KR100729146B1 - 2-알킬-3-히드록시지방산 및 그 유도체의 제조방법 - Google Patents

2-알킬-3-히드록시지방산 및 그 유도체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알킬케텐다이머로부터 생물 계면활성제의 일종인 2-알킬-3-하이드록시지방산 및 그 유도체를 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명은 알킬케텐다이머로부터 하기의 식으로 표시되는 2-알킬-3-히드록시산 및 그 유도체의 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은 수소 분위기에서 알킬케텐다이머의 수소화 반응에 따른 β-락톤의 형성하는 1 단계 반응과, 개환반응에 의한 2-알킬-3-히드록시 지방산의 제조 혹은 글루코스와 친핵체의 반응에 따른 2-알킬-히드록시 지방산의 유도체를 형성하는 2단계 반응으로 이루어진다:
(화학식 1)
Figure 112007029899110-pat00005
(상기 식 중, R1 및 R2는 각각 탄소수 4∼20의 직쇄 혹은 분지형 알킬기이고; R3는 히드록시, 글루코스, 또는 D-글루코사민이다.)
상기한 바와 같이, 본 발명은 알킬케텐다이머를 사용하여 수소화 반응을 통한 락톤의 형성, 이 후에 개환반응 혹은 친핵체와의 반응을 통하여 2-알킬-3-히드록시지방산 또는 그 유도체를 높은 수율로 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 유용한 발명이다.
알킬케텐다이머, 생물 계면활성제

Description

2-알킬-3-히드록시지방산 및 그 유도체의 제조방법{Process for preparing 2-alkyl-3-hydroxy fatty acid and their derivatives}
본 발명은 2-알킬-3-하이드록시지방산 및 그 유도체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 알킬케텐다이머로부터 생물계면활성제의 일종인 2-알킬-3-하이드록시지방산 및 그 유도체를 용이하게 제조하는 방법에 관한 것이다.
20세기초부터 공업화된 합성계면활성제는 지속적인 성장을 거쳐 현재 의약품, 화장품, 농약, 세제 등 산업전반에 폭넓게 이용되고 있다. 그러나 이들 합성계면활성제는 환경오염 문제를 유발시키기 때문에 천연유래의 환경 친화적인 계면활성제로의 대체가 시도되고 있다. 특히 화장품, 음료, 의약품 등에서는 생체시스템과의 친화성, 마일드성이 매우 중요한 요소가 되기 때문에 생계면활성제는 크게 주목받고 있다.
넓은 의미에서 생계면활성제는 생물체의 세포내외에서 생성되는 계면활성 물질로 정의되는 것으로, 독특한 화학구조와 여러가지의 관능기를 가지며 생분해성 및 안전성이 뛰어나다는 특징을 가지고 있다. 70년대 중반 이후부터 탄화수소 발효공정의 연구중에 미생물에 의해 생성되는 혼합물 형태의 계면활성작용을 하는 물질 이 많이 알려지게 되었다. 이들이 갖는 친수기의 종류에 따라 당지질계, 아실펩타이드계, 인지질계, 지방산계, 고분자계로 분류된다.
생계면활성제는 일반적으로 표면(계면)장력을 저하시키고, 유화·분산력이 우수하며 낮은 임계미셀농도(critical micelle concentration)를 갖는다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 현재까지 실용화된 생물계면활성제는 극히 적었다.
그 원인은 제조공정의 최적화와 생성되는 부산물의 정제 및 분리등의 기술적 문제에 따른 저생산수율 및 고비용 때문이었다.
따라서, 소량으로 효과를 볼 수 있는 경우가 아닌 광범위한 영역의 해양 또는 토양오염 등을 정화시키거나, 또는 산업적 목적으로 다량 사용하는 것은 거의 불가능한 실정이었다.
이런 이유로, 이미 반합성 또는 전합성을 통해 그 구조가 규명되어 있으며, 비교적 정제방법이 용이하고 수율이 높아 경제성이 있는 생계면활성제 또는 그 유도체나 동족체를 얻고자 하는 시도들이 활발하였다.
이중에서 본 발명은 계면활성작용이 우수하고 2차 오염성이 낮은 환경친화적인 특성 때문에 유출유 처리제로 활용되고 있으며, 화학구조가 비교적 간단하여 합성이 용이한 2-알킬-3-하이드록시지방산 및 그 유도체의 합성방법에 관한 것이다.
지방산계의 생계면활성제인 2-알킬-3-하이드록시지방산은 천연에서 여러가지 미생물에 의해 생성되고, 생성균주의 명칭에 따라 코리노미콜산(Corynomycolic acid), 노카르도미콜산(Nocardomycolic acid), 미콜산(Mycolic acid) 등으로 불리우고 있다. 이들은 대개 총탄소수가 22∼90이고 알킬기의 탄소수가 6∼24의 분포를 가지고 있다.
이들중 코리노미콜산에 대해서는 많은 연구 보고가 있는데 총탄소수가 22∼39, 분지알킬기의 탄소수가 6∼14이며, 단순 지방산이나 고급 알코올류에 비해 매우 낮은 계면장력을 나타내고 있고, 그 효과는 pH2∼10의 넓은 범위에 걸쳐 유지된다. 또한 섬유에 대해 강한 침투력을 보이며, 난용성 고체 미립자에 대한 분산력도 우수하다. 이러한 특성들을 갖는 것은 구조상으로 2개의 알킬기를 가지며, 3-히드록시기가 카르복시기의 카르보닐기와 6각형 고리형태의 수소결합을 형성하는 것과 관련이 있다.
코리노미콜산은 생합성을 통해 트레할로오스디에스테르(trehalose diester) 형태로 미코박테리움(Mycobacterium)속균 등에 의해 생산되고 [D. Cooper, et al., Appl. Environ. Microbiol., 37, 4('79)], 또한 탄화수소 발효과정에서 아트로박터(Arthrobacter), 코리네박테리움(Corynebacterium), 로도코쿠스(Rhodococcus)속균 등에 의해 유리산(free acid) 형태로 생성된다[D. Cooper, et al., J. Amer. Oil. Chem. Soc., 58, 77('81)]. 그러나 그 수율은 배양액 1ℓ당 1g 미만으로 매우 낮고, 여러가지 동족체 혼합물도 함께 얻어지기 때문에 원하는 성분만을 얻기 위해서는 별도의 복잡한 정제과정을 거쳐야만 하였다.
M.Utaka 등은 메틸 3-옥소에스테르로부터 베이커 이스트(Baker's Yeast)를 사용한 선택적 환원반응을 통해 4단계에 걸쳐 전체 수율이 15% 내외인 광학활성을 띠는 총탄소수 32개의 2-테트라데실-3-히드록시옥타데칸산을 얻었다[J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1368('87)]. 이 방법에 의한 수율은 생합성보다 향상되었으나 만족 스럽지 못하며 합성에 사용된 시약이 비교적 고가이기 때문에 산업적인 측면에서는 개선의 여지가 있었다.
한편 Y.Ishigami 등은 지방산에스테르를 클라이젠 축합반응시켜 2-알킬-3-옥소에스테르를 얻고 환원제를 사용하여 3-옥소기를 3-히드록시기로 치환한뒤 염기 조건하에서 가수분해한 후, 산처리를 하여 총탄소수 16과 24인 2-알킬-3-히드록시지방산을 전체 수율 40% 내외로 합성하였다[J. Jpn. Oil Chem. Soc., 38, 1001('89)].
T.Fujii 등은 전기의 방법을 약간 변형시켜 총탄소수가 12, 16, 20, 24, 28인 2-알킬-3-히드록시지방산 및 그 염을 합성하였다. 이방법은 기존에 발표된 방법들에 비하여 수율이나 제조방법이 개선된 것이었으나, 총탄소수가 증가할수록 수율이 크게 감소하여 24, 28인 경우는 10∼16%로 발표하고 있다[J. Jpn. Oil Chem. Soc., 44, 3('95)].
전기의 방법은 지방산 에스테르로부터 출발하여 옥소에스테르를 얻는 제1단계, 생성된 옥소에스테르의 환원반응인 제2단계, 이후 가수분해 반응인 제3단계의 다단계 반응으로 구성되어 있다. 제1단계 반응인 클라이젠 축합반응에 사용되는 염기로서는 통상 소듐히드리드가 사용되는데 이는 수분과 격렬히 반응하며 화재 위험성이 있기 때문에 통상 오일분산계(dispersion) 상태로 사용하게 된다. 반응후 축합반응의 출발물질과 생성물질이 모두 에스테르이기 때문에 오일상으로부터 분리 및 정제가 곤란하다는 점과 알킬기가 증가될수록 수율이 감소된다는 것이 단점으로 지적된다. 이후 환원반응과 가수분해 반응에 따른 반응 단계별 수율저하, 분리정제 에 필요한 제반 유틸리티 사용에 따른 경제성 저하 등이 단점으로 지적되고 있다.
따라서, 이러한 단점을 개선하기 위한 것으로 대한민국 특허출원 제98-8554호의 "2-분지쇄-3-히드록시지방산 및 그 염의 제조방법"가 있는데, 이 방법은 상업적으로 쉽게 구할 수 있는 알킬케텐 다이머를 출발물질로 하여, 2-알킬-3-히드록시지방산을 얻는 방법을 개시하고 있다. 보다 자세히 설명하면, 상기 제조 방법의 제1단계는 염기와 알킬케텐다이머와의 반응에 의해 고리열림으로 2-알킬-3-옥소지방산염이 생성되는 반응이고, 제2단계는 환원제를 사용하여 상기의 제1단계에서 수득된 2-알킬-3-옥소지방산염을 2-알킬-3-히드록시지방산염으로 환원시키는 반응을 개시하고 있다. 상기 방법은 염기의 조건하에서 진행되므로 이후에 첨가된 환원제의 활성이 유지되어 과량의 환원제를 사용하지 아니하고도 반응을 수행할 수 있으며, 반응단계가 2단계로 간단하다는 장점이 있다. 또한 동일 반응기내에서 반응시약을 순차적으로 첨가하여 반응을 수행할 수 있으므로 각 단계별 분리공정이 필요없기 때문에 매우 경제적으로 합성할 수 있다. 그러나, 상기한 방법은 반응에 있어 조건이 가혹할 경우 개환반응에 의해 생성된 2-알킬-3-옥소지방산염이 디카르복시화반응에 의해 이산화탄소 형태로 이탈되어 케톤이 형성되어 반응수율이 감소될 수 있으며, 당이나 새로운 생계면활성제 유도체로 만들기 위해서는 제조된 2-알킬-3-옥소지방산의 카르복실기를 활성화하여야 새로운 유도체의 제조가 가능하다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종 래의 생합성이나 화학합성에 비해 용이하고 고수율로 2-알킬-3-하이드록시지방산 및 그 유도체의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 알킬케텐다이머로부터 2-알킬-3-하이드록시지방산 및 그 유도체를 제조할 때, 가혹한 반응조건하에서도 반응수율이 우수하며, 당이나 새로운 생계면활성제 유도체로 전환이 용이한 2-알킬-3-하이드록시지방산 및 그 유도체의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 알킬케텐다이머로부터 하기의 식으로 표시되는 2-알킬-3-하이드록시지방산 또는 그 유도체의 제조방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112006056280045-pat00006
(상기 식 중, R1 및 R2는 각각 탄소수 4∼20의 직쇄 혹은 분지형 알킬기이고; R3는 히드록시, 글루코스, 또는 D-글루코사민이다.)
이하, 본 발명에 의한 2-알킬-3-하이드록시지방산 또는 그 유도체에 대해 상세히 설명한다.
2-알킬-3-하이드록시지방산 또는 유도체는 상기의 식과 같은 기본구조를 갖는다.
상기의 화합물은 하기의 반응식에 기재된 반응경로를 통해 합성할 수 있다. 본 발명에 따른 합성반응은 β-락톤의 개환반응에 의한 2-알킬-3-히드록시 지방산의 제조 혹은 글루코스와 친핵체의 반응에 따른 2-알킬-히드록시 지방산의 유도체를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 β-락톤은 수소 분위기에서 10% Pd/C 촉매 조건하의 알킬케텐다이머의 수소화 반응에 의해 형성된다.
본 발명에서 사용되는 상기 알킬케텐다이머는 제지공업에서, 종이속으로 침투되는 액체를 선택적으로 차단하는 사이즈제로 조래로 부터 널리 사용되고 있는 것으로 상용의 화합물, 예를들어 BASF사, 일본유지사, 허큘리스사 등의 제품을 사용할 수 있으며, 원하는 알킬기 또는 알케닐기를 갖는 아실클로라이드와 트리에틸아민으로 합성하여 사용할 수도 있다. 알킬케텐다이머의 합성에 관해서는 여러 논문에 자세히 언급되어 있다[J.Amer. Chem. Soc., 87, 5191('65)/ibid., 72, 1461('50)/ibid., 69, 2444('47)].
상기한 바와 같이 얻은 알킬케텐다이머는 본 발명에 따라 수소 분위기에서 10% Pd/C 촉매와 반응하여 β-락톤이 되고, 이후 개환반응이나 당류와의 반응에 의해 목적 화합물인 2-알킬-3-하이드록시 지방산 및 그 유도체로서 생성된다.
이하, 반응식에 의해 본 발명의 구성을 보다 자세히 설명한다.
[반응식 1]
Figure 112006056280045-pat00007

(상기 식 중, R1 및 R2는 각각 탄소수 4∼20의 직쇄 혹은 분지형 알킬기이고; R3는 글루코스, 또는 D-글루코사민이다.)
상기 반응식 1에서 제1 단계 반응은 알킬케텐다이머를 수소 분위기에서 10% Pd/C 촉매 반응에 의해 수소화 반응으로 β-락톤을 생성시키는 반응이고, 제2 단계 반응은 알카리에 의한 개환반응, 또는 친핵체와의 반응에 의해, 2-알킬-3-하이드록시 지방산 또는 그 유도체를 제조하는 반응이다. 본 발명에 따른 상기 반응의 제1단계에서 수소화 반응을 위해서는 통상 수소화 반응에 효과적으로 알려진 여러 가지 촉매의 사용이 가능하다. 이러한 촉매로는 예를 들면, 염화 루테늄(II)-2,2'-비스(디페닐포스피노)-1,1'-비나프틸 착물 {RuCl(2,2'-bis(diphenylphosphino)-1,1'-binaphthyl)} Cl, 레니 니켈(Raney-Ni), 로듐 알루미늄옥사이드 착물(Rh/Al2O3), 팔라듐 착물(Pd/BaSO4), 팔라듐 착물(Pd/C)등을 들 수 있다. 상기 반응 촉매중에서 비교적 저가이고 정제하기 쉬운 10% Pd/C 촉매가 본 발명의 목적에 가장 적합하다. 또한, 사용되는 촉매의 양은 바람직하기로는 β-락톤의 0.01%~0.1% 무게비이다. 가장 바람직한 촉매의 사용 양은 0.02% 무게비이다. 상기 1단계 반응의 수소화 반응은 고압에서도 수행할 수 있으나, 바람직하기로는, 2~3 기압 정도에서 수행한다.
그러나, 반응 시간이나 사용하는 용매, 반응 온도의 변수에 따라 알킬케텐다이머의 개환 반응에 의해 발생하는 2-알킬 지방산의 형성으로 반응 수율이 감소 될 수 있다. 이러한 부반응은 NMR에 의해서 확인이 가능하며, 실제 C8 알킬케텐다이머와 C16알킬케텐다이머 등으로부터 2-옥틸-옥타노익산, 2-펜타데실-펜타데카노익산이 형성되는 것을 확인 할 수 있었다[1H-NMR CDCl3,δ] 0.87(t,6H), 1.25 ~ 1.64(m), 2.23 ~ 2.38(m,1H)]. 따라서, 상기와 같이 바람직하지 못한 부반응을 억제 하기 위해서 반응 조건을 적정하게 유지하는 것이 중요하다. 이를 위해 본 발명에 따른 방법에서는 반응 온도는 실온 내지 50℃에서 수행하고, 반응 시간은 박막크로마토그라프법(TLC)을 이용해서 확인하여 알킬케텐다이머가 소멸되면 즉시 종료함이 바람직하다. 그리고, 반응용매는 반응에 따라 적절한 혼합용매를 사용하면 부반응이 거의 일어나지 않는다는 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다.
상기 제1 단계의 환원반응에서 사용되는 용매로는 메탄올, 에탄올, 에틸아세테이트, n-프로판올, n-부탄올, 이소프로판올, 테트라히드로푸란, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 에틸아세테이트 등을 들 수 있다.
한편, 상기 제2 단계의 개환반응은 염기와 반응시켜 개환을 하게 되며, 이에 의해 2-알킬-3-히드록시지방산염을 얻을 수 있다. 또 얻어진 염을 유기용매하에서 분리한 후 산성화시켜 추출하면 고순도의 2-알킬-3-히드록시지방산을 얻을 수 있다.
상기 제1 단계의 반응으로 생성된 β-락톤은 친핵체와 반응하여 새로운 유도체가 가능하다. 2-알킬-3-히스록시 지방산의 경우, 친수기로서 당이 치환될 경우 친수성이 증가되고 다양한 계면활성 능력이 기대된다. 본 발명에서는 당으로서 가장 많은 빈도를 보이는 글루코스와 아민이 함유된 당으로서 D-글루코사민을 사용하여 새로운 유도체를 효과적으로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하기로 하나, 본 발명은 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
한편, 이하의 실시예에서는 탄소수가 8, 12, 또는 16~18인 알킬케텐다이머로 부터의 합성에 대해 설명하지만, 본 발명에서의 합성은 이들에 한정되는 것도 또한 아니다.
실시예 1
제1 단계 : C8 알킬케텐다이머 100g(0.39mol)에 EA:EtOH=3:1 800ml를 넣고 잘 교반하였다. 여기에 10% Pd/C 0.2g(0.2w %)을 넣고 잘 밀봉하고 H2 환경에서 3~4시간 잘 교반하였다. 반응 종료 후, 반응물을 셀라이트(celite)를 이용해서 여과하고 용매를 감압 건조하였다. 칼럼 크로마토그라피(EA:Hex=1:20)로 분리하여 용매를 감압 건조하여 연노랑 액체 2-헥실-데카노익 β-락톤 90g(수율 90%)을 얻었다.
Rf (EA:Hex=1:20) :0.58
1H NMR (CDCl3) δ 0.87(t, 6H, CH3), 1.12~1.91(br, 22H, CH2), 3.60 (m, 1H, CH2 CHCO), 4.51(m, 1H, CHCH-O)
제2 단계 : EtOH:H2O=3:1 600ml에 NaOH 12g(0.3mol 1.5eq)을 용해하여 2-헥실데카노익 β-락톤 50g(0.20mol)에 넣고 잘 교반하였다. 3~4시간 교반 후 6N HCl로 산성화시켰다. 반응물은 MC로 추출하고 MC층을 Na2SO4로 건조하고 여과한 후 용매를 감압 건조하였다. 칼럼 크로마토그라피(MC:EtOH=45:1)로 분리하고 용매를 감압 건조하여 연노랑 시럽형의 2-헥실-3-하이드록시데칸산 48g(수율 90%)를 얻었다.
Rf (MC:EtOH=45:1) : 0.48
1H NMR (CDCl3) δ 0.87(t, 6H, CH3), 1.12~1.91(br, 22H, CH2), 2.45(m, 1H, CHCHCO), 3.76(m, 1H, CH2 CH(OH)CH)
실시예 2
제1 단계 : C12 알킬케텐다이머 100g(0.27mol)에 EA:EtOH=3:1 800ml를 넣고 잘 교반하였다. 여기에 10% Pd/C 0.2g(0.2w %)을 넣고 잘 밀봉하고 H2 환경에서 3~4시간 잘 교반하였다. 반응 종료 후, 반응물을 셀라이트를 이용해서 여과하고 용매를 감압 건조하였다. 칼럼 크로마토그라피(EA:Hex=1:20)로 분리하고 용매를 감압 건조하여 흰색 고체 2-데실-테트라데카노익 β-락톤 85g(수율 85%)을 얻었다.
Rf (EA:Hex=1:20) : 0.58 mp : 35.97℃
1H NMR (CDCl3) δ 0.88(t, 6H, CH3), 1.12~1.91(br, 38H, CH2), 3.60 (m, 1H, CH2 CHCO), 4.56(m, 1H, CHCH-O)
제2 단계 : EtOH:H2O=3:1 600ml에 NaOH 3.2g(0.075mol 1.5eq)을 용해하여 2-데실-테트라데카노익 β-락톤 20g(0.05mol)에 넣고 잘 교반하였다. 3~4시간 교반 후 6N HCl로 산성화시켰다. 반응물은 MC로 추출하고 MC층을 Na2SO4로 건조하고 여과한 후 용매를 감압 건조하였다. 칼럼 크로마토그라피(MC:EtOH=45:1)로 분리하고 용매를 감압 건조하여 흰색 고체형태의 2-데실-3-하이드록시-테트라데칸산 19.9g(수율 95%)을 얻었다.
Rf (MC:EtOH=45:1) : 0.49
1H NMR (CDCl3) δ 0.88(t, 6H, CH3), 1.12~1.91(br, 38H, CH2), 2.48(m, 1H, CHCHCO), 3.85(m, 1H, CH2 CH(OH)CH)
실시예 3
제1 단계 : C16~18 알킬케텐다이머 100g(0.19mol)에 EtOH 800ml를 첨가하고 가열하여 완전히 녹여 잘 교반하였다. 여기에 10% Pd/C 0.2g(0.2w %)을 넣고 잘 밀봉하고 H2 환경에서 3~4시간 잘 교반하였다. 반응 종료 후, 반응물을 셀라이트를 이용해서 여과하고 용매를 감압 건조하였다. EtOH로 재결정하여 흰색 고체 2-헥사데실/테트라데실-에이코사노익/옥타데카노익 β-락톤 90g(수율 90%)을 얻었다.
Rf (EA:Hex=1:20) : 0.58 mp : 60.89℃
1H NMR (CDCl3) δ 0.88(t, 6H, CH3), 1.12~1.91(br, 62H, CH2), 3.59 (m, 1H, CH2 CHCO), 4.56(m, 1H, CHCH-O)
제2 단계 : EtOH:H2O=3:1 600ml에 NaOH 5.6g(0.14mol 1.5eq)을 용해하여 2-Hexadecyl /Tetradecyl-eicosanoic/octa데카노익 β-락톤 50g(0.09mol)에 넣고 잘 교반하였다. 3~4시간 교반 후 6N HCl로 산성화시켰다. 반응물을 MC로 추출하고 MC층을 Na2SO4로 건조하고 여과한 후 용매를 감압 건조하였다. EtOH로 재결정하여 흰색 고체 2-헥사데실/테트라데실-에이코사노익/옥타데칸산 49g(수율 95%)을 얻었다.
Rf (MC:EtOH=45:1) : 0.49
1H NMR (CDCl3) δ 0.86(t, 6H, CH3), 1.12~1.91(br, 62H, CH2), 2.46(m, 1H, CHCHCO), 3.85(m, 1H, CH2 CH(OH)CH)
실시예 4
2-헥실-데카노익 β-락톤 20g(0.078mol)과 글루코스 17g(0.94mol 1.2eq)을 DMF(N,N-dimethylformamide) 200ml에 첨가하였다. 여기에 진한 황산을 촉매량 첨가하고 10~24시간 가열 환류시켰다. 반응물을 실온으로 식히고 물 100ml를 첨가하고 1N NaOH로 중화하였다. 반응물을 MC로 추출하고, MC층을 Na2SO4로 건조하고 여과한 후 용매를 감압 건조하였다. 칼럼 크로마토그라피(MC:EtOH=20:1)로 분리하고 용매를 감압 건조하여 흰색 고체형태의 2-헥실-데칸산 글루코스 에스테르 21.5g(수율 63%)을 얻었다.
Rf (MC:EtOH=10:1) : 0.41
1H NMR (CDCl3) δ 0.88(t, 6H, CH3), 1.12~1.91(br, 22H, CH2), 2.45(m, 1H, CHCHCO), 3.40(m, 1H, CH2CHOCH(OH)CH(OH)), 3.48~3.52(m, 2H, (OH)CHCH(OH)CH(OH)), 3.76(m, 1H, CH2 CH(OH)CH), 4.21(d, 2H, OCH 2 CH), 4.27(m, 1H, CH2 CHOCH(OH)), 5.41(d, 1H, OCH(OH) CH(OH))
실시예 5
2-헥실-데카노익 β-락톤 20g(0.078mol)과 D-글루코사민 염산 20.3g(0.94mol 1.2eq)을 톨루엔 200ml를 첨가하고 10~24시간 가열 환류시켰다. 반응물을 실온으로 식히고 물 100ml를 첨가하고 1N NaOH로 중화하였다. 반응물을 MC로 추출하고, MC층을 Na2SO4로 건조하고 여과한 후 용매를 감압 건조하였다. 칼럼 크로마토그라피(MC:EtOH=20:1)로 분리하고 용매를 감압 건조하여 흰색 고체형태의 N-(3-D-글루코실)-2-헥실-데칸아미드 14.3g(수율 42%)을 얻었다.
Rf (MC:EtOH=10:1) : 0.38
1H NMR (CDCl3) δ 0.88(t, 6H, CH3), 1.12~1.91(br, 22H, CH2), 2.50(m, 1H, CHCHCO), 3.40(m, 1H, (OH)CHCH(OH)CHO(CH2)), 3.43(m, 1H, CH2 CH(OH)CH), 3.66(d, 2H, CHCHOCH 2 OH), 3.76(m, 1H, CHCHOCH2), 3.86(m, 1H, (OH)CH CH(NH)CH(OH)), 4.03(m, 1H, (OH)CHCH(OH) CH(NH)CH), 5.95(m, 1H, CHCH(NH)CHO(OH))
비교예 1
C8 알킬케텐다이머 (10g, 39.7mmol)에 NaOH(3.18g, 79.4mmol)가 용해된 90% EtOH 100ml를 가하고 30∼50℃에서 3시간 동안 반응시킨 후, NaBH4(3.26g, 89.3mmol)를 가하고 30∼40℃에서 10∼24시간 반응시켰다. 반응혼합물을 1N 염산으로 산성화시키고 MC로 추출·농축 후 칼럼 크로마토그라피(MC:EtOH=45:1)로 분리하고 용매를 감압 건조하여 연노랑 시럽형태의 2-헥실-3-하이드록실데칸산 6.8g(수율 63%)를 얻었다.
Rf (MC:EtOH=45:1) : 0.48
1H NMR (CDCl3) δ 0.87(t, 6H, CH3), 1.12~1.91(br, 22H, CH2), 2.45(m, 1H, CHCHCO), 3.76(m, 1H, CH2 CH(OH)CH)
비교예 2
C16~18 알킬케텐다이머 (10g, 18.8mmol)에 NaOH(1.50g, 37.6mmol)가 용해된 90% 에탄올(50g)을 가하고 30∼50℃에서 3시간 동안 반응시킨 후, NaBH4(1.00g, 26.3mmol)를 가하고 30∼40℃에서 10∼24시간 반응시켰다. 반응혼합물에 1N 염산을 가해 산성화시킨 후 MC로 추출하여 얻은 흰색 고체를 EtOH로 재결정하여 흰색 고체 2-헥사데실 /테트라데실-에이코사노익/옥타데칸산 6.2g(수율 60%)을 얻었다.
Rf (MC:EtOH=45:1) : 0.49
1H NMR (CDCl3) δ 0.86(t, 6H, CH3), 1.12~1.91(br, 62H, CH2), 2.46(m, 1H, CHCHCO), 3.85(m, 1H, CH2 CH(OH)CH)
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
출발물질 C8 알킬케텐다이머 C12 알킬케텐다이머 C16~18 알킬케텐다이머 C8 알킬케텐다이머 C16~18 알킬케텐다이머
반응방식 단계별반응 단계별반응 단계별반응 한용기반응 한용기반응
수 율 1단계 : 90% 2단계 : 90% 총 : 81% 1단계 : 85% 2단계 : 95% 총 : 80.8% 1단계 : 90% 2단계 : 95% 총 : 85.5% 63% 60%
상기한 바와 같이, 본 발명은 알킬케텐다이머를 사용하여 수소화 반응을 통한 락톤의 형성, 이 후에 개환반응 혹은 친핵체와의 반응을 통하여 2-알킬-3-히드록시지방산 또는 그 유도체를 높은 수율로 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 유용한 발명이다.

Claims (4)

  1. 아래의 화학식 2의 β-락톤 화합물을 개환 반응시키거나, 또는 아래의 화학식 2의 β-락톤 화합물과 친핵체를 반응시키는 것으로 이루어지는 생물 계면활성제인 아래의 화학식 1의 2-알킬-히드록시 지방산 또는 그 유도체의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure 112007029899110-pat00008
    (상기 식 중, R1 및 R2는 각각 탄소수 4~20의 직쇄 혹은 분지형 알킬기이고; R3는 히드록시, 글루코스, 또는 D-글루코사민이다.)
    [화학식 2]
    Figure 112007029899110-pat00009
    (상기 식 중, R1 및 R2는 각각 탄소수 4~20의 직쇄 혹은 분지형 알킬기이다.)
  2. 제1항에 있어서, 친핵체가 글루코스 또는 D-글루코사민인 2-알킬-3-히드록시산 또는 그 유도체의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 위에서 기재한 화학식 2의 β-락톤 화합물이 수소 분위기 중에서 아래의 화학식 3의 알킬케텐다이머의 수소화 반응에 의해 형성되는 2-알킬-히드록시 지방산 또는 그 유도체의 제조방법.
    [화학식 3]
    Figure 112007029899110-pat00010
    (상기 식 중, R1 및 R2는 각각 탄소수 4~20의 직쇄 혹은 분지형 알킬기이다.)
  4. 제3항에 있어서, 상기한 수소화 반응의 수소화 촉매가 Pd/C인 2-알킬-3-히드록시산 또는 그 유도체의 제조방법.
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