KR100645667B1

KR100645667B1 - 1-(ｎ-할로페닐)에탄올의 제조방법

Info

Publication number: KR100645667B1
Application number: KR1020030008909A
Authority: KR
Inventors: 곽병성; 정기남; 홍준배; 이병인
Original assignee: 에스케이 주식회사
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2006-11-13
Also published as: KR20040072432A

Abstract

본 발명은 1-(n-할로페닐)에탄올의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 불균일계 촉매 존재하에서 n'-할로아세토페논을 연속적으로 수소화 반응시켜 1-(n-할로페닐)에탄올을 선택적으로 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따르면, 불균일계 촉매를 이용한 연속공정을 사용함으로 인해, 부산물 및 폐기물이 거의 발생하지 않고 추출공정을 배제한 간단한 공정으로 산업적으로 활용 가능한 고순도의 1-(n-할로페닐)에탄올을 제조할 수 있다.

1-(n-할로페닐)에탄올, n'-할로아세토페논, 불균일계 촉매, 수소화 반응

Description

1-(ｎ-할로페닐)에탄올의 제조방법{Process for producing 1-(n-halophenyl)ethanol}

본 발명은 1-(n-할로페닐)에탄올(n은 2, 3 또는 4)의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 불균일계 촉매를 이용하여 n'-할로아세토페논 (n'-haloacetophenone)을 연속적으로 수소화시켜 고선택성의 1-(n-할로페닐)에탄올을 제조하는 방법에 관한 것이다.

하기 화학식 1로 표시되는 1-(n-할로페닐)에탄올은 의약품 및 농약 등의 제조 원료로 유용한 물질이다.

종래에 1-(n-할로페닐)에탄올은 균일계 촉매를 이용하거나 효소를 이용하여 대부분 제조되었으며, 대표적인 예는 다음과 같다.

예를 들어, J. Org. Chem. 1995, 60, 18, 5963에서는 타이타노센 보로하이드 라이드를 이용하여 4'-플루오로아세토페논으로부터 1-(4-플루오로페닐)에탄올을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 이러한 제조법은 유해한 균일계 금속화합물을 사용하고, 생성물의 분리 시 복잡한 정제 과정을 거쳐야 하는 문제점이 있다.

또한, Tetrahedron Lett. 2001, 42, 50, 8857에서는 다이클로로트리스(트리페닐포스핀)루테늄{RuCl₂(PPh₃)₃}과 이터비엄트리플레이트 {Yb(OTf)₃}상에서 4'-클로로아세토페논과 이소프로파놀의 수소전이 환원반응(hydrogen-transfer reduction)을 통해 1-(4-클로로페닐)에탄올을 제조하는 방법이 보고되었다. 상기 방법은 수소를 사용하지 않는 장점이 있지만, 수율이 낮고, 회수가 어려운 고가의 유기금속 균일계 촉매를 사용하며 분리공정이 복잡한 문제점을 가지고 있다.

Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 19, 3610에서는 알루미늄 알콕사이드(aluminum alkoxide)계를 이용하여 2'-클로로아세토페논으로부터 1-(2'-클로로페닐)에탄올을 제조하는 기술이 개시되어 있으나, 유사한 균일계 반응의 문제점들이 있다.

한편, 최근에는 알코올 탈수소효소나 카르보닐기 환원효소와 같은 효소를 사용하여 1-(n-할로페닐)에탄올을 광학선택적으로 환원시키는 방법이 보고되고 있다. J. Org. Chem. 1998, 63, 8957에서는 알코올 탈수소효소인 지오트리츔 칸디덤(Geotrichum candidum)의 아세톤 분말을 이용하여 광학선택적인 1-(n-할로페닐)에탄올을 제조하였다. 그러나, 이러한 효소방법은 광학선택적으로 생성물을 얻는 장점이 있지만, 반응시간이 길고, 고가이며 재사용이 어려운 니코틴 아미드 아 데닌 디뉴클레오티드(NAD)와 같은 조효소를 사용하고, 또한 분리 및 추출 과정 등이 필요하므로 상업적인 생산이 어렵다.

상기 선행기술에서 알 수 있듯이 기존에 1-(n-할로페닐)에탄올의 제조 공정들은 고가의 금속화합물이나 효소를 이용한 회분식 공정을 채택함으로써 생산성이 떨어지고, 폐기물이 다량 발생하거나 분리공정이 복잡함으로 인해 대량생산이 불가능하며 상업적으로 적용하는데 한계가 있었다.

이에 본 발명에서는 상술한 문제점들을 해결하기 위해 상업적으로 제조가 용이하고 생산효율을 증가시킬 수 있는 불균일 촉매를 개발하여 생산성을 향상시키고, 고수율, 고순도 제품 제조가 가능한 반응계를 개발하여 순수한 1-(n-할로페닐)에탄올(n=2, 3 또는 4)을 연속반응공정으로 제조하는 방법을 개발하고자 노력하였다.

그 결과, n'-할로아세토페논을 무기산화물 담체에 금속이 담지된 불균일 촉매상에서 고정층 연속 반응기를 통해 수소화시켜 고순도 및 고수율의 1-(n-할로페닐)에탄올을 연속적으로 제조할 수 있었고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 n'-할로아세토페논으로부터 순수한 1-(n-할로페닐)에탄올을 제조시, 종래의 방법과는 달리 금속 담지 촉매와 고정층 반응기를 채택한 연속공정을 사용하여, 기존의 제조 방법에 비하여 높은 생산성과 친환경적이면서 간단한 1-(n-할로페닐)에탄올의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하기 화학식 1로 표시되는 1-(n-할로페닐)에탄올의 제조방법은 불균일계 촉매의 존재하에서, 하기 화학식 2로 표시되는 n'-할로아세토페논(n은 2, 3 또는 4)을 선택적으로 연속 수소화 반응시키는 것으로 구성된다.

화학식 1

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 1-(n-할로페닐)에탄올의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 오르소(ortho), 메타(meta), 또는 파라(para) 위치에 할로겐 원소가 치환된 상기 화학식 2로 표시되는 n'-할로아세토페논을 불균일계 촉매상에서 수소화 반응으로 환원시켜 고순도의 1-(n-할로페닐)에탄올을 선택적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 반응은 반응 조건 및 촉매계의 종류에 따라 하기 화학식 3a로 표시되는 n'-플루오로에틸벤젠, 화학식 3b로 표시되는 에틸벤젠, 화학식 3c로 표시되는 사이클로헥실에타논, 화학식 3d로 표시되는 에틸사이클로헥산 및 화학식 3e로 표시되는 사이클로헥실에탄올과 같은 부생성물이 다량 생성될 수 있는 반응이지만, 최적의 반응조건과 촉매계를 선정하여 하기 반응식 1과 같은 반응이 선택적으로 일어나도록 하였다.

X는 할로겐 원자

본 발명의 방법에 따르면, 폐기물이 거의 발생하지 않는 불균일계 촉매를 이용한 청정기술을 사용하고, 추출공정을 배제함으로써 간단한 공정으로 산업적으로 활용 가능한 고순도의 1-(n-할로페닐)에탄올을 얻을 수 있다.

본 발명에서 사용되는 수소화 반응 촉매는 구리(Cu) 또는 팔라듐(Pd)이 포함된 무기산화물을 사용할 수 있으며, 그 중에서 구리가 포함된 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 팔라듐을 사용할 경우에는 알카리토금속이나 알칼리 금속화합물을 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 금속들의 함량은 촉매 전체에 대하여 1∼80중량%로 유지하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하기로는 1∼60%중량%가 좋고, 만약 상기 금속의 함량이 1중량% 미만이면 수소화 반응활성이 감소하며, 80중량%를 초과하면 금속의 높은 가격으로 인해 공정의 경제성이 낮아지는 단점이 있다.

상기 금속을 단독 또는 담체, 바인더, 또는 조촉매로써 무기산화물과 함께 촉매로 사용할 수 있으나, 담체에 담지된 촉매를 사용하는 것이 좀더 바람직하다.

상기 담체로는 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나, 티타니아, 아연산화물, 지르코니아, 알카리 금속산화물, 및 알카리토 금속산화물을 단독 또는 서로 혼합하여 사용할 수도 있다. 특히, 팔라듐을 금속으로 사용할 경우에는 알카리 금속산화물이나 알카리토 금속산화물을 상기 불균일계 촉매 또는 반응 용액에 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 촉매는 함침법, 침전법, 또는 공침법으로 제조할 수 있다.

본 발명에서는 상기 불균일계 촉매를 사용하여 n'-할로아세토페논으로부터 1-(n-할로페닐)에탄올로 수소화하는 공정을 제공한다.

본 발명에 따른 수소화 반응은 회분식 또는 연속반응으로 수행할 수 있으며, 고정 촉매층에 액상 연속 흐름 반응으로 수행하는 것이 바람직하다. 고정층 연속 반응기를 사용함으로써 반응공간시간 대비 생산성이 향상되고, 촉매 제거 공정이 불필요하며, 추가적인 처리 과정없이 촉매를 재 사용할 수 있는 장점이 있었다.

수소화 반응시 용매를 사용하거나 용매 없이 반응할 수 있는데, 반응조건에서 반응기로 원활하게 공급하고, 발열 반응이 수소화 반응에 의한 반응열을 쉽게 제거하기 위해 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 용매는 반응물과 생성물이 잘 용해되어야 하고 용매 자체의 반응성이 없어야 한다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 수소화 반응에 적절한 용매로서 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 등과 같은 알코올류와 테트라하이드로퓨란, 1,4-다이옥산, 다이메틸포름아마이드, 에테르류 등이 적합하며, 단독 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다. 그 중 이소프로판올과 같은 알코올류가 바람직하다.

반응 온도는 0∼200℃가 바람직하며, 25∼200℃가 좀더 바람직하고, 반응 압력은 0.1∼1500psi가 바람직하며, 10∼600psi가 좀 더 바람직하다. 또한, 연속반응의 경우 n'-할로아세토페논의 중량공간속도(WHSV)는 약 0.01∼5h^-1이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 반응기로부터 유출되는 반응생성물은 중화 및 추출공정 등을 거치지 않고 간단한 증류를 통해 분리할 수 있다.

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

실시예 1∼4

함침법으로 제조한 23중량%의 CuO/SiO₂ 촉매 3g을 316 스테인레스 재질의 연속고압반응 반응기에 충진한다. 그리고, 수소를 분당 100cc 흘리면서 반응기 내 촉매를 분당 2℃의 승온 속도로 300℃까지 상승 후 2시간 동안 환원과정을 실시한다. 환원 후 주입되는 2'-플루오로아세토페논 (2'-fluoroacetophenone)의 6몰 배가 되도록 수소 유량을 조절하고 반응기 온도를 25∼80℃, 반응 압력을 150∼500psig로 한 후 원하는 반응온도까지 낮추어 유지하면서 이어서 2h¹의 무게공간속도로 반응 원료를 투입하면서 반응을 시작하였다. 반응 원료는 이소프로판올에 2중량%가 되도록 2'-플루오로아세토페논을 용해시켜 사용하였고, 반응 생성물은 불꽃이온화 검출기가 부착된 가스크로마토그래피로 분석하였다. 반응 조건의 변화에 따른 반응 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예	반응온도 (℃)	반응압력 (psig)	전환율 (%)	1-(2-플루오로페닐) 에탄올의 선택도 (%)	2'-플루오로에틸벤젠의 선택도 (%)
실시예 1	25	500	99.7	99.7	0
실시예 2	40	150	100	99.7	0
실시예 3	60	150	100	99.6	0.1
실시예 4	80	150	100	99.4	0.4

실시예 5

반응물로 4'-클로로아세토페논(4'-chloroacetophenone)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 수소화 반응을 수행하였다. 반응 후 20시간 동안 4'-클로로아세토페논의 평균 전환율 100%, 1-(4-클로로페닐)에탄올{1-(4-chlorophenyl)ethanol}의 선택도 99.5%를 얻었다.

실시예 6

반응물로 2'-브로모아세토페논(2'-bromoacetophenone)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 수소화반응을 수행하였다. 반응 후 20시간 동안 2'-브로모아세토페논의 평균 전환율 100%, 1-(2-브로모페닐)에탄올 {1-(2-bromophenyl)ethanol}의 선택도 99.4%를 얻었다.

실시예 7

함침법으로 제조한 23중량%의 CuO/Al₂O₃ 촉매 3g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 2'-플루오로아세토페논의 수소화 반응을 수행하였다. 반응 후 20시간 동안 2'-플루오로아세토페논의 평균 전환율 100%, 1-(2-플루오로페닐)에탄올의 선택도 99.8%를 얻었다.

실시예 8

공침법으로 제조한 CuO-ZnO-Al₂O₃ 촉매 3g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 2'-플루오로아세토페논의 수소화 반응을 수행하였다. 반응 후 20시간 동안 2'-플루오로아세토페논의 평균 전환율 100%, 1-(2-플루오로페닐)에탄올의 선택도 99.8%, 사이클로헥실에탄올 0.1%를 얻었다.

실시예 9

함침법으로 제조한 5중량%의 Pd/SiO₂ 촉매 3g을 사용하고, 반응원료에 0.4중량% 소디움하이드록사이드(NaOH)를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 2'-플루오로아세토페논의 수소화 반응을 수행하였다. 반응 후 20시간 동안 2'-플루오로아세토페논의 평균 전환율 100%, 1-(2-플루오로페닐)에탄올의 선택도 94.0%, 에틸벤젠의 선택도 4.9%, 2'-플루오로에틸벤젠의 선택도 0.6%를 얻었다.

비교예 1

반응원료에 소디움하이드록사이드(NaOH)를 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예 9와 동일한 방법으로 2'-플루오로아세토페논의 수소화반응을 수행하였다. 반응 후 20시간 동안 2'-플루오로아세토페논의 평균 전환율 100%, 1-(2-플루오로페닐)에탄올의 선택도 0%, 2'-플루오로에틸벤젠의 선택도 96.8%, 에틸사이클로헥산의 선택도 0.9%를 얻었다.

비교예 2

함침법으로 제조한 3중량%의 Ru/SiO₂ 촉매 3g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 2'-플루오로아세토페논의 수소화반응을 수행하였다. 반응 후 20시간 동안 2'-플루오로아세토페논의 평균 전환율 97.2%, 1-(2-플루오로페닐)에탄올의 선택도 51.7%, 사이클로헥실에타논의 선택도 2.8%, 사이클로헥실에탄올의 선택도 10.8%, 에틸사이클로헥산의 선택도 11.8%를 각각 얻었다.

비교예 3

함침법으로 제조한 25중량%의 Ni/Al₂O₃ 촉매 3g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 2'-플루오로아세토페논의 수소화반응을 수행하였다. 반응 후 20시간 동안 2'-플루오로아세토페논의 평균 전환율 100%, 1-(2-플루오로페닐)에탄올의 선택도 20.7%, 2'-플루오로에틸벤젠의 선택도 9.5%, 사이클로헥실에탄올의 선택도 22.5%, 에틸사이클로헥산의 선택도 12.6%, 에틸벤젠의 선택도 53.0%를 각각 얻었다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법은 불균일계 촉매를 이용하여 n'-할로아세토페논을 연속 수소화하여 부산물의 생성을 억제하면서 선택적으로 1-(n-할로페닐)에탄올(n=2, 3 또는 4)을 얻을 수 있다. 본 발명은 연속공정을 사용함으로 인해, 부산물 및 폐기물이 거의 발생하지 않는 친환경적 공정이며 공업적으로 대량생산이 가능하여 산업적인 부가가치가 높은 유용한 제조방법을 제공한다.

Claims

불균일계 촉매의 존재하에서, 하기 화학식 2로 표시되는 n'-할로아세토페논(n은 2, 3 또는 4)을 선택적으로 연속 수소화 반응시키는 것을 특징으로 하는 하기 화학식 1로 표시되는 1-(n-할로페닐)에탄올의 제조방법.

화학식 1

화학식 2
제1항에 있어서, 상기 불균일계 촉매는 구리(Cu), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 혼합 금속을 포함하는 무기산화물임을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 금속 함량은 상기 촉매에 대하여 1∼80중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 무기산화물은 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나, 티타니아, 아연산화물, 지르코니아, 알카리 금속산화물, 알카리토 금속산화물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 불균일계 촉매가 팔라듐 금속인 경우, 불균일계 촉매 또는 반응 용액에 알카리토 금속화합물 또는 알칼리 금속화합물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 반응온도는 0∼200℃이고, 반응압력은 0.1∼1500psig인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 연속반응 시 n'-할로아세토페논의 중량공간속도(WHSV)는 0.01∼5 h^-1인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 반응이 용매 존재 또는 부재하에서 수행되며, 상기 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 테트라하이드로퓨란, 1,4-다이옥산, 다이메틸포름아마이드, 에테르류 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.