KR100774627B1 - 불균일촉매를 이용한 광학적으로 순수한 (ｒ)-폼 또는(ｓ)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조방법 - Google Patents

불균일촉매를 이용한 광학적으로 순수한 (ｒ)-폼 또는(ｓ)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 불균일촉매를 이용한 광학적으로 순수한 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올(Tetrahydrofurfuryl alcohol)의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 불균일촉매 및 유기 용매의 존재하에서 (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르(Tetrahydro-2-furoic acid ester)를 수소화 반응을 통해 환원시켜 광학적으로 순수한 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 불균일촉매를 적용하는 연속 수소화 반응으로 높은 광학순도를 유지시킬 수 있는 청정기술을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법은 추출공정을 배제한 간단한 공정이면서 유해물질을 사용하지 않아 친환경적인 공정이며, 시간당 생산효율이 증가되어 경제적이기 때문에 공업적으로 대량생산이 용이한 장점을 갖는다.
(R)-테트라히드로퍼퓨릴알코올, (S)-테트라히드로퍼퓨릴알코올, 2-테트라히드로퓨란산 에스테르, 광학활성, 불균일촉매, 수소화

Description

불균일촉매를 이용한 광학적으로 순수한 (Ｒ)-폼 또는 (Ｓ)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조방법 {Method for preparing of optically pure (R)-form or (S)-form tetrahydro furfuryl alcohol using heterogeneous catalysts}
본 발명은 불균일촉매를 이용한 광학적으로 순수한 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 불균일촉매를 이용한 수소화 반응으로 환원시켜 경제적이고 친환경적인 공정을 통해서 광학적으로 순수한 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 제조하는 방법에 관한 것이다.
(R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올은 광학활성 의약개발물질 및 기타 광학활성 화학제품 제조의 기초가 되는 원료이다. 특히 (R)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올은 고혈압치료에 사용되는 칼슘통로차단제인 푸르니디핀(Furnidipine)의 핵심원료로서 산업적으로 이용되고 있다.
종래 기술에서 광학적으로 순수한 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조방법의 대표적인 예는 다음과 같다.
예를 들어, J. Med. Chem. 1995, 38, 2830 및 J. Org. Chem. 1997, 42 , 242 에는 보란(Borane)을 사용한 환원반응을 통해서 광학순도를 갖는 테트라히드로퓨란산으로부터 광학순도를 갖는 (R)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 문헌에 개시된 방법은 산업적 규모에서 대량 사용하기에 위험하고, 수분에 매우 민감한 보란을 사용하므로 산업적 이용이 어려운 문제가 있다.
일본 특개평 제6-239849호와 Eur. J. Org. Chem. 2001, 4537에는 리튬알루미늄히드리드(Lithium aluminun hydride)를 사용한 환원반응을 통해서 광학순도를 갖는 테트라히드로퓨란산 에스테르 또는 테트라히드로퓨란산을 광학순도를 갖는 테트라히드로퍼퓨릴알코올로 제조하는 방법이 소개되어 있다. 그러나, 상기 방법 역시 산업적인 규모에서 대량 사용하기에 위험한 문제가 있다.
J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 1073에는 (S)-폼 테트라히드로퓨라날을 리튬알루미늄히드리드로, J. Heterocycl. Chem. 1969, 6, 229에는 (R)-폼 테트라히드로퓨라날을 수소화붕소나트륨으로 환원시켜 각각 (S)-폼과 (R)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 발화가능성이 높은 환원제를 사용해야하는 단점이 있다. 또한 상기 방법은 광학순도가 80% 수준이다.
Tetrahedron: Asymmetry, 1993, 4, 617에는 높은 광학순도를 갖는 테트라히드로퓨란산 에스테르를 원료로 사용하여 수소화붕소나트륨을 이용한 환원반응을 통해서 높은 광학순도를 갖는 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 제조하는 방법이 기재되어 있으나, 이 방법 역시 발화가능성이 높은 환원제를 사용하는 문제점이 있다.
한편, Tetrahedron: Asymmetry, 1996, 7, 1477과 Tetrahedron, 2001, 57, 2213에는 라세믹 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 출발물질로 사용하여 (R,R)-디아세틸 무수타르타르산과 반응시켜 광학이성체를 만든 후, 재결정으로 분리하는 방법이 소개되어 있으나, 상대적으로 가격이 비싼 키랄 보조기를 많이 사용해야 할 뿐만 아니라, 전체적인 수율이 비교적 낮아 산업적으로 이용하는데 문제점이 있다.
또한, Tetrahedron, 2000, 56, 8355에는 라세믹 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 출발물질로 사용하고 디벤조일 타르타르산을 이용하여 화학적 광학분할의 방법으로 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 제조하는 방법이 기재되어 있으나, 낮은 광학순도와 낮은 수율로 인하여 산업적으로 이용하기 어려운 문제가 있다.
일본 특개평 제3-109383호에는 라세믹 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 출발물질로 사용하여 (R)-폼 모셔스 에시드(Moshers Acid)를 이용한 화학적 광학분할 방법을 통해서 광학활성을 갖는 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 매우 고가의 물질을 당량만큼 사용해야 하는 단점이 있다.
일본 특개소 제64-75435호에는 라세믹 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 사용하고 타르타르산 유도체를 이용하여 화학적 광학분할 방법을 통해서 (R)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 제조하는 방법이 소개되어 있다. 그러나 상기 방법은 산업적 이용이 비교적 어려운 그리냐드(Grignard) 반응으로 타르타르산 유도체를 제조해야 하며, 이렇게 제조된 타르타르산 유도체를 당량만큼 사용해야 하므로 경제성 측면에서 불리한 문제점이 있다.
일본 특개소 제62-201879호 역시 화학적 광학분할의 방법을 통해서 라세믹 테트라히드로퍼퓨릴알코올로부터 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 제조하는 방 법이 기재되어 있으나, 3회의 재결정을 필요로 하며 수율이 매우 낮아 산업적으로 이용하기 어렵다.
한편, 독일 특허 제4009891호에는 라세믹 테트라히드로퍼퓨릴알코올의 에틸 카르보네이트를 제조한 후, 효소를 이용하여 매우 높은 수율로 (R)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 효소를 이용한 광학분할 방법으로서 매우 효율적이나, 이로부터 얻은 생성물이 낮은 광학순도를 가질 것으로 예상된다.
일본 특개소 제63-39590호에는 라세믹 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 탄수화물 유도체로 만들어 광학이성체로 전환시킨 다음, 효소를 이용하여 (R)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올로 광학분할하는 방법이 소개되어 있으나, 전체적인 수율이 낮고 비효율적이며, 다량의 폐기물이 발생하여 산업적으로 이용하기 어려운 문제점이 있다.
또한, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 9734에는 7단계에 걸쳐서 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 제조단계가 비교적 많고, 라디칼 반응을 위해 유해한 반응물질들을 사용하므로 산업적인 대량 생산에는 이용할 수 없다.
전술한 바와 같이, 기존의 제조 공정들은 광학활성을 갖는 출발물질을 이용하여 산업적으로 사용하기 어려운 환원제, 예를 들면 보란(Borane), 리튬알루미튬히드리드(Lithium aluminum hydride), 수소화붕소나트륨 등을 사용하거나, 가격이 상대적으로 높은 광학활성물질을 이용한 광학분할의 회분식 공정을 채택함으로써 생산성이 떨어지고, 폐기물이 다량 발생하거나 제조공정이 복잡하여 전체수율이 낮기 때문에 대량생산이 불가능하고 공업적으로 적용하기에는 한계가 있다.
이에 본 발명에서는 전술한 문제점들을 해결하기 위하여 (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 출발물질로 사용하여 불균일촉매를 이용한 연속 수소화 반응을 통해 높은 광학순도를 갖는 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 얻을 수 있는 연속반응공정으로 제조하는 방법을 개발하고자 광범위한 연구를 거듭한 결과, 무기산화물 담체에 귀금속이 담지된 불균일촉매 및 유기 용매 존재 하에서, (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 고정층 연속 반응기로 수소화하는 연구 과정에서 광학적으로 순수하면서 고순도, 고수율의 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 연속으로 제조하는 방법을 발견하였으며, 본 발명은 이 발견에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 산업적으로 활용 가능한 높은 광학순도를 갖는 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 경제적으로 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 간단하고 친환경적인 공정을 통해서 높은 광학순도를 갖는 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적 및 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학적으로 순수한 (R)-테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조방법은 불균일촉매 및 유기 용매의 존재하에 서 하기 화학식 1a로 표시되는 (R)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 반응온도 0∼200℃, 반응압력 100∼5000psig, 시간당 중량공간속도(WHSV) 0.1∼10h-1인 반응조건하에서 고정층 반응기에 연속적으로 통과시켜 선택적으로 수소화하여 하기 화학식 2a로 표시되는 (R)-테트라히드로퍼퓨릴알코올을 얻는다:
Figure 112002034760185-pat00001
Figure 112002034760185-pat00002
상기 식에서, R은 치환되거나 또는 치환되지 않은 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 알케닐기, 벤질기, 탄소수 3 내지 30의 싸이클로알킬기, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기, 및 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 목적 및 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학적으로 순수한 (S)-테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조방법은 불균일촉매 및 유기 용매의 존재하에서 하기 화학식 1b로 표시되는 (S)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 반응온도 0∼200℃, 반응압력 100∼5000psig, 시간당 중량공간속도(WHSV) 0.1∼10h-1인 반응조건하에서 고정층 반응기에 연속적으로 통과시켜 선택적으로 수소화하여 하기 화 학식 2b로 표시되는 (S)-테트라히드로퍼퓨릴알코올을 얻는다:
Figure 112002034760185-pat00003
Figure 112002034760185-pat00004
상기 식에서, R은 치환되거나 또는 치환되지 않은 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 알케닐기, 벤질기, 탄소수 3 내지 30의 싸이클로알킬기, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기, 및 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 불균일촉매 및 유기 용매의 존재하에서 (R)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르 또는 (S)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 경제적이고 친환경적인 공정을 통해서 수소화 반응으로 환원시켜 광학적으로 순수한 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 제조하는 방법이 제공된다.
일반적으로, 광학적으로 순수한 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조시, 반응조건 및 촉매계의 종류에 따라 반응 생성물의 광학순도가 저하되거나, 또는 반응 부생성물이 생성될 수 있지만, 본 발명자들은 최적의 촉매계 및 반응조건을 선정하여 하기 반응식 1a 또는 하기 반응식 1b에서와 같은 반응이 주로 일어날 수 있도록 연구를 수행하였다.
Figure 112002034760185-pat00005
Figure 112002034760185-pat00006
상기 식에서, R은 치환되거나 또는 치환되지 않은 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 알케닐기, 벤질기, 탄소수 3 내지 30의 싸이클로알킬기, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기, 및 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
그 결과, 본 발명에서는 종래의 제조방법과는 달리 경제적이고 친환경적인 공정을 통해서 높은 광학순도를 갖는 반응생성물을 얻을 수 있는 방법을 개발하였다.
따라서, 본 발명에서는 (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 금속을 담체에 담지시킨 촉매가 충진된 고정층 반응기에 연속으로 통과시키면서 수소화하는 공정을 통해서 종래기술에 따른 회분식 반응인 재결정법에 의한 광학순도 향상방법에 비해, 고수율로 반응생성물을 얻을 수 있어 생산성이 월등히 높고, 유해한 반응물을 사용하지 않아 친환경적이며, 촉매의 재생과 연속사용이 가능하여 경제적일 뿐만 아니라, 촉매를 필터로 제거하는 등의 복잡한 후처리 공정이 필요 없는 단순한 제조공정을 적용하여 광학순도가 높은 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 연속으로 제조할 수 있다.
본 발명의 광학적으로 순수한 (R)-테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조방법은 불균일촉매 및 유기 용매의 존재하에서 하기 화학식 1a로 표시되는 (R)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 반응온도 0∼200℃, 반응압력 100∼5000psig, 시간당 중량공간속도(WHSV) 0.1∼10h-1인 반응조건하에서 고정층 반응기에 연속적으로 통과시켜 선택적으로 수소화하여 하기 화학식 2a로 표시되는 (R)-테트라히드로퍼퓨릴알코올을 얻는다:
화학식 1a
Figure 112002034760185-pat00007
화학식 2a
Figure 112002034760185-pat00008
상기 식에서, R은 치환되거나 또는 치환되지 않은 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 알케닐기, 벤질기, 탄소수 3 내지 30의 싸이클로알킬기, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기, 및 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또한, 본 발명의 광학적으로 순수한 (S)-테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조방법은 불균일촉매 및 유기 용매의 존재하에서 하기 화학식 1b로 표시되는 (S)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 반응온도 0∼200℃, 반응압력 100∼5000psig, 시간당 중량공간속도(WHSV) 0.1∼10h-1인 반응조건하에서 고정층 반응기에 연속적으로 통과시켜 선택적으로 수소화하여 하기 화학식 2b로 표시되는 (S)-테트라히드로퍼퓨릴알코올을 얻는다:
화학식 1b
Figure 112002034760185-pat00009
화학식 2b
Figure 112002034760185-pat00010
상기 식에서, R은 치환되거나 또는 치환되지 않은 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 알케닐기, 벤질기, 탄소수 3 내지 30의 싸이클로알킬기, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기, 및 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
한편, 상기 수소화 반응에 사용되는 불균일촉매는 금속 전구체 또는 금속을 무기 산화물 담체에 담지시켜 사용하며, 상기 금속으로는 구리(Cu), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 및 아연(Zn)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나, 또는 이러한 금속들을 혼합하여 사용할 수 있으며, 이중에서도 Cu-Zn 또는 Ni 이 가장 바람직하다.
또한, 상기 담체로는 알루미나(alumina), 실리카(silica), 실리카-알루미나(silica-alumina), 지르코니아(zirconia), 티타니아(titania), 제올라이트(zeolite), 또는 분자체(molecular sieve)와 같은 무기 산화물을 사용할 수 있다. 한편, 상기 담체 입자의 형태는 원(circular)형, 실린더(cylindrical)형, 과립(granular)형, 또는 어떠한 형태의 것을 사용하여도 무방하나, 적당한 기계적 성질을 갖기 위해서는 원형 또는 실린더형의 펠리트(pellet) 형태로 성형된 것이 좋다.
이때, 상기 금속의 함량은 촉매 전체에 대하여 1∼80중량%로 유지하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하기로는 30∼70중량%가 좋고, 만약 상기 금속의 함량이 1중량% 미만이면 수소화 반응 활성이 감소하며, 80중량%를 초과하면 금속의 높은 가격으로 인해 공정의 경제성이 낮아지는 단점이 있다.
상기 금속을 담체에 담지시키는 방법으로는 초기습식함침법(Incipient wetness impregnation), 과량수함침법(Excess water impregnation), 스프레이법 또는 물리적인 혼합 등의 방법을 모두 사용할 수 있다.
한편, 상기 수소화 반응시, 특정한 용매를 사용하여야 하는데, 상기 용매는 상기 (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 잘 녹일 수 있어 반응기로 원활하게 공급할 수 있게 하고, 발열 반응인 수소화 반응에 의해 발생된 반응열을 쉽게 제거하는 역할도 하며, (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르 및 수소와 반응하지 않아야 한다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 수소화 반응에 적절한 용매로서 디메톡시에탄(1,2-Dimethoxyethane), 메틸알코올(methyl alcohol), 에틸알코올(ethyl alcohol), 노르말프로필알코올(n-propyl alcohol), 이소프로필알코올(i-propyl alcohol), 노르말부틸알코올(n-butyl alcohol), sec-부틸알코올(sec-butyl alcohol), tert-부틸알코올(tert-butyl alcohol) 등을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하기로는 디메톡시에탄(1,2-Dimethoxyethane) 또는 에틸알코올(ethyl alcohol)을 사용하는 것이 좋다.
이때, 상기 용매에 대한 (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르의 함량은 1∼50중량%, 바람직하기로는 2∼40중량%로 유지하는 것이 좋다.
또한, 본 발명에서는 고정층 반응기를 이용한 연속공정을 이용함으로써 종래의 방법에 비해 반응공간시간 대비 더 높은 수율로 반응생성물을 얻을 수 있고, 추가적인 처리과정 없이 촉매를 반복적으로 재사용할 수 있어 경제적이며, 촉매를 필터로 제거해야 하는 번거러움이 없어 반응후의 공정을 대폭 단순화할 수 있는 방법이 제공된다.
상기 고정층 반응계에 있어서, 반응기의 형태나 반응물의 투입 및 흐름 방향에 제한은 없으나, 반응물간의 접촉이 원활하게 일어나게 하기 위하여 반응물인 탄화수소와 수소가 함께 반응기의 상부에서 하부로 흐르며 반응물을 반응기 전체에 골고루 분산시킬 수 있는 설비를 갖춘 트리클-배드(trickle-bed) 형태의 반응기를 사용하는 것이 가장 좋다.
한편, 상기 고정층 반응기에서 수행되는 수소화에 의한 (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르의 제조반응은 반응온도 0∼200℃, 수소분압 100∼5000psig, 시간당 중량공간속도(WHSV) 0.1∼10h-1의 반응조건하에서 수행되며, 바람직하기로는 각각 50∼180℃, 1000∼4000psig, WHSV 0.2∼10h-1의 반응조건하에서 수행하는 것이 좋고, 더욱 바람직하기로는 각각 100∼180℃, 2000∼4000psig, WHSV 0.5∼5h-1의 조건에서 수행하는 것이 좋다.
특히, 상기 반응온도가 200℃를 초과하면 원료물질의 라세미화로 인하여 원하는 광학순도를 얻을 수 없으며, 0℃ 미만이면 반응이 일어나지 않는다. 따라서, 상기 반응조건이 상기와 같은 범위를 벗어날 경우 (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르의 수소화 반응성이 저하되어 제조수율이 낮아지고 광학순도가 저하되어, 본 발명에서 제시하는 불균일촉매를 이용한 연속 제조공정의 장점이 사라지게 된다.
또한, (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 수소화에 의해 완전히 전환시키기 위해서는 상기 (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르 대비 수소의 몰비가 1.0 이상인 것이 좋고, 그 이상의 수치에 대해서는 제한이 없다. 그러나, 공정의 경제성을 감안하여 (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르 대비 수소의 몰비는 2.0∼10.0 사이로 유지하는 것이 좋다. 이때 상기 반응에 사용되지 않고 반응기를 통과한 수소는 재 압축되어 반응기로 순환된다.
한편, 상기 반응기로부터 유출되는 반응생성물은 용매를 회수하는 장치로 보 내지며, 여기서 적어도 일부의 용매가 나머지 반응 생성물과 분리된다. 이러한 회수 장치는 증류탑 또는 플래시 증류기(flash vaporizer)등 어떠한 형태의 장치를 사용하여도 무방하다. 또한, 상기 용매 회수장치의 하단부에서 유출되는 생성물, 또는 농축물은 진공증류 장치로 이송된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 무기산화물 담체에 금속이 담지된 불균일촉매, 및 유기 용매의 존재하에서, (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 고정층 연속 반응기로 수소화하여 경제적이고 친환경적인 공정을 통해서 광학적으로 순수한 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 고순도 및 고수율로 연속 제조할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 하지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1∼4
(R)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올의 연속제조 반응
구리(Cu-Zn)계 촉매 10g을 316 스테인레스 재질의 연속고압반응 반응기에 충진하였다. 그 다음, 반응기내의 촉매를 수소 분위기에서 분당 2℃의 승온속도로 200℃까지 상승시킨 후 3시간 동안 환원과정을 실시한 다음, 상기 반응기를 냉각하고 내부를 질소로 불어내었다. 상기 반응기 내부의 온도를 130℃에서 수소를 100sccm으로 흘려주었다.
그 다음, 수소의 주입량을 반응에 필요한 것보다 2배로 증가시키고, 10중량%가 되도록 (R)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 디메톡시에탄(Dimethoxyethane)에 녹여 연속반응기로 주입하였다. 이때 반응물의 주입량 및 반응기 내부의 반응조건 변화에 따른 반응결과를 하기 표 1에 나타내었다. 반응 생성물은 매 4 시간마다 채취하여 가스크로마토그라프(50m×0.2㎜×0.5m, HP-5 컬럼)의 FID로 분석하였다.
실시예1) 온도(℃) 압력(psig) WHSV(h-1) 전환율(%) 선택도(%)2) 광학순도(%)3)
1 150 3450 1.0 100 96 96.2
2 130 3450 1.0 100 97 96.8
3 90 3450 1.0 78 98 97.3
4 130 2700 1.0 52 98 97.5
1) 촉매 제조회사 : haldor topsoe
2) (R)-폼 2-테트라히드로퓨란산알코올의 반응 선택도
3) (R)-폼 2-테트라히드로퓨란산알코올의 광학순도
실시예 5
(S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올의 연속제조 반응
구리(Cu-Zn)계 촉매(haldor-topsoe) 10g을 316 스테인레스 재질의 연속고압반응 반응기에 충진하였다. 그 다음, 상기 반응기내의 촉매를 수소 분위기에서 분당 2℃의 승온속도로 200℃까지 상승시킨 후 3시간 동안 환원과정을 실시한 다음, 상기 반응기를 냉각하고 내부를 질소로 불어내었다. 상기 반응기 내부의 온도를 130℃에서 수소를 100sccm으로 흘려주었다
그 다음, 수소의 주입량을 반응에 필요한 것보다 2배로 증가시키고, 10중량% 가 되도록 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 디메톡시에탄에 녹여 연속반응기로 주입하였다. 이때, 반응온도 90℃, 압력 3450psig, WHSV 1.0h-1의 반응조건하에서 전환율 80%, 선택도 98%, 광학순도 97.3%의 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 얻었다. 반응 생성물은 가스크로마토그라프(50m×0.2㎜×0.5m, HP-5 컬럼)의 FID로 분석하였다.
실시예 6∼9
(S)-폼 또는 (R)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르의 수소화를 디메톡시에탄을 용매로 사용하여 온도 130℃, 수소압력 3450psig, 시간당 중량공간속도(WHSV) 1.0h-1의 조건하에서 실시예 2에 예시된 방법으로 수행하였으며, 이때 사용한 촉매종류에 따른 반응결과를 표 2에 나타내었다. 상기 촉매들은 상업적 판매 촉매 및 본 발명에 의해 제조된 촉매들이다.
실시예 촉 매 제조회사 전환율(%) 선택도(%)1) 광학순도(%)2)
6 Cu-Zn Haldor-topsoe 100 97 96.8
7 Ni/알루미나 Degussa 66 98 96.5
8 Ru/실리카 자체제조 75 98 95.5
9 라니 니켈 자체제조 64 97.5 96.1
1) (S)-폼 또는 (R)-폼 2-테트라히드로퓨란산알코올의 반응선택도
2) (S)-폼 또는 (R)-폼 2-테트라히드로퓨란산알코올의 광학순도
실시예 10
(S)-폼 또는 (R)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올의 연속반응 및 분리회수
실시예 2에서와 같은 방법으로 구리(Cu-Zn)계 촉매 50g를 사용하여 상기에 예시된 반응기와 유사한 반응기에서 반응을 수행하였다.
반응이 진행되는 동안 압력은 3450psig로 유지하였으며, 동일한 조건에서 100시간 동안 반응을 진행시킨 후 순도 97중량%의 (S)-폼 또는 (R)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올의 함유하고 있는 용액 5리터를 얻었으며, 이로부터 (S)-폼 또는 (R)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 회수하기 위하여 상기 용액을 감압증류 장치가 설치되어 있는 10리터 용량의 유리반응기에 주입하였다.
상기 유리 반응기의 온도를 분당 5℃의 승온 속도로 55℃, 100mbar에서 감압증류하여 용액중의 디메톡시에탄을 약 90%를 증발시킨 다음, 유리 반응기의 온도를 분당 5℃의 승온속도로 50℃, 1mbar에서 감압증류하여 광학순도 97.3%, 전체수율 85%, 화학순도 99.0%의 (S)-폼 또는 (R)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 얻었다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 금속을 담체에 담지시킨 불균일촉매계의 존재하에서 종래 화학적 광학분할기술에서 사용한 라세믹 테트라히드로퍼퓨릴알코올 대신 (R)-폼 또는 (S)-폼 2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 수소화하여 광학순도가 높고 순수한 (R)-폼 또는 (S)-폼 테트라히드로퍼퓨릴알코올을 고수율로 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 제조방법은 비교적 간단하고 친환경적인 공정이며, 생산성 향상으로 경제적이기 때문에 공업적으로 대량생산이 가능하여 산업적인 부가가치가 매우 높아 산업분야에 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (11)

  1. (i) 구리(Cu), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 아연(Zn) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 지르코니아, 티타니아, 제올라이트 및 분자체 중 선택된 하나의 무기산화물 담체에 담지시킨 불균일촉매, 및 (ii) 디메톡시에탄(1,2-Dimethoxyethane), 에틸알코올(ethyl alcohol), 메틸알코올(methyl alcohol), 노르말프로필알코올(n-propyl alcohol), 이소프로필알코올(i-propyl alcohol), 노르말부틸알코올(n-butyl alcohol), sec-부틸알코올(sec-butyl alcohol), tert-부틸알코올(tert-butyl alcohol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 유기 용매의 존재하에서, 하기 화학식 1a로 표시되는 (R)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 반응온도 0∼200℃, 반응압력 100∼5000psig, 시간당 중량공간속도(WHSV) 0.1∼10h-1인 반응조건하에서 고정층 반응기에 연속적으로 통과시켜 선택적으로 수소화하여 하기 화학식 2a로 표시되는 (R)-테트라히드로퍼퓨릴알코올을 얻는 것을 특징으로 하는 광학적으로 순수한 (R)-테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조방법:
    화학식 1a
    Figure 712007002937749-pat00011
    화학식 2a
    Figure 712007002937749-pat00012
    상기 식에서, R은 치환되거나 또는 치환되지 않은 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 알케닐기, 벤질기, 탄소수 3 내지 30의 싸이클로알킬기, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기, 및 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  2. (i) 구리, 니켈, 루테늄, 팔라듐, 백금, 아연 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 지르코니아, 티타니아, 제올라이트 및 분자체 중 선택된 하나의 무기산화물 담체에 담지시킨 불균일촉매, 및 (ii) 디메톡시에탄, 에틸알코올, 메틸알코올, 노르말프로필알코올, 이소프로필알코올, 노르말부틸알코올, sec-부틸알코올, tert-부틸알코올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 유기 용매의 존재하에서, 하기 화학식 1b로 표시되는 (S)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르를 반응온도 0∼200℃, 반응압력 100∼5000psig, 시간당 중량공간속도(WHSV) 0.1∼10h-1인 반응조건하에서 고정층 반응기에 연속적으로 통과시켜 선택적으로 수소화하여 하기 화학식 2b로 표시되는 (S)-테트라히드로퍼퓨릴알코올을 얻는 것을 특징으로 하는 광학적으로 순수한 (S)-테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조방법:
    화학식 1b
    Figure 712007002937749-pat00013
    화학식 2b
    Figure 712007002937749-pat00014
    상기 식에서, R은 치환되거나 또는 치환되지 않은 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 알케닐기, 벤질기, 탄소수 3 내지 30의 싸이클로알킬기, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬기, 및 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (R)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르 대비 수소의 몰 비는 1∼10이고, 상기 (R)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르의 함량은 상기 용매에 대해서 1∼50중량%인 것을 특징으로 하는 광학적으로 순수한 (R)-테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 (S)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르 대비 수소의 몰 비는 1∼10이고, 상기 (S)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르의 함량은 상기 용매에 대해서 1∼50중량%인 것을 특징으로 하는 광학적으로 순수한 (S)-테트라히드로퍼퓨릴알코올의 제조방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속의 함량은 상기 불균일촉매에 대하여 10∼80중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속은 구리(Cu)-아연(Zn) 또는 니켈(Ni)이고, 상기 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)의 함량은 상기 불균일촉매에 대하여 30∼70중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 삭제
  8. 제3항에 있어서, 상기 (R)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르의 함량은 상기 용매에 대해서 2∼40중량%인 것을 특징으로 하는 광학적으로 순수한 (R)-테트라히드 로퍼퓨릴아민의 제조방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 (S)-2-테트라히드로퓨란산 에스테르의 함량은 상기 용매에 대해서 2∼40중량%인 것을 특징으로 하는 광학적으로 순수한 (S)-테트라히드로퍼퓨릴아민의 제조방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고정층 반응기의 반응온도는 50∼180℃이고, 반응압력은 1000∼4000psig이며, 시간당 중량공간속도는 0.2∼10h-1인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 삭제
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