KR100926720B1

KR100926720B1 - 수용액 중에서 금속을 분리하기 위한 추출제로서 사용될수 있는 운점을 나타내는 감열성 화합물

Info

Publication number: KR100926720B1
Application number: KR1020047003067A
Authority: KR
Inventors: 마딕샤를르; 베르똥로랑스; 조르즈니꼴; 꿀롱보엘렌; 떼스따르파비엔느; 잠브토마스; 지바넬세바스띠앙; 라르빵샹딸; 바츠코크리스띠나
Original assignee: 꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2009-11-13
Also published as: JP2005502699A; EP1425263A1; EP1425263B1; FR2829493A1; KR20040044520A; WO2003022798A1; US7015340B2; US20040242769A1; DE60238621D1; JP4859342B2; ATE491682T1; FR2829493B1

Abstract

본 발명은 임계 온도 T_c 보다 낮은 온도에서는 수용성이고 상기 온도 T_c보다 높은 온도에서는 수불용성인 열가역적인 성질을 가지며, 양쪽친매성이면서 열가역성이고 화학종을 착물화할 수 있는 제2 부분에 화학적으로 결합된, 하기 화학식 (I) 및 (II)중 어느 하나인 제1 부분을 포함하는 감열성 화합물에 관한 것이다.

및

식중, i는 1 내지 20의 정수이고, j는 3 내지 30의 정수이다.

이 화합물은 우라늄과 같은 화학종을 추출하는데 사용될 수 있다.

Description

수용액 중에서 금속을 분리하기 위한 추출제로서 사용될 수 있는 운점을 나타내는 감열성 화합물{Heat-sensitive compounds having a cloud point which can be used as extractants for the separation of metals in aqueous solution}

본 발명은 운점을 나타내는 감열성 화합물, 즉 임계 온도 T_c(운점이라고도 한다)보다 낮은 온도에서는 수용성이며 상기 온도보다 높은 온도에서는 수불용성인 성질, 즉 열가역적 성질을 갖는 감열성 화합물에 관한 것이다.

그러한 화합물은 온도 변이적인 외부 자극의 작용에 의해 화합종, 특히 악티늄족 원소 및 란탄족 원소와 같은 금속 또는 다른 비금속성 원소를 분리하기 위한 추출제로서 사용될 수 있다.

화합종은 단순한 이온의 형태 (단일 원자)이거나 원자군으로 이루어진 착이온의 형태일 수 있다.

금속 분리에 감열성 화합물을 이용하는 방법은 이미 인용문헌 [Bergbreiter D.E., Koshti N., Franchina J.G., Frels J.G., Angew. Chem. Int. Ed., 39, 2000, 1040-2[1]] 및 [Takeshita K. 및 Nakano Y., Solvent Extraction and Ion Exchange, 18(2), 2000, 375-86[2]]에 개시된 바 있다.

인용문헌 [1]은 31℃의 임계 온도를 나타내는, 히드록사민산에 결합된 N-이소프로필아크릴아미드와 N-아크릴로일옥시숙신이미드의 공중합체(PNIPAM-c-NASI)를 감열성 화합물로서 이용하는 것에 대해 개시한다. 이 감열성 화합물은 Fe(III) 이온을 분리하는데 사용될 수 있다. 이 경우, 감열성 화합물을 철(III) 이온을 포함하는 수용액에 가하면 철의 착물의 적색 특성을 나타내는 균질한 용액이 생성된다. 온도가 31℃ 이상으로 상승하면 착색된 중합체의 침전물이 얻어지면서 무색 상등액이 남는다. 상등액 중의 철 이온을 정량적으로 동정하면 철 이온의 99% 이상이 침전된 중합체에서 금속이온봉쇄된 것으로 나타나는데, 제시된 실시예에서 중합체의 금속이온봉쇄 용량은 중합체 그램당 Fe (III) 2㎎ 정도이다.

인용문헌 [2]에서는 N-이소프로필-아크릴아미드(AIPA)와 2-메타크릴로일옥시에틸포스페이트산의 공중합체의 겔로 이루어진 감열성 화합물이 사용하여 나이트레이트 이온을 포함하는 수용액으로부터 란탄족 원소를 추출하는 방법이 제시된다. 수용액에서, 이들 공중합체는 온도가 증가하면서 점진적인 방식으로 탈수 및 수축하는 겔을 형성함으로써 분리될 이온을 포획한다. 통상, 실험은 500ppm의 La(III) 또는 Sm(III), 및 50㎎의 감열성 화합물을 포함하는 (즉, 이온 / 중합체 비율이 1/2인) 수용액 50㎖에 대하여 실시되었다.

인용문헌 [1]에서는, 같은 원리를 이용하여 Fe(III) 및 Cu(II)를 분리하는데 3-히드록시-2-피리디논에 결합된 PNIPAM-c-NASI 공중합체를 이용하는 방법이 제시될 수 있다.

운점을 나타내는 비이온성 계면활성제의 미셀 용액을 이용하는 추출 방법들 이 알려져 있는데, 이 방법들은 유기 화합물, 단백질이나 기타 생물학적 분자, 및 금속 양이온을 분석화학적으로 추출하는데 주로 사용된다 (인용문헌 [Hinze W.L., Pramauro E., Critical Reviews in analytical Chemistry, 24(2), 1993, 133-37 [3], 및 Tani H., Kamidate T., Watanabe H., J. Chromtogr. A., 780, 1997, 229-241 [4]] 참조).

이러한 추출 방법의 원리는 다음에 근거한다:

(1) 추출될 용질이 운점 T_c보다 낮은 온도에서 수용액 중의 계면활성제 미셀 내에 용해, 및

(2) 상분리, 즉 T_c보다 높은 온도로 상승함에 따라 유도되는 분리; 미셀에 용해된 용질은 농축상 중의 계면활성제와 함께 배출된다.

이 기술의 주요한 잇점중 하나는 농축이다. 추출 효율은 계면활성제 미셀에 대한 용질의 친화성(미셀 / 수성상 분배계수)에 따라 달라진다: 이것은 친수성 극성 용질에 비해 소수성 용질에 대한 추출 효율이 훨씬 높다. 통상의 계면활성제와는 거의 친화성이 없는 금속 이온의 추출은, 금속 이온을 착물화시키며 보다 소수성인 금속 킬레이트 형태인 미셀에 용해시킨 다음 온도가 상승하면 분리시킬 수 있는 역할을 갖는 유기 킬레이트제를 시스템에 도입함으로써 실시될 수 있다. 분리 효율은 킬레이트제와 착물의 소수성에 따라 달라진다.

대부분의 경우에는, 미량 원소의 분석을 목적으로 하여 운점에 의한 추출을 예비농축 단계로서 사용하는 연구가 실시되었다.

이러한 연구는 전이금속 양이온 Ni(II), Zn(II), Cu(II) 또는 Co(II) 및 저농도의 우라닐 양이온 U(VI)의 분리에 관련된 것이다.

대개는 사용되는 계면활성제는 그의 임계 미셀 농도보다 훨씬 높은 0.1 내지 0.5% 정도의 중량 농도를 갖는 폴리에톡실화 알킬페놀 (Triton X114, X100, PONPE, 이들의 T_c 값은 각각 25, 65 및 5℃ 정도임)이다. 양이온에 대한 계면활성제의 몰 농도 비율은 매우 높은데, 50 내지 1000 정도이다.

사용되는 킬레이트제는 이들 이온에 대하여 잘 알려진 착물화제인데, 예를 들면 1-(2-피리딜아조)-2-나프톨(PAN) (Zn(II) 또는 U(VI)의 분리에 이용됨), 또는 페놀 상에 여러 가지 치환된 2-(2-티아졸릴아조)-4-페놀 유도체, 예를 들면 TAC(CH₃), TAMP(OCH₃), TAEP(OC₂H₅) 및 TAPP(C₆H₅) (Ni(II), Zn(II), Fe(II) 또는 Cd(II)의 분리에 이용됨)이다.

또한, US-A-4,154,674[12]에는 용액으로부터 금속 양이온을 선택적으로 추출하기 위하여 폴리옥시알킬렌 글리콜 유도체, 특히 폴리옥시알킬렌 사슬이 폴리스티렌계 중합체 또는 스티렌과 디비닐벤젠 같은 다른 모노머의 공중합체에 결합된 유도체를 이용하는 방법이 개시되어 있다.

WO-A-00/73521[13]에는 폴리(아미노산)계의 리간드를 이용하는 나노여과법 / 착물화에 의해 수성 매질에 존재하는 악티나이트로부터 란타나이트를 분리하는 방법이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은, 예를 들면 단순한 금속 이온 또는 착물 금속 이온의 형태인 악티늄족 원소 및 란탄족 원소와 같은 금속, 및 다른 비금속 화학종과 같은 여러 가지 화학종의 추출제로서 사용될 수 있는 신규한 감열성 화합물에 관한 것으로서, 이 감열성 화합물은 그의 임계 온도 T_c보다 낮은 온도에서 감열성 화합물에 의해 화학종을 착물화시키는 단계, 및 온도를 T_c보다 높은 온도로 승온시켜서 형성된 착물인 화학종 / 감열성 화합물을 분리하는 후속의 제2 단계에서 사용된다.

본 발명에 따르면 감열성 화합물은 임계 온도인 T_c보다 낮은 온도에서는 물에 가용성이고 T_c보다 높은 온도에서는 수불용성인 열가역적 성질을 나타낸다. 이 화합물은 폴리에톡실화된 비이온성 계면활성제로부터 유도되며 하기 화학식 (I) 및 (II)중 하나에 상응하는, 양쪽 친매성이고 열가역성인 제1 부분을 포함하는데, 상기 제1 부분은 화학종을 착물화시킬 수 있는 제2 부분에 화학적으로 결합된다:

및

식중, I는 1 내지 20의 정수이고, j는 3 내지 30의 정수이다.

즉, 본 발명에 따른 감열성 화합물의 제1 부분은 화학식, R-O(CH₂CH₂O)_n-H (여기서, R은 직쇄 또는 분지쇄의 알킬 사슬이고 n은 3 내지 30의 정수이다)로 표시되는 폴리에톡실화된 비이온성 계면활성제로부터 유도된다.

이러한 유형의 계면활성제의 예가 인용문헌 [Huibers P.D.T., Shah D.O., Katrizky A.R., J.Colloid and Interface Sci., 193, 1997, 132-6 [5]]에 개시되어 있다. 이들은 6 내지 100℃의 넓은 범위에 걸친 운점을 나타낸다.

감열성 화합물의 임계 온도를 결정하는 운점은 계면활성제의 구조에 따라서 달라진다. 즉, 운점은 에톡시 단위의 개수에 따라서 증가하며 알킬 사슬의 길이에 따라서는 감소한다.

이들 비이온성 계면활성제는 통상적으로는 C_iE_j (여기서, i는 알킬 사슬 중의 탄소 원자수를 나타내며, j는 에톡시기의 개수를 나타낸다)로서 표시된다.

따라서, 비이온성 계면활성제의 선택에 따라서 감열성 화합물의 임계 온도를 제어할 수 있다.

예를 들면 금속이나 단일 또는 착물 금속 이온과 같은 화학종을 착물화하는 특성을 나타내는 감열성 화합물의 제2 부분은 모노머 구조, 올리고머 구조 또는 폴리머 구조를 가질 수 있다. 바람직하게는 아미노산, 펩티드, 올리고펩티드 또는 폴리펩티드를 포함한다.

사용될 수 있는 아미노산의 예로는 우라닐 이온 형태로 우라늄을 착물화시킬 수 있는 라이신을 들 수 있다.

제2 부분이 올리고펩티드나 폴리펩티드 이외의 다른 올리고머 또는 폴리머를 포함하는 경우에, 제2 부분은, 예를 들면 폴리아민, 폴리아미드 또는 폴리산과 같은 아민, 아미드 또는 산 형태인 하나 이상의 착물화기를 포함하는 폴리머일 수 있다.

예로서, 제2 부분은 하기 화학식 (III)에 상응할 수 있다:

식중, R¹은 탄화수소계 기를 나타내고, R²는 치환 또는 비치환될 수 있는 히드록실기, 알콕시기 또는 질소계 기를 나타낸다.

R¹인 탄화수소계 기는 바람직하게는 1 내지 10의 탄소 원자를 갖는다: 이러한 탄화수소계 기는 알킬기일 수 있다.

R²가 질소계 기인 경우, 이 기는 하기 화학식으로 표시되는 기중 하나에 해당될 수 있다: NH₂, NHR 및 NR₂ (식중, R은 탄화수소계 기, 바람직하게는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다).

R²가 알콕시기를 나타내는 경우, 바람직하게는 탄소수 1 내지 10을 갖는다.

예를 들어, R¹은 메틸기를 나타내고, R²는 히드록실기 또는 메톡시기를 나타낸다.

본 발명에 따른 감열성 화합물의 예로는 하기 화학식 (IV)에 상응하는 화합물 및 하기 화학식 (V)에 상응하는 화합물을 들 수 있다.

(식중, i는 12이고, j는 4이며, R¹은 CH₃이고, R²는 OCH₃이다);

(식중, i는 12이고, j는 5이며, R¹은 CH₃이고, R²는 OCH₃ 또는 OH이다).

본 발명의 감열성 화합물은 임계 온도인 T_c 보다 낮은 온도에서는 물에 가용성이고 상기 임계 온도보다 높은 온도에서는 수불용성이면서 오일 (유기 용매, 탄화수소)에는 가용성인 성질을 갖는다.

임계 온도값은 감열성 화합물의 농도 및 매질의 이온강도에 따라서 달라진다.

농도와 관련하여, 농도는 본 발명에 따른 감열성 화합물의 임계 온도에는 거의 영향을 받지 않는다. 이것은 0.5 내지 20%의 중량 농도 범위에 걸쳐서 온도 차이가 5℃ 미만이기 때문이다.

매질의 이온 강도와 관련하여, 임계 온도 T_c에 대하여 약간 강력한 영향을 나타낸다.

따라서, 매질이 알칼리 금속 나이트레이트를 포함하는 경우, 임계 온도는 알칼리 금속 양이온의 극성과 함께 증가한다. 이것은 질산리튬 존재 하에서의 증가와 질산 나트륨 존재 하에서의 약간의 변동이 반영된 것이다.

바람직하게는 본 발명의 감열성 화합물은 수용액중 0.1 내지 25%의 중량 농도에서 20 내지 90℃의 임계 온도 T_c를 나타낸다.

본 발명에 따르면, 이 화합물의 임계 온도 T_c는 적절한 운점을 나타내는 비이온성 계면활성제의 선택에 따라서 제어되고 조절될 수 있다.

따라서, 알킬 사슬이 α 위치에서 그래프트되어 사슬 말단에서 비치환된 폴리에톡실화기를 남기는 화학식 (IV)의 화합물의 경우에는 상응하는 계면활성제의 골격 C_iE_j의 운점(6℃)에 비하여 운점이 크게 상승한다 (50 - 55℃).

반대로, 알킬 사슬이 폴리에톡실화기의 말단에서 치환된 화학식 (V)의 화합물인 경우에는 운점이 상응하는 골격 C_iE_j의 운점에 매우 가깝다.

화합물이 상기에서 제시된 화학식 (IV)에 상응하는 경우에는 수용액에서 0.5 내지 25%의 중량 농도에서 55 내지 75℃의 임계 온도 T_c를 나타낸다.

감열성 화합물이 상기에서 제시된 화학식 (V)에 상응하는 경우에는 수용액에서 0.1 내지 25%의 중량 농도에서 30 내지 70℃의 임계 온도 T_c를 나타낸다.

본 발명의 다른 목적은 임계 온도 T_c 보다 낮은 온도에서는 수용성이고 상기 온도 T_c보다 높은 온도에서는 수불용성인 열가역적 성질을 갖는 감열성 화합물의 제조방법에 관한 것으로서, 이 방법은 하기 화학식 (VI) 및 (VIII)중 어느 하나에 상응하는 카르복실산 유도체를, 화학종을 착물화시킬 수 있는 기를 포함하는 1급 또는 2급 아민 또는 폴리아민과 반응시키는 단계를 포함한다:

식중, i는 1 내지 20의 정수이고, j는 3 내지 10의 정수이며, R³는 Cl, OH 또는 알킬기를 나타낸다.

1급 또는 2급 아민 또는 폴리아민은 아미노산 또는 아미노산 유도체일 수 있으며, 비펩티드 구조의 펩티드를 나타낼 수 있다.

본 발명의 제1 구현예에 따르면, 이 방법은 하기 화학식 (IV)에 상응하는 화합물의 제조방법으로 사용될 수 있는데, 이 방법은 하기 화학식 (VI)에 상응하는 카르복실산 유도체를 하기 화학식 (VII)에 상응하는 라이신 유도체와 반응시키는 단계를 포함한다.

식중, i는 1 내지 20의 정수이고, j는 3 내지 30의 정수이며, R¹는 탄화수소계기이고, R²는 치환 또는 비치환될 수 있는 히드록실기, 알콕시기 또는 질소계기이며, R³는 Cl, OH 또는 알콕시기를 나타낸다.

이 구현예에서, 화학식 (VI)의 카르복실산 유도체의 히드록실기는 보호되는 것이 바람직하며, 이 유도체의 카르복실기는 화학식 (VII)의 라이신 유도체와의 반응전에 활성화되는 것이 바람직하다.

히드록실기는, 특히 테트라히드로피란계 분자를 통해 에테르 형태로 보호될 수 있다. 카르복실기는 N-히드록시숙신이미드를 이용하여 활성화될 수 있다.

이 구현예에서, 제조방법은 화학식 (VI)의 유도체와 화학식 (VII)의 라이신 유도체의 반응 후 상기 화학식 (VI)의 유도체의 히드록실기를 탈보호시키는 단계를 더 포함한다.

하기 화학식 (V)에 상응하는 화합물을 제조하는 본 발명의 제조방법의 제2 구현예에 따르면, 이 제조방법은 하기 화학식 (VIII)에 상응하는 카르복실산 유도체를 하기 화학식(VII)에 상응하는 라이신 유도체와 반응시키는 단계를 포함한다:

식중, i는 1 내지 20의 정수이고, j는 3 내지 30의 정수이며, R¹은 탄화수소계기이고, R²는 치환 또는 비치환될 수 있는 히드록실기, 알콕시기 또는 질소계기이며, R³는 Cl, OH 또는 알콕시기이다.

상기 제조방법의 제1 구현예에서, 감열성 화합물은 화학식: HO-(CH₂CH₂O)_j-H의 폴리옥시에틸렌 글리콜로부터 5 단계로, 전반적인 수율이 40% 정도로 수득될 수 있다.

제1 단계에서, 폴리옥시에틸렌 글리콜의 알콜 관능기가, 예를 들면 디히드로피란에 의해 보호될 수 있다.

제2 단계에서는 제1 단계에서 얻어진 폴리옥시에틸렌 글리콜을 화학식: C_iH_2i+1-CHBr-CO₂H의 브로모알칸산과 반응시켜서 R³가 히드록실기(OH)를 나타낼 수 있는 화학식 (VI)의 카르복실화 유도체를 얻을 수 있다.

제3 단계에서는 이 카르복실산 유도체가 N-히드록시숙신이미드에 의해 활성화된다.

제4 단계에서는 활성화된 카르복실산 유도체를 아민, 화학식 (VII)의 라이신 유도체와 반응시킨다.

제5 단계에서는 출발물질인 폴리옥시에틸렌 글리콜의 히드록실 관능기가 탈 보호된다.

상기 제조방법의 제2 구현예에 따르면, 화학식이 C_iH_2i+1-(OCH₂CH ₂)_j-OH인 비이온성 계면활성제를 브로모아세트산과 반응시킨 다음, 카르복실화된 유도체를 아민, 화학식 (VII)의 라이신 유도체와 반응시키는 2 단계 반응에 의해 상기 비이온성 계면활성제로부터 감열성 화합물을 수득할 수 있다.

본 발명의 감열성 화합물은 수용액 중에 존재하는 하나 이상의 화학종을 분리하는데 사용될 수 있다.

결론적으로, 본 발명의 다른 목적은 수용액, 수용성 단일상 시스템에 존재하는 하나 이상의 화학종을 추출하는 방법이며, 이 방법은 하기의 단계들을 포함한다:

a) 전술한 감열성 화합물을 그의 임계 온도 T_c보다 낮은 온도에서 수용액에 첨가하고;

b) 반응 매질의 온도를 상기 화합물의 임계 온도 T_c보다 더 상승시켜서 물보다 밀도가 높으며 추출될 화학종을 풍부하게 포함하고 있는 침강된 농축상과 화학종이 결여된 묽은 상층 수성상으로 각각 이루어진 2개 상으로 반응 매질을 분리시키며;

C) 화학종이 농축된 상을 반응 매질로부터 분리한다.

본 발명에 따르면, 추출되어질 화학종이 풍부하게 들어있는 농축상을 침전시키는 간단한 분리법에 의해 상기 농축상을 수성의 단일상 시스템에서 얻을 수 있 다.

2상 시스템을 이용하는 본 발명의 다른 구현예에 따르면 이 방법은 하기의 단계들을 포함한다:

a) 전술한 감열성 화합물과 수-불혼화성 유기상을 상기 화합물의 임계 온도 T_c보다 낮은 온도에서 수용액에 가하고;

b) 반응 매질의 온도를 임계 온도 T_c 보다 더 높은 온도로 상승시켜서 감열성 화합물과 추출될 화학종을 유기상으로 전달하며;

c) 화학종을 포함하는 유기상을 반응 매질로부터 분리한다.

분리단계는, T_c보다 낮은 온도에서, 유기 액체상, 예를 들면 불혼화성 탄화수소를 감열성 화합물을 포함하는 처리 대상 수용액에 가하는 방법으로 액체-액체의 2상 시스템에서 실시될 수 있다. 반응 매질의 온도를 T_c보다 높은 온도로 상승시키면 감열성 화합물과 이 화합물에 의해 착물화된 화학종이 수성상에서 유기상으로 이동하며, 이후 단순히 침전시킴으로써 용이하게 분리될 수 있다.

본 발명의 감열성 화합물로 인해, 제1 단계에서는 추출될 화학종을 착물화시킨 다음, 제2 단계에서는 간단한 외부 자극을 가함으로써, 즉 T_c 보다 높은 온도로 온도를 상승시킴으로써 화학종 / 감열성 화합물 착물을 분리할 수 있다.

단계 a)에서는 본 발명의 추출 공정을 실시하기 위하여 수용액 중의 감열성 화합물의 중량 농도가 0.1 내지 25%가 되도록 하는 양의 감열성 화합물을 사용할 수 있다.

이 방법은 서로 다른 화학종, 특히 악티늄족 원소와 란탄족 원소 같은 금속을 분리하는데 사용될 수 있다. 구체적으로는, 수용액 중에서 우라닐 이온 형태로 존재하는 우라늄을 추출하는데 사용될 수 있다.

본 발명은 여러 가지 잇점을 갖는다.

사용된 감열성 화합물이 두 부분의 구조를 갖기 때문에 한편으로는 열가역적 계면활성제의 선택에 따라 분리 온도를, 그리고 다른 한편으로는 착물화하는 제2 부분의 선택에 따라 착물화 특성 (착물화 상수 및 소기의 화학종에 대한 선택율 모두로 나타냄)을 개선할 수 있다.

또한, 화학종을 추출함에 있어서는 수용성인 감열성 화합물은 다음과 같은 잇점을 나타낸다:

1) 착물화 단계 및 분리 단계의 두 단계의 분리

화합물의 수용성으로 인해 처리될 수성상으로 화합물을 직접 도입할 수 있다. 착물화 단계는 균일한 매질에서 일어난다: 따라서, 액체/액체 2상 매질에서 실시되는 현재의 분리 공정에서 사용된 친유성 추출제의 경우에서처럼 착물화 단계의 역학은 확산 및 계면 접촉 현상에 의해 제한되지 않는다.

착물화 단계의 기간은 용이하게 조절된다.

2) 외부 자극의 작용, 즉 온도 상승에 의해 분리가 일어난다.

3) 부피의 제한: 화학종이 풍부한, 침강하는 상의 부피는 초기의 수성상 부피의 몇 부피%에 불과하다.

성능면에서 보면, 본 발명을 통해 개발된 감열성 수용성 화합물은 낮은 몰비의 추출제/우라늄 0.5 내지 1에 대하여 우라닐 양이온 형태로 우라늄을 분리하는데 효과적이다. 이러한 추출 능력은 PNIPAM으로부터 유도된 감열성 착물 중합체와 관련하여 개시된 추출 능력과 동일한 정도이거나 그보다 더 우수한다.

두가지 성질, 즉 착물화 및 열가역성을 하나의 분자내에 가지고 있는 2부분 구조의 화합물은 열가역성 계면활성제와 착물화제의 혼합물로부터 얻어진 것보다 훨씬 우수한 추출 성능을 제공할 수 있다.

또한, 사용된 감열성 화합물의 구조는, 특히 착물화 특성과 관련하여 최적화될 수 있다.

1) 분리될 화학종에 대해 특이적인 "강력한" 착물화제를 구조에 도입하거나, 2) 단일 분자 내에서 종래의 추출제에 의해 형성된 응집체를 모방할 수 있는 올리고머 구조를 개발함으로써 추출 성능을 개선할 수 있다. 이러한 올리고머로는 화학식 (I) 또는 (II)중 하나 이상의 감열성 단위를 구조 안에 포함하고 있는 펩티드 또는 올리고머, 및 열가역적 계면활성제를 아민화 또는 폴리아민화된 거대분자 구조에 그래프팅시켜서 얻은 올리고머를 예로 들 수 있다.

본 발명의 다른 특징 및 잇점은 후술하는 실시예에 개시된 바로부터 더욱 분명하게 드러날 것이나, 이들 실시예는 첨부된 하나의 도면과 관련하여 개시한 것이며 본 발명을 제한하지는 않는다.

도 1은 수용액중 LiNO₃의 여러 농도에 따라서 화합물 1a의 임계 온도 T_c (℃)가 변화하는 것을 중량에 의한 농도 (%)의 함수로서 나타낸다.

실시예 1 : 화합물 1a 의 합성방법

화합물 1a 는 하기의 반응식에 따라서 5단계에 걸쳐서 상응하는 폴리에톡실화디올 2 로부터 얻어진다:

제1 단계에서, 폴리옥시에틸렌 글리콜 2 의 알콜 관능기를 인용문헌 [Philippon et al. [6]]에 개시된 방법에 따라서 보호하여 알콜 4 을 수득한다. 이어서 상기 알콜 4 을 2-브로모테트라데칸산 5 로 축합시켜서 산 6 을 수득한다: 이 합성 방법은 인용문헌 [Wassermann et al. [7]]에 개시된 방법을 채용한 것이다.

상기 산 6 을 인용문헌 [Popovitz-Biro et al.[8]]에 개시된 공정으로부터 채용된 합성방법에 따라서 N-히드록시숙신이미드 7 와 반응시켜서 활성화시킨다.

계속해서, 인용문헌 [8]로부터 채용된 공정에 따라서, 활성화된 에스테르 8 를 N-아세틸라이신 9 로 축합시켜서 10 을 수득한다.

상기 10 의 알콜 관능기를 탈보호하고 표준 공정 [9]에 따라서 에스테르화시킨 후에 감열성 화합물 1a 를 수득한다.

합성의 전체적인 수율은 37%이다.

제1 단계: 화합물 4 (E₄THP)의 제조방법

테트라에틸렌 글리콜 2 (30g, 163mmol), 디히드로피란 3 (7.8g, 93mmol) 및 파라-톨루엔설폰산 PTSA (1.86g, 10.8mmol)을 54㎖의 무수 테트라히드로푸란 THF에 용해시킨다. 이 혼합물을 주변 온도에서 교반하다. 용리액이 디클로로메탄 CH₂Cl₂인 박막 크로마토그래피 TLC에 의해 3 이 소멸되는 것을 모니터링한다. H₂SO₄를 이용하여 플레이트를 가시화시킨다. 이러한 조건 하에서, 3 은 이동하지 않으며 4 는 0.39의 R_f를 나타낸다. 반응을 3시간 30분 후에 완결한다. 이어서, 피리딘을 이용해서 PTSA를 중화시키고 용매를 증발시킨다. 얻어진 잔류물을 디클로로메탄에 흡수시키 고 20㎖의 물로 2회, 포화 NaCl로 1회 순차적으로 세척한다. 유기상을 무수 Na₂SO₄ 상에서 건조시킨 다음, 용매를 증발시킨다.

얻어진 생성물 4 (25g)을 실리카 컬럼상 크로마토그래피 (350g의 실리카, 컬럼 직경은 6㎝)에 의해 2회 (2 x 12.5g) 정제한다. 사용된 용리액은 순차적으로 100% 에틸 아세테이트 및 에틸 아세테이트 9 / 메탄올 1의 혼합물이다.

수득 중량 = 15.70g; 수율 = 61%.

화합물 4 : [E₄THP]

무색 오일

C₁₃H₂₆O₆

MW = 278 g/mol

¹H NMR (CDCl₃): 4.6 ppm (t, 1H, O-CH-O), 3.4-3.9 (m, 18H, OCH ₂ CH ₂ , (CH₂)₃-CH ₂ -O), 1.5-1.8 (m, 6H, CH-(CH ₂ ) ₃ -CH₂O).

제2 단계: 화합물 6 [C₁₂CH(CO₂H)E₄THP]의 제조방법

화합물 4 E₄THP (15.70g, 56mmol) 및 NaH (미네랄 오일 중의 60% 용액 4.5g, 187mmol)을 40㎖의 무수 THF (CaH₂ 상에서 증류됨)에 희석한 다음, 이 혼합물을 질소로 플러싱하면서 주변 온도에서 30분 동안 교반한다. 35㎖의 THF 중의 2-브로모 테트라데칸산(17.40g, 56mmol)을 점적 펀넬을 이용하여 적가한다. 이러한 첨가를 1시간 동안 지속한다. 이어서 반응 혼합물을 오일 배스에 넣고 65℃로 가열한다. TLC (용리액은 AcOEt 9 / MeOH 1, 요오드로 가시화함)로 모니터링하면서 반응을 24시간 내에 완결한다. 화합물 6 은 가시적으로는 이동하지 않으며, 화합물 4 의 R_f는 0.57이다. 이 혼합물을 40㎖ 에테르에 흡수시킨 다음, 250㎖의 1N HCl로 4회 세척한다. 계속해서 수성상을 에테르로 세척한다. 유기상을 합한 다음, pH 6이 되도록 30㎖의 NaCl로 세척한다. 얻어진 유기상을 무수 Na₂SO₄ 상에서 건조시킨다. 용매를 증발시킨후, 28g의 조생성물 6 을 회수한다.

2.5g의 조생성물 6 을 실리카 컬럼(100g)상 크로마토그래피 (상승 용리액 구배: AcOEt / MeOH: 4/1, 이어서 1/1)로 정제한다. 1.8g의 순수한 화합물 6 을 회수한다.

수율 = 72%

화합물 6 : [C₁₂CH(CO₂H)E₄THP]

황색 오일

C₂₇H₅₂O₈

MW = 504 g/mol

1H NMR (CDCl₃): 4.6 ppm (t, 1H, O-CH-O), 3.4-4.1 (m, 19H, OCH ₂ CH ₂ , (CH₂)₃-CH ₂ OCH, (OCH₂CH₂) ₅-CH), 1.1-2.4 (m, 28H, (CH ₂ ) ₁₁ ), 0.9 (t, 3H, CH ₃ (CH₂)₁₁)

제3 단계: 화합물 8 [C₁₂CH(CO₂NHS)E₄THP]의 제조방법

화합물 6 (12.9g, 25.72mmol), N-히드록시 숙신이미드 (3.22g, 28.29mmol) 및 N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카르보디이미드 히드로클로라이드 EDC (5.5g, 28.29mmol)을 분자체 상에서 30㎖의 디클로로메탄에 용해시킨다. 이 반응을 TLC (용리액: AcOEt 2 / MeOH 1, H₂SO₄로 가시화함)로 모니터링한다. 이러한 조건 하에서, 화합물 6 은 0.50의 R_f를 가지며, 화합물 8 은 0.66의 R _f를 갖는다. 이 혼합물을 얼음 배쓰에 넣어 1시간 동안 교반한 다음, 주변 온도에서 20시간 동안 교반한다. 이어서, 이 혼합물을 셀라이트를 통해 여과하여 분자체를 제거하고, 용매를 증발시킨다. 혼합물을 디클로로메탄에 흡수시킨 다음, 1N HCl로 1회, 이어서 포화 NaCl로 4회 세척하여 pH가 6이 되도록 한다. 이렇게 하여 15.4g의 생성물을 수득한 다음, 추가로 정제하지 않고 후속 단계에서 사용한다.

정량 수율

화합물 8 : [C₁₂CH(CO₂NHS)E₄THP]

황색 오일

C₃₁H₅₅O₁₀N

MW = 601 g/mol

¹H NMR (CDCl₃): 3.4-3.7ppm (m,19H, OCH ₂ CH ₂ , (OCH₂CH₂)₅-CH, (CH₂)₃-CH ₂ OCH), 1.2-1.9 (m, 28H, (CH ₂ ) ₁₁ -, (CH ₂ ) ₃ -CH₂OCH), 0.9 (t, 3H, CH ₃ (CH ₂)₁₁-).

제4 단계: 화합물 10 [C₁₂CH(COAcLysCO₂H)E₄THP]의 제조방법

미정제 화합물 8 (2.0g, 3.33mmol)을 40㎖의 아세톤에 용해시킨다. N-아세틸라이신 AcLysCO₂H (1.25g, 6.66mmol)과 트리에틸아민 (1.9㎖, 13.32mmol)을 20㎖의 물에 용해시킨 다음, 반응 매질에 가했다. 박막 크로마토그래피 (용리액: AcOEt 4 / MeOH 1 / NH₃ 0.5, 닌히드린과 H₂SO₄로 순차적으로 가시화시킴)를 이용하여 모니터링한다. 화합물 8 은 0.84의 R_f를 가지며, 화합물 10 은 0.59의 R _f를 갖는다. 주변 온도에서 20시간 동안 교반한 후, 테트라플루오로아세트산을 첨가하여 반응을 정지시키고 아세톤을 증발시킨다. 이 혼합물을 20㎖의 디클로로메탄에 흡수시킨다. 15㎖의 1N HCl 용액으로 추출하여 과량의 아세틸라이신을 제거한다. 얻어진 유기상을 포화 NaCl 용액으로 세척(4 x 35㎖)하여 pH가 5가 되도록 한다. Na₂SO₄ 상에서 건조시키고 용매를 증발시킨 후, 분석학적으로 2.0g의 순수한 화합물 10 을 회수한다.

수율 = 89%

황색 오일

C₃₅H₆₆O₁₀N₂

NW = 674 g/mol

제5 단계: 화합물 1a [C₁₂CH(AcLysCO₂Me)E₄]의 제조방법

화합물 10 (1.5g, 2.22mmol)과 PTSA (0.76g, 4.44mmol)을 10㎖의 메탄올에 용해시킨다. 이 혼합물을 주변 온도에서 교반한다. 박막 크로마토그래피 (용리액: AcOEt 4 / MeOH 1 / NH₃ 0.5, 닌히드린과 H₂SO₄로 순차적으로 가시화시킴)를 이용하여 모니터링한다. 화합물 1a 은 0.72의 R_f를 갖는다. 5시간 후 반응을 완결시킨다. 이어서, 메탄올을 증발시킨다. 이 혼합물을 15㎖의 디클로로메칸에 흡수시킨 다음, 포화 NaCl 용액으로 세척(3 x 20㎖)하여 pH가 중성이 되도록 하여 과량의 PTSA를 제거한다. Na₂SO₄ 상에서 건조시키고 용매를 증발시킨 후, 1.2g의 생성물을 회수한다.

수율 = 89%

황색 오일

C₃₁H₆₀O₉N₂

NW = 604 g/mol

원소 분석치

	실험치 %	계산치 %
C	61.84	(61.56)
H	10.35	(10.00)
N	4.30	(4.63)
O	23.21	(23.81)

캐필러리 전기영동에 의한 미량 이온의 정량적 동정:

전기운동학적 주입 방식 (내부 표준 : NH₄ ⁺ 이온)인 캐필러리 전기영동에 의해 양이온들을 분석한 결과, 생성물이 소량의 Na⁺ 이온을 평균적으로 0.8몰% (즉, 0.03중량%)를 포함하는 것을 나타낸다. 다른 배치에 들어있는 4g의 화합물 1a 를 제4 및 제5 단계에서와 동일한 공정에 따라서 화합물 8 로부터 합성하였다. 이 배치는 0.3몰%의 Na⁺ 이온 (즉, 0.5중량%)을 포함한다. 후자의 배치에 대하여 모든 전기화학적 실험을 실시하였다.

화합물 1a 의 물리화학적 성질:

1) 밀도 측정

안톤 파 밀도측정기(Anton Paar densimeter)를 이용하여 측정한 화합물 1a 의 밀도는 25℃에서 0.950 이다.

2) 임계 미셀 농도 (cmc) 및 극성 헤드당 표면적 [커브 γ = 듀 노이 링법 (Du Nouy ring method)에 의해 얻은 f (log C)]의 결정

화합물 1a 의 cmc 및 극성 헤드당 표면적은 크뤼스 디지털 인장측정기 K 10 (Kruss Digital Tensiometer K 10) 상에서 실시된 표면인장 측정치로부터 유도되었다. 결과는 표 1에 나타내었는데, 인용문헌 ([10])에 나타나 있는 비이온성 계면활성제 C₁₂E₅ (C₁₂H₂₅-(OCH₂CH₂) ₅-OH) 및 C₁₂E₄ (C₁₂H₂₅-(OCH₂CH ₂)₄-OH)의 값 특성과 비교한다.

표 1: C₁₂E₄, C₁₂E₅ 및 화합물 1a 의 cmc γ _cmc 및 σ_s 값의 비교

(a) 실험에 의해 결정한 값; (b) 인용문헌 [10]에 제시된 값; (c)물 / 공기 계면에서의 분자 면적 (옹스트롱)².

3) 화합물 1a 의 임계 온도 T _c 의 결정: 물/계면활성제 시스템의 상 분리 커브

물/ 1a 와 물/C₁₂E₅시스템의 상 분리 커브를 작성하였다. 화합물 1a 는 57 ± 1℃의 임계 온도를 나타낸다.

비교용으로, 비이온성 계면활성제 C₁₂E₄ 및 C₁₂E₅는 6℃ [5] 및 29℃의 임계 온도를 나타낸다. 관능화되면 C₁₂E₄에 비하여 임계 온도가 현저하게 상승되는데, 이는 그래프트된 아미노산 잔기의 강력한 친수성 때문인 것으로 설명된다.

4) 이온 강도가 물/화합물 1a 시스템의 상 분리 커브에 미치는 영향

이온 강도가 1a의 임계 온도에 미치는 영향은, 여러 농도의 LiNO₃ 존재 하에서의 1a의 수용액의 상 분리 곡선을 작성함으로써 결정되었다.

1a의 중량(%)에 의한 농도의 함수로서의 임계 온도 T_c (℃) 변동을 설명하는 도 1은 임계 온도가 LiNO₃의 농도에 따라 상승하며 1a의 농도에 따라서는 거의 변하지 않는다는 것을 보여준다.

표 2로부터, 고정된 농도의 1a (4.9 x 10^-2mol.ℓ^-1, 즉 약 3중량%)에 대하여 서로 다른 LiNO₃에서의 임계 온도 T_c를 비교할 수 있다.

표 2

[LiNO₃] (M)	T_c (℃)
4.4	74.9
2	71.5
1	69.3
0.63	68.6
0.37	62.9
0	60.6

LiNO₃ 존재 하에서의 T_c 증가, 염용 효과는 이미 알려져 있는 것이며 C_iE_j계 계면활성제의 특징적인 효과이다 [11]. 낮은 LiNO₃ 농도에서는 이 효과가 그렇게 뚜렷하지 않다. 0.6M 부터의 좀더 높은 농도에서 이 효과는 보다 현저해지기 시작하며 이때 임계 온도 T_c는 LiNO₃ 농도에 거의 비례하여 증가한다.

실시예 2: 화합물 2a 의 합성

화합물 2a 는 하기 반응식에 따라서 계면활성제 C₁₂E₅ (화합물 11 )로부터 2 단계로 얻어진다:

제1 단계에서, 계면활성제 11 C₁₂E₅을 브로모아세트산 12 와 반응시켜서 산 13 으로 전환시킨다. 계속해서, 산 13 을 N-아세틸라이신 9 의 메틸 에스테르로 커플링시켜서 화합물 2b 를 얻는다. C₁₂E₅에 대한 전반적인 합성 수율을 약 65%이다.

화합물 9 : Ac-Lys(NH₂)-OMe (상업적 입수가 가능함)의 제조방법

질소 기류 하에, 1.67g의 SOCl₂ (1.4 x 10^-2 mol)을 0℃로 냉각된 20㎖의 무수 메탄올이 들어있는 100㎖의 2경 둥근 바닥 플라스크에 넣는다. 0.74g의 N-아세틸레이트화 라이신 (Ac-Lys(NH₂)-OH, 4 x 10^-3 mol)을 질소 기류 하에서 반응 매질로 신속하게 도입한 다음, 주변 온도에서 12시간 동안 교반한다. 반응 과정을 박막 크로마토그래피 (용리액: 클로로포름/메탄올/아세트산 5/3/1 혼합물, 가시화제: 닌히드린)으로 모니터링한다. 이러한 조건 하에서, N-아세틸라이신은 0.07의 R_f를 가지며, 에스테르 9 는 0.43의 R_f를 갖는다.

생성물을 분리하기 전에, 반응 매질을 NaHCO₃로 중화시킨 다음, 과량의 메탄올을 회전식 증발기에서 증발시킨다. 이렇게 얻어진 미정제 생성물을 무수 에탄올에 넣어 희석하여 잔류하는 염을 원심분리에 의해 제거한다. 상등액을 농축시키고 감압하에 건조시킨 후 0.647g의 생성물 9 (3.2 x 10^-3mol)을 분리한다.

수율: 80%

화합물 9 의 특성:

오일상 외관

MW = 202.2 g/mol

제1 단계: 화합물 13 [C₁₂E₅-O-CH₂-COOH]의 제조방법

질소 기류 하에서, 미네랄 오일 (3.45 x 10^-2 mol, 60중량%, 1.38g, 10㎖의 무수 THF에서 희석됨)로부터 미리 세정된 NaH의 현탁액을, 리플럭스 컨덴서와 질소 유입구가 구비된 100㎖들이 3경 둥근 바닥 플라스크에 도입한다. 10㎖의 무수 THF에 희석한 화합물 11 C₁₂E₅ (9.86 x 10^-3 mol, 4g)을 질소 기류 하에서 가한다. 반응 매질을 질소 기류 하에 주변 온도에서 30분간 교반한다. 점적 펀넬을 이용하여, 7㎖의 무수 THF에 희석한 브로모아세트산 12 (1.48 x 10^-2 mol, 2.07g)을 서서히 적가한다. 첨가가 30분에 걸쳐 지속되도록 하여 치환 반응에 의한 열의 방출을 보상하도록 한다. 반응 매질을 12시간 동안 60℃로 가열한다. 반응 과정을 박막 크로마토그래피 (용리액은 AcOEt/MeOH (4/1) 혼합물이고 가시화제는 H₂SO₄이다)로 모니터 링한 결과, 11 의 R_f는 0.8이고 13 의 R_f는 0.2이다. 반응이 완결되면 회전식 증발기 상에서 THF를 증발시키고 미정제 혼합물을 에테르로 흡수시킨다. 유기상을 3회 세척하고 MgSO₄ 상에서 건조시킨후 에테르를 증발시킨 후에 에테르와 1N 염산을 이용하여 추출하면 임의의 불순물로부터 4.30g (9.26 x 10^-3 mol)의 생성물 13 이 회수된다.

수율: 94%

생성물 13 의 특성:

C₁₂H₂₅-O-(CH₂CH₂)₅-CH₂COOH 13

황색 오일

MW: 464 g/mol

¹H NMR (CDCl₃):4.09ppm (s, 2H, C₁₂E₅-O-CH ₂ -COOH), 3.66-3.52ppm (m, 20H, O-(CH ₂ -CH ₂ )₅-O), 3.39ppm (t, 2H, C ₁₁H₂₃-CH ₂ -O-), 1.5ppm (m, 2H, C₁₀H₂₁-CH ₂ -CH₂-O), 1.19ppm (s, 18H, C₉ H ₁₈ ), 0.81ppm (t, 3H, CH₃).

제2 단계: 화합물 2a 의 제조

1.22g의 화합물 13 (2.637 x 10^-3 mol)을 마그네틱 바아와 질소 유입구가 구비된 250㎖들이 2경 둥근바닥 플라스크에 들어있는 100㎖의 무수 DMF에 용해시킨다. 1.246g의 1-히드록시벤조트리아졸 HOBT (9.232 x 10^-3 mol) 및 0.64g의 화합물 9 (3.16 x 10^-3 mol)을 질소 기류 하에서 가한다. 주변 온도에서 15분 동안 교반한후, 1.265g의 N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카르보디이미드 히드로클로라이드 EDC (6.6 x 10^-3 mol)을 도입한다. 반응 매질을 주변 온도에서 12시간 동안 교반한다. 박막 크로마토그래피 (용리액은 AcOEt/MeOH 1/1 혼합물이고 가시화제는 H₂SO₄이다)로 반응을 모니터링한다. 이러한 조건 하에서, 산 13 은 0.3의 R_f를 가지며, 생성물 2a 는 0.7의 R_f를 갖는다. DMF를 증발시킨후, 미정제 생성물을 디클로로메탄에 흡수시키고, 1N HCl로 3회 세척한다. MgSO₄ 상에서 건조시킨후, 디클로로메탄을 증발시켜서 1.56g의 미정제 생성물 2a 를 수득한다 (수율: 91%). 생성물 2a를 실리카 컬럼상 크로마토그래피 (직경 3.5㎝, SiO₂ 80g; 용리액은 AcOEt/MeOH 6/1)로 정제한다. 1.2g (1.851 x 10^-3 mol)의 순수한 생성물 2a 를 회수한다.

수율: 70%

생성물 2a 의 특성:

황색 광택을 갖는 오일

MW: 648.2 g/mol

실시예 3: 화합물 2b 의 합성

하기의 반응식에 따라서, 화합물 2b 를 계면활성제 C₁₂E₅로부터 3 단계로 수득한다.

제1 단계는 전술한 프로토콜 (2a의 합성)에 따라서 계면활성제 C₁₂E₅ 11 을 산 13 으로 전환시키는 단계를 포함한다. 산 13 을 N-히드록시숙신이미드 14 의 에스테르 형태로 활성화시킨다. 마지막으로, 2b 를 생성하는 제3 단계는 활성화된 에스테르 14를 N-아세틸라이신으로 커플링시키는 단계를 포함한다. C₁₂E₅에 대한 전반적인 합성 수율을 80%이다.

제1 단계: 화합물 14 [C₁₂E₅-O-CH₂-CO-NHS]의 제조방법

4.18g의 화합물 13 (9 x 10^-3 mol)을 마그네틱 바아와 질소 유입구가 구비된 100㎖들이 2경 둥근바닥 플라스크에 들어있는 40㎖의 무수 CH₂Cl₂에 용해시킨다. 반응 매질의 온도를 0℃로 낮추고, 2g의 EDC (1.08 x 10^-2 mol)을 질소 기류 하에 도입한다. 0℃에서 30분 동안 교반후, N-히드록시 숙신이미드 (1.35 x 10^-2 mol, 1.554g)을 도입한다. 반응 매질을 0℃에서 1시간 동안 교반한 다음, 주변 온도에서 12시간 동안 교반한다. 반응을 박막 크로마토그래피 (용리액은 AcOEt/MeOH 2/1, 및 가시화제는 H₂SO₄)로 모니터링한 결과, R_f값은 화합물 11 에 대해서는 0.12이고 화합물 14 에 대해서는 0.8이다. 반응 매질을 1N HCl로 2회 세척한다. 유기상을 MgSO₄ 상에서 건조시키고 회전식 증발기 상에서 농축시킨다.. 활성화된 에스테르 14 를 91% 의 수율 (8.2 x 10^-3 mol, 4.59g)로 수득한 다음, 추가로 정제하지 않고 다음 단계에서 사용한다.

생성물 14 의 특성:

황색 오일

MW: 561 g/mol

소량의 불순물, 2.82ppm이 존재하는 것이 스펙트럼에서 관찰된다.

IR (㎝^-1): 1741 (C=O 에스테르), 1784.10 (C=O 이미드)

제2 단계: 화합물 2b 의 제조

에스테르 14 (4.06 x 10^-3 mol, 2.28g)을 60㎖의 아세톤에 용해시킨다. 25㎖ 의 초순수에 용해된 N-아세틸라이신 15 (6.1 x 10^-3 mol, 1.148g) 및 트리에틸아민 (2.03 x 10^-2mol, 2.054g)의 용액을 주변 온도에서 반응 매질에 가한다. 주변 온도에서 12시간 동안 반응시킨 다음, 아세톤을 증발시키고, 이어서 혼합물을 디클로로메탄에 흡수시킨다. 1N HCl 및 CH₂Cl₂를 이용해서 추출하면 잔류하는 모든 생성물 (과량의 Ac-Lys-(OH), 트리에틸아민, N-히드록시숙신이미드)를 제거할 수 있다.이어서, 유기상을 MgSO₄ 상에서 건조시킨 다음, 용매를 감압 하에 제거한다.

2.445g의 감열성 화합물 2b (3.857 x 10^-3 mol)이 얻어진다.

수율 = 95%

화합물 2b 의 특성

황색 오일

MW: 634.2 g/mol

소량의 불순물이 2.85ppm의 존재하는 것이 스펙트럼에서 관찰된다.

화합물 2a 및 2b 의 임계 온도:

화합물 2a 및 2b 의 임계 온도는 각각 38℃ 및 40℃이다: 이들은 그래프트된 비이온성 계면활성제 C₁₂E₅의 임계 온도(30℃)보다 약간 높다.

알칼리 금속 질산염 (NaNO₃ 또는 LiNO₃) 존재하에 물에서 화합물 2a 및 2b 의 임계 온도값을 하기 표 3에 나타낸다:

표 3

화합물	중량 농도 (%)	농도 (M)	[NaNO₃] (M)	[LiNO₃] (M)	T_c (℃) ± 2℃
2a	2.6%	0.04	0	0	38
2a	2.3%	0.036	0	4	66
2a	3%	0.046	1	0	48
2a	3%	0.046	2	0	35
2h	3%	0.047	0	0	40
2b	3%	0.047	1	0	39
2h	3%	0.047	2	0	35

실시예 4

온도를 변화시키면서, 화합물 1a 및 2a 에 의해 우라늄을 우라닐 U(VI) 나이트레이트 형태로 추출하는 방법

수용성이고 감열성이며 열가변성인 화합물 (1a 또는 2a), 리튬 나이트레이트 및 우라닐 나이트레이트를 각각 다른 농도로 수용액을 도입하여 실험을 실시한다. 각 조성물에 대하여 임계 온도를 결정한다. 임계 온도 T_c 보다 약간 높은(몇℃) 온도 상승에 의해 두 개의 상, 우라닐 이온이 풍부하고 물보다 밀도가 크며 적은 부피의 침강 농축상 및 우라닐 이온이 결여된 묽은 상층상의 분리가 일어난다. 침전시켜서 자연스럽게 분리한 후, 상층상에 남아있는 U(VI)의 함량을 결정한다.

X-선 형광 (11.8 내지 14.8 keV 사이로 설정함)에 의해 임계 온도 전과 후의 수성상 중의 우라닐 나이트레이트의 농도를 측정한다.

실험 결과를 표 4에 나타낸다. 결과로부터, 감열성 화합물 1a 및 2a 가 간단히 온도 변화에 의해 우라닐 이온을 45%까지의 추출 수율로 효과적으로 분리할 수 있다는 것을 알 수 있는데, 이러한 추출 수율은 화합물 1a 또는 2a 가 화학량론적 양 또는 화학량론적 이하의 양으로 존재할 때 달성되는 것이다. 단일 분리 단계에서, 추출 용량은 감열성 화합물 1몰당 0.35 내지 0.4몰의 U이다.

비교를 위하여, 단순한 비이온성 계면활성제 C₁₂E₅ 및 비이온성 계면활성제 C₁₂E₅와 라이신 유도체, N,N'-디아세틸화 라이신 LysNAcOMe의 메틸 에스테르의 혼합물을 이용하여 얻은 결과를 표 4에 나타낸다.

양쪽 모두의 경우에, 우라늄의 분리는 거의 일어나지 않는다. 이는 본 발명에 따른 감열성 화합물의 잇점과, 용이하게 분리시킬 있는 제1 부분과 추출될 화학종의 착물화를 제공하는 제2 부분으로 된 서로 다른 기능을 갖는 서로 다른 구조의 두 부분으로 된 구조상의 잇점을 명백하게 설명하는 것이다.

표 4의 결과는, 유리 히드록실기를 갖는 펜던트 폴리에톡실화 사슬을 포함하는 화합물 1a 가 착물화된 아미노산 잔기가 폴리에톡실레이트된 기의 말단을 통해 그래프트된 화합물 2a에 비해 더 우수한 추출 용량을 갖는다는 것을 나타낸다.

고정된 리튬 나이트레이트의 농도에 있어서는, 우라닐/감열성 화합물 비율이 증가함에 따라 커지는 효과를 갖는 우라닐 양이온 존재 하에서는 상분리 온도 (운점)가 감소된다.

또한, 화합물 1a 와 2a 의 임계 온도와 우라늄 추출량을 비교해 보면, 우라늄 추출량이 증가할수록 임계 온도의 감소폭이 커진다는 것을 알 수 있다. T_c 하강은 화합물에 의한 우라늄 양이온의 착물화로 인한 것으로 나타난다.

표 4

Claims

임계 온도 T_c 보다 낮은 온도에서는 수용성이고 상기 온도 T_c보다 높은 온도에서는 수불용성인 열가역적 성질을 가지는 감열성 화합물로서,

상기 화합물이 하기 화학식 (I) 및 (II)중 어느 하나에 해당하는, 양쪽친매성이면서 열가역성인 제1 부분을 포함하고,

상기 제1 부분이 화학종을 착물화할 수 있는 제2 부분에 화학적으로 결합된 것을 특징으로 하는 감열성 화합물.

및

식중, i는 1 내지 20의 정수이고, j는 3 내지 30의 정수이다.
제1항에 있어서, 상기 제2 부분이 아민, 아미드 또는 산 형태중 하나 이상의 착물화기를 포함하는 아미노산, 펩티드, 올리고펩티드, 폴리펩티드, 올리고머 또는 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물.
제2항에 있어서, 상기 제2 부분이 단일 아미노산을 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물.
제3항에 있어서, 상기 아미노산이 라이신인 것을 특징으로 하는 화합물.
제4항에 있어서, 상기 제2 부분이 하기 화학식 (III)에 상응하는 것을 특징으로 하는 화합물.

식중, R¹은 1 내지 10의 탄소 원자를 갖는 알킬기이고, R²는 히드록실기, 1 내지 10의 탄소 원자를 갖는 알콕시기, 또는 하기 화학식으로 표시되는 기 중 하나인 질소계기이다: NH₂, NHR 및 NR₂ (식중, R은 1 내지 10의 탄소 원자를 갖는 알킬기이다).
제5항에 있어서, R¹이 메틸기이고 R²가 히드록실기 또는 메톡시기인 것을 특징으로 하는 화합물.
하기 화학식 (IV)의 감열성 화합물

식중, i는 12이고 j는 4이며, R¹는 CH₃이고, R²는 OCH₃이다.
하기 화학식 (V)의 감열성 화합물.

식중, i는 12이고, j는 5이며, R¹는 CH³이고, R²는 OCH₃ 또는 OH이다.
제1 내지 8항중 어느 한항에 있어서, 수용액중 0.1 내지 25%의 중량 농도에서 20 내지 90℃의 임계 온도 T_c를 나타내는 것을 특징으로 하는 화합물.
제7항에 있어서, 수용액중 0.5 내지 25%의 중량 농도에서 55 내지 75℃의 임계 온도 T_c를 나타내는 것을 특징으로 하는 화합물.
제8항에 있어서, 수용액중 0.1 내지 25%의 중량 농도에서 30 내지 70℃의 임계 온도 T_c를 나타내는 것을 특징으로 하는 화합물.
임계 온도 T_c보다 낮은 온도에서는 수용성이고 T_c보다 높은 온도에서는 수불용성인 열가역적인 성질을 갖는 감열성 화합물의 제조방법으로서,

상기 방법이 하기 화학식 (VI) 및 (VIII)중 하나에 해당하는 카르복실산 유도체를, 화학종을 착물화할 수 있는 기를 포함하는 1급 또는 2급 아민 또는 폴리아민과 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감열성 화합물의 제조방법.

식중, i는 1 내지 20의 정수이고, j는 3 내지 30의 정수이며, R³는 Cl, OH 또는 알콕시기이다.
하기 화학식 (VI)의 카르복실산 유도체를 하기 화학식 (VII)의 라이신 유도체와 반응시키는 단계를 포함하는 하기 화학식 (IV)의 화합물의 제조방법.

식중, i는 1 내지 20의 정수이고, j는 3 내지 30의 정수이며, R¹은 1 내지 10의 탄소 원자를 갖는 알킬기이고, R²는 히드록실기, 1 내지 10의 탄소 원자를 갖는 알콕시기, 또는 하기 화학식으로 표시되는 기 중 하나인 질소계기이며: NH₂, NHR 및 NR₂ (식중, R은 1 내지 10의 탄소 원자를 갖는 알킬기이다), R³는 Cl, OH 또는 알콕시기이다.
제13항에 있어서, 상기 화학식 (VI)의 카르복실산 유도체의 히드록실기가 보호되고, 이 유도체의 카르복실기가 상기 화학식 (VII)의 라이신 유도체와의 반응 전에 활성화되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 히드록실기가 테트라히드로피란에 의해 보호되며, 상기 카르복실기가 N-히드록시숙신이미드에 의해 활성화되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제14항 또는 15항에 있어서, 화학식 (VI)의 화합물을 화학식 (VII)의 라이신 유도체와 반응시킨 후에 상기 화학식 (VI)의 유도체의 히드록실기를 탈보호하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
하기 화학식 (VIII)의 카르복실산 유도체를 하기 화학식 (VII)의 라이신 유도체와 반응시키는 단계를 포함하는, 하기 화학식 (V)에 해당하는 화합물의 제조방법.

식중, i는 1 내지 20의 정수이고, j는 3 내지 30의 정수이며, R¹은 1 내지 10의 탄소 원자를 갖는 알킬기이고, R²는 히드록실기, 1 내지 10의 탄소 원자를 갖는 알콕시기, 또는 하기 화학식으로 표시되는 기 중 하나인 질소계기이며: NH₂, NHR 및 NR₂ (식중, R은 1 내지 10의 탄소 원자를 갖는 알킬기이다), R³는 Cl, OH 또는 알콕시기이다.
a) 제1항 내지 8항 중 어느 한 항에 따른 감열성 화합물을 이 화합물의 임계 온도 T_c보다 낮은 온도에서 수용액에 첨가하는 단계;

b) 반응 매질의 온도를 상기 화합물의 임계 온도 T_c보다 더 상승시켜서 물보다 밀도가 높으며 추출될 화학종을 풍부하게 포함하고 있는 침강된 농축상과 추출될 화학종이 결여된 묽은 상층 수성상으로 각각 이루어진 2개 상으로 상기 반응 매질을 분리시키는 단계; 및

C) 상기 화학종이 농축된 상을 반응 매질로부터 분리하는 단계를 포함하는, 수용액 중에 존재하는 하나 이상의 화학종을 추출하는 방법.
a) 제1항 내지 8항 중 어느 한 항에 따른 감열성 화합물과 수-불혼화성 유기상을 상기 화합물의 임계 온도 T_c보다 낮은 온도에서 수용액에 첨가하는 단계;

b) 반응 매질의 온도를 임계 온도 T_c 보다 더 높은 온도로 상승시켜서 감열성 화합물과 추출될 화학종을 유기상으로 전달하는 단계; 및

c) 상기 화학종을 포함하는 유기상을 상기 반응 매질로부터 분리하는 단계를 포함하는, 수용액 중에 존재하는 하나 이상의 화학종을 추출하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 단계 a)에서 감열성 화합물의 첨가량이 수용액 중의 감열성 화합물의 중량 농도가 0.1 내지 25%가 되도록 하는 양인 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 추출될 화학종이 수용액 중에서 우라닐 이온 형태로 존재하는 우라늄인 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 감열성 화합물이 하기 화학식 (IV)에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법.

식중, i는 12이고, j는 4이며, R¹는 CH₃이고, R²는 OCH₃이다.
제19항에 있어서, 상기 단계 a)에서 감열성 화합물의 첨가량이 수용액 중의 감열성 화합물의 중량 농도가 0.1 내지 25%가 되도록 하는 양인 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서, 상기 추출될 화학종이 수용액 중에서 우라닐 이온 형태로 존재하는 우라늄인 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서, 상기 감열성 화합물이 하기 화학식 (IV)에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법.

식중, i는 12이고, j는 4이며, R¹는 CH₃이고, R²는 OCH₃이다.