순수한 무색 액체 8.5 g (53%)가 수득된다.

¹H-NMR (400 MHz, CDCl₃)δ: 3.60 (s, 3H, CH₂);

4.01 (s, 3H, OCH₃).

¹³C-NMR (400 MHz, CDCl₃)δ: 128.3 (s);

113 (s);

63.4 (q);

26.3 (t).

실시예 1b:

(2-시아노-N-에톡시)아세트아미드의 제조

트리에틸아민 13.69 g (135.3 mmol)을 메탄올 100 ml중 O-에틸히드록실아민 하이드로클로라이드 12.0 g (123.0 mmol) 및 시아노아세트산메틸 11.61 g (117.2 mmol)의 용액에 실온에서 서서히 적하하고, 생성된 혼합물을 실온에서 60 시간 교반한다. 변환이 아직 완료되지 않았으나, 반응혼합물을 증발시켜 건조시킨다. 잔류물을 플래시 칼럼 크로마토그래프(실리카겔, 최초 1:1 아세트산에틸/헥산, 이후 아세트산에틸)하여 백색 고체의 표제생성물 8.20 g (55%)을 수득한다.

¹H-NMR (400 MHz, DMSO-d ₆): 11.2 (s, br, NH);

3.80 (q, 2H);

3.55 (s, 2H);

1.15 (t, 3H).

¹³C-NMR (400 MHz, DMSO-d ₆): 159.37 (C＝O);

115.53 (C≡N);

70.88 (OCH₂);

22.89 (CH₂);

13.27 (CH₃).

실시예 1c:

(2-시아노-N-에톡시)아세트이미도일 클로라이드의 제조

클로로포름 30 ml중 오염화인 7.60 g (0.037 mmol)의 현탁액을 클로로포름 70 ml중 (2-시아노-N-에톡시)아세트아미드 3.90 g (0.030 mol)의 용액에 3℃에서 서서히 적하한다. 약간 뿌연 반응혼합물을 실온에서 한 시간 교반한다. H₂O 40 ml 를 빙냉하에 적하한다. 상을 분리하고 수성상을 클로로포름으로 추출한다 (2 × 50 ml). 결합된 유기상을 Na₂CO₃ 용액 (pH

11; 2 × 20 ml)으로 세척, Na₂SO₄ 를 사용하여 건조시키고, 용매를 회전증발기상에서 증류제거한다. 잔류물을 Kugelrohr 증류 (2-4 mbar, 150℃ 오븐온도)하여 맑은 무색 유상(油狀)의 표제생성물 3.21 g (72%)를 수득한다.

¹H-NMR (400 MHz, CDCl₃): 4.25 (q, 2H);

3.60 (s, 2H);

1.32 (t, 3H).

¹³C-NMR (400 MHz, CDCl₃): 127.78 (Cl―C＝N);

113.46 (C≡N);

71.62 (OCH₂);

26.41 (CH₂);

14.36 (CH₃).

실시예 2a:

말로노니트릴의 제조

(2-시아노-N-메톡시)아세트이미도일 클로라이드 129 mg 을 톨루엔 10 ml중에 용해시킨다. 이 용액을 100 ㎕ 씩 분할하여, 45 분간 석영열분해관 (길이 30 cm, 내경 2.5 cm 그리고 870℃로 가열)에 연결된 구형 증발 플라스크내에 주입하며, 이때 진공펌프를 사용하여 감압한 압력이 0.2 mbar 로 유지되도록 한다.

반응생성물을 -196℃로 냉각된 콜드트랩에 수집한다. ¹H-NMR 및 GC-MS 를 사용한 반응혼합물 분석은, 미반응한 출발물질 및 비벤질 (bibenzyl)과, 사용된 출발물질을 기준으로 수율 27% 의 말로노니트릴을 나타낸다.

실시예 2b:

말로노니트릴의 제조

(2-시아노-N-에톡시)아세트이미도일 클로라이드 146 mg 을 톨루엔 10 ml 중에 용해시킨다. 이 용액을, 100 ㎕ 씩 분할하여, 45 분간 석영열분해관 (길이 30 cm, 내경 2.5 cm 그리고 870℃로 가열)에 연결된 구형 증발플라스크내에 주입하며, 이때 진공펌프를 사용하여 감압한 압력이 0.2 mbar 로 유지되도록 한다.

반응생성물을 -196℃로 냉각된 콜드트랩에 수집한다. ¹H-NMR 및 GC-MS 를 사용한 반응혼합물의 분석은, 미반응 출발물질 및 비벤질과 함께, 사용된 출발물질을 기준으로 수율 25%의 말로노니트릴을 나타낸다.

실시예 3:

말로노니트릴의 제조 및 정제

(2-시아노-N-메톡시)아세트이미도일 클로라이드 510 mg 을 톨루엔 50 ml중에 용해시킨다. 이 용액을, 100 ㎕ 씩 분할하여, 130 분간 석영열분해관 (길이 30 cm, 내경 2.5 cm 그리고 870℃로 가열)에 연결된 구형 증발플라스크내에 주입하며, 이때 진공펌프를 사용하여 감압한 압력이 0.3 mbar 로 유지되도록 한다.

반응생성물을 -196℃로 냉각된 콜드트랩에 수집한다.

콜드트랩의 내용물을 분리깔때기로 옮기고, 콜드트랩을 헥산 50 ml 로 씻고 물 40 ml 로 2 회 씻는다. 결합용액을 물 (총 150 ml)로 추출하고 상을 분리한다.

염화나트륨 52 g 을 수성상에 가한 후, 이 수성상을 디에틸에테르로 3 회 (총 700 ml) 흔들어 추출한다. 에테르성상을 MgSO₄ 를 사용하여 건조시키고, 용매를 감압하에 제거한다. ¹H-NMR 에 따르면, 잔류물은 말로노니트릴 95% 및 출발물질 5%로 이루어져 있다. 수율은 사용된 출발물질 기준 26% 이다.

실시예 2 와 같으나, 상이한 석영관 온도에서 하기 실험을 수행한다.

	온도/℃	말로노니트릴의 수율/%	출발물질	비벤질
4	570	2	74	5
5	670	13	26	9
6	770	15	19	15
7	820	18	9	17
8	870	27	11	29
9	920	23	11	20
10	970	23	7	25

본 발명에 따라서, 공업적 규모로 사용 가능한 신규 말로노니트릴 제조 방법이 제공된다.

Claims (6)

1. 화학식 1 의 (2-시아노-N-알콕시)아세트이미도일 할로겐화물을 500 내지 1000℃의 온도에서 변환시키는 것을 특징으로 하는 말로노니트릴의 제조 방법:

   [화학식 1]

   

   (식에서, R¹ 및 R² 는 수소이고, R³ 은 C_1-6-알킬이고, X 는 할로겐원자이다).
2. 제 1 항에 있어서, 변환이 700 내지 1000℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 화학식 2 의 (2-시아노-N-알콕시)아세트아미드의 할로겐화에 의해 화학식 1 의 (2-시아노-N-알콕시)아세트이미도일 할로겐화물이 제조되는 것을 특징으로 하는 방법:

   [화학식 2]

   

   (식에서, R¹, R² 및 R³ 은 상기 정의와 같다).
4. 제 3 항에 있어서, 할로겐화가 염소화이고, 오염화인, 포스겐, 옥시염화인 또는 테트라클로로메탄, 및 트리페닐포스핀을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 할로겐화가 -20 내지 150℃의 반응온도에서 할로겐화된 용매의 존재하에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 화학식 1 의 (2-시아노-N-알콕시)아세트이미도일 할로겐화물:

   [화학식 1]

   

   (식에서, R¹, R², R³ 및 X 는 상기 정의와 같다).