KR101103776B1 - ２－피롤리돈의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 4-아미노부틸산 및 2-피롤리돈이 혼합되어 있는 반응 조성물을 형성하는 단계; (b) 감압 조건에서 상기 반응 조성물을 가열 처리하여 락탐 고리화 반응을 실시하여 2-피롤리돈 및 물을 생성시키고 상기 물을 제거하는 단계; 및 (c) 상기 2-피롤리돈을 분리하는 단계를 포함하는 2-피롤리돈의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 고온 고압의 유틸리티 없이 4-아미노부틸산으로부터 고수율 및 고순도로 2-피롤리돈을 수득할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 2-피롤리돈의 제조에 대한 공정의 단순화 및 시간당 생산성을 개선할 수 있으며, 생산 비용도 크게 절감할 수 있다. 본 발명은 특히 산업적 스케일의 대량생산에 적합하다.

Description

２－피롤리돈의 제조방법{Process for Preparing ２－Pyrrolidone}
본 발명은 신규한 2-피롤리돈의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 4-아미노부틸산으로부터 2-피롤리돈을 제조하는 방법에 관한 것이다.
2-피롤리돈은 폴리머의 제조, 화학 반응의 용매, 특수 잉크 등 다양한 영역에서 산업용 소재로 사용되는 유용한 화학물질이다.
기존에 알려진 대표적인 2-피롤리돈 제조방법으로는 BASF의 특허출원(WO 03/022811)에 기재된 방법으로서, 석유화학 물질인 감마-부틸로락톤을 액상에서 암모니아와 고온 고압 반응조건으로 하여 연속적으로 제조하는 방법이 있다. 또한, 숙신산 또는 숙신산 무수물을 출발물질(미국특허 제4,904,804호)로 하거나 말레익산(미국특허 제5,912,358호) 또는 숙시노니트릴(미국특허 제4,325,872호, 제4,193,925호, 제4,181,662호 및 제4,123,438호)을 출발물질로 하여 2-피롤리돈을 제조하는 방법 등이 알려져 있으며, 이들 원료는 원유 의존형으로 가격 변동이 심하며 석유자원의 부족으로 인해 지속적인 가격 상승이 예상된다.
이러한 예상 때문에 최근에는 저가의 바이오매스로부터 화학 물질을 얻으려는 연구가 활발히 전개되고 있으며, 그 실 예로 바이오매스로부터 발효를 통해 글루탐산을 얻고 효소반응으로 아미노산의 한 종류이며 건강기능식품 소재인 4-아미노부틸산(또는 ‘가바’, 'GABA')을 제조하는 방법이 많이 알려져 있으며, 또한 4-아미노부틸산으로부터 2-피롤리돈을 제조하는 방법도 일부 알려져 있다.
4-아미노부틸산으로부터 2-피롤리돈을 제조하는 공지의 방법으로는 1990년 Pathak 등(Tetrahedron46(5):1733-1744(1990))이 발암성 물질의 전구체 합성의 중간과정에서 4-아미노부틸산과 과량의 중성 알루미나 존재 하에서 톨루엔을 반응 용매로 하여 환류 온도에서 약 10시간 반응하여 2-피롤리돈을 합성한 방법을 보고하였으며, 또 2009년 한국화학연구원(대한민국 특허출원공개 제2009-0128767호)에서는 4-아미노부틸산에 촉매 또는 탈수제를 첨가하여 톨루엔을 반응 용매로 하여 상기의 Pathak와 동일한 방법으로 2-피롤리돈을 제조하였다. 그러나 이러한 방법은 반응 후 촉매를 제거하는 여과 공정과 추가 원료 비용의 발생, 반응 용매로부터 2-피롤리돈를 분리 정제해야 하는 단점이 있다.
한편, 일본특허출원공개 제2002-121183은 4-아미노부틸산과 물을 200-300℃의 고온, 고압수(15-30 메가파스칼)에서 반응시켜 2-피롤리돈을 제조하는 방법을 제시하고 있다. 그러나 이 방법도 고온 고압 반응으로 불필요한 유틸리티 비용의 상승과 대량 생산에 막대한 설비투자가 수반되는 단점이 있다. 일본특허출원공개제2009-159840호는 4-아미노부틸산을 이용하여 피롤리돈을 제조하는 방법에서 여러 가지 반응용매 조건을 제시하였으며, 특히 4-아미노부틸산에 피롤리돈을 혼합하면 반응 온도를 낮출 수 있다고 주장하고 있으며, 이때 바람직한 반응 온도로 180℃를 제시하고 있다. 그러나 이 특허 또한 너무 높은 반응온도에서 오는 비용 문제와 180℃의 반응 온도에서 폭발적으로 생성되는 물(수증기) 때문에 발생되는 공정 운전의 어려움 등, 대량 생산 시 발생할 수 있는 문제점에 대한 해결안을 제시하지 못하고 있다.
또한, 4-아미노부틸산은 녹는점의 온도(202℃)에서 2-피롤리돈과 물로 분해된다는 공지의 사실도 알려져 있지만(Merck index 430), 이 방법을 대량 생산에 이용하는 것은 한 번에 많은 양의 4-아미노부틸산을 교반하면서 녹는점의 온도(202℃)에서 녹여 2-피롤리돈과 물을 생성하기에는 불가능하며 또한 이때 발생되는 많은 양의 물(수증기)이 폭발적으로 생성되면서 공정액이 넘치는 등, 공정 운전에 상당한 어려움이 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
본 발명자들은 4-아미노부틸산을 출발물질로 하여 2-피롤리돈을 산업적 스케일로 대량생산할 수 있는 제법을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 4-아미노부틸산에 2-피롤리돈의 혼합된 조성을 이용하여 반응을 진행시키면 보다 단순화된 공정으로, 그리고 크게 향상된 생산성 및 경제성으로 2-피롤리돈을 제조할 수 있음을 발견함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 2-피롤리돈의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명의 양태에 따르면, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 2-피롤리돈의 제조방법을 제공한다:
(a) 4-아미노부틸산 및 2-피롤리돈이 혼합되어 있는 반응 조성물을 형성하는 단계;
(b) 감압 조건에서 상기 반응 조성물을 가열 처리하여 락탐 고리화 반응을 실시하여 2-피롤리돈 및 물을 생성시키고 상기 물을 제거하는 단계; 및
(c) 상기 2-피롤리돈을 분리하는 단계.
본 발명자들은 4-아미노부틸산을 출발물질로 하여 2-피롤리돈을 산업적 스케일로 대량생산할 수 있는 제법을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 4-아미노부틸산에 2-피롤리돈의 혼합된 조성을 이용하여 반응을 진행시키면 보다 단순화된 공정으로, 그리고 크게 향상된 생산성 및 경제성으로 2-피롤리돈을 제조할 수 있음을 발견하였다.
본 발명의 제조방법을 각 단계별로 상세하게 설명하면 다음과 같다:
단계 (a): 4-아미노부틸산및 2-피롤리돈이 혼합되어 있는 반응 조성물의 제조
본 발명에 따르면, 우선 4-아미노부틸산의 전환 반응에 대한 적합한 환경을 제공하기 위하여 4-아미노부틸산 및 2-피롤리돈이 혼합되어 있는 반응 조성물을 형성한다.
4-아미노부틸산의 반응물에 2-피롤리돈이 공존하는 반응 조성물을 제공하는 경우, 하기의 실시예에서 입증된 바와 같이 4-아미노부틸산의 녹는점(202℃)보다 낮은 온도, 예컨대 118℃-120℃에서 4-아미노부틸산이 2-피롤리돈과 물로 전환된다.
4-아미노부틸산 및 2-피롤리돈이 혼합되어 있는 반응 조성물의 제공은 다양한 방법에 의해 이루어질 수 있다.
첫 번째, 단계 (a)는 반응기에서 4-아미노부틸산 및 2-피롤리돈을 교반하여 실시할 수 있다. 즉, 반응기에 4-아미노부틸산 및 2-피롤리돈을 투입하고 이를 교반함으로써 4-아미노부틸산 및 2-피롤리돈이 혼합되어 있는 반응 조성물을 형성한다. 이러한 반응 조성물은, 비교적 낮은 온도, 예컨대 118℃-148℃에서 4-아미노부틸산의 락탐 고리화반응을 진행시킬 수 있다.
첫 번째 방식에서 4-아미노부틸산에 혼합되는 2-피롤리돈의 양은 특별하게 제한되지 않는다. 그러나, 4-아미노부틸산에 혼합되는 2-피롤리돈의 양이 너무 적으면 반응을 위해 교반하는데 문제가 있으며, 너무 많으면 반응 종료 후 2-피롤리돈을 증류하는 비용이 높아지는 문제점이 있다. 따라서 원활한 공정 운전과 제조비용을 고려했을 때, 4-아미노부틸산 대 2-피롤리돈의 혼합양은 중량비로 1:0.1-1:10이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1:0.2-1:5,보다 더 바람직하게는 1:0.5-1:2이다.
두 번째, 단계 (a)는 반응기에 4-아미노부틸산을 투입하고 상기 반응기의 온도를 승온시켜 4-아미노부틸산을 2-피롤리돈 및 물로 전환시킨 다음 이어 4-아미노부틸산을 추가적으로 상기 반응기에 투입하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 반응기에 4-아미노부틸산을 투입하고 반응기의 온도를 4-아미노부틸산의 녹는점(202℃)까지 승온시켜 4-아미노부틸산을 2-피롤리돈 및 물로 전환시킨다. 이어, 반응기를 자연 냉각하면서 추가적으로 4-아미노부틸산을 투입하고 용해시킨다. 필요한 경우에는, 4-아미노부틸산의 추가 투입을 2회에 걸쳐 실시할 수 있다.
세 번째, 단계 (a)는 반응기에 4-아미노부틸산을 투입하고 상기 반응기의 온도를 승온시켜 4-아미노부틸산의 일부를 2-피롤리돈 및 물로 전환시켜 실시할 수 있다. 두 번째 방식과 다른 점은, 2-피롤리돈으로 전환시킬 4-아미노부틸산을 초기부터 전부 사용하는 것이다.
상기 세 가지 방식 중에서 어떠한 방식을 채택하는지에 무관하게, 이러한 과정에 의해 4-아미노부틸산 및 2-피롤리돈이 혼합되어 있는 반응 조성물이 제공된다.
한편, 출발물질로 이용되는 4-아미노부틸산은 화학 합성된 것 및 바이오매스로부터 수득한 것 어떠한 것도 본 발명에 이용될 수 있으며, 바람직하게는 반응공정의 경제성을 고려하여 바이오매스로부터 수득한 4-아미노부틸산을 이용한다.
단계 (b): 감압조건하에서 4-아미노부틸산의 2-피롤리돈으로의 전환
이어, 감압 조건에서 상기 반응 조성물을 가열 처리하여 락탐 고리화 반응을 실시하여 2-피롤리돈 및 물을 생성시키고 상기 물을 제거한다.
적합한 온도에서 단계 (a)의 반응 조성물을 감압 하에서 유지하면, 락탐 고리화 반응이 발생되어 4-아미노부틸산이 2-피롤리돈 및 물로 전환되고, 물은 반응 결과물로부터 제거된다.
본 발명의 특징 중 하나는, 4-아미노부틸산의 전환 반응에서 감압의 조건을 부여하여 반응 중 생성된 물을 제거하는 것이다. 이러한 물의 제거에 의해 반응속도가 크게 증가할 뿐만 아니라, 보다 낮은 온도에서 반응을 진행시킬 수 있으며, 전체적으로 2-피롤리돈에 대한 생산성을 크게 개선할 수 있다.
본 발명에 있어서 감압 조건은 바람직하게는 750 mmHg 이하, 보다 바람직하게는 120 mmHg 이하, 보다 더 바람직하게는 10-120 mmHg, 보다 더욱 더 바람직하게는 10-60 mmHg, 가장 바람직하게는 20-60 mmHg이다.
단계 (b)에서의 반응 온도는 바람직하게는 110℃ 이상(예컨대, 110℃-150℃), 보다 바람직하게는 118℃ 이상, 보다 더 바람직하게는 118℃-150℃이다. 선택적으로, 118℃-148℃의 온도 범위에서도 본 발명은 2-피롤리돈에 대하여 우수한 수율 및 정제도를 나타낸다. 본 발명에 따르면, 예를 들어 118℃의 낮은 온도에서도 4-아미노부틸산이 2-피롤리돈으로 전환될 수 있다.
단계 (b)에서 물의 제거가 이루어진다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 단계 (b)에서의 물의 제거는 단계 (b)를 실시하는 과정에서 동시에 이루어진다. 즉, 4-아미노부틸산이 2-피롤리돈과 물로 전환되고, 물은 생성된 즉시 감압 조건에서 제거된다. 이러한 물의 제거는 연속된 공정으로 실시되는 것이 바람직하다.
선택적으로, 단계 (b)에서의 물의 제거는 단계 (b)를 실시하는 과정 중 중간에 이루어질 수 있다. 선택적으로, 단계 (b)에서의 물의 제거는 단계 (b)를 실시한 이후에 이루어질 수 있다.
단계 (c): 2-피롤리돈의분리
최종적으로, 단계 (b)의 반응 결과물로부터 2-피롤리돈을 분리하여 적합한 순도 및 수율로 2-피롤리돈을 수득한다.
2-피롤리돈의 분리는 당업계에 공지된 다양한 방법을 이용하여 실시할 수 있다. 바람직하게는, 2-피롤리돈의 분리는 감압 증류에 의해 실시된다. 2-피롤리돈을 분리하기 위한 감압 증류는 바람직하게는 0.1-250 mmHg이며, 보다 바람직하게는 1-90 mmHg이고, 보다 더 바람직하게는 1-50 mmHg, 보다 더욱 더 바람직하게는 1-20 mmHg이다.
본 발명의 방법에 의해 최종적으로 고수율 및 고순도로 2-피롤리돈을 수득한다. 바람직하게는, 본 발명의 방법은 2-피롤리돈에 대하여 최대 99%의 수율 및 최대 99.8%의 순도를 나타내며, 보다 바람직하게는 90-99%의 수율, 99.0-99.8%의 순도, 보다 더 바람직하게는 96-99%의 수율, 99.5-99.8%의 순도를 나타낸다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(a) 본 발명은 4-아미노부틸산의 락탐고리화 반응에 4-아미노부틸산과 2-피롤리돈 혼합 반응 조성을 이용한다.
(b) 본 발명에 따르면, 4-아미노부틸산의 녹는점보다 훨씬 낮은 온도 예컨대 118℃-150℃에서 반응을 진행시킬 수 있다.
(c) 본 발명에 따르면, 고온 고압의 유틸리티 없이 4-아미노부틸산으로부터 고수율 및 고순도로 2-피롤리돈을 수득할 수 있다.
(d) 4-아미노부틸산의 전환 반응 중에 생성된 물은 감압 조건에서 제거되며 이에 의해 반응 효율(반응속도, 수율 및 순도)이 크게 개선된다.
(e) 본 발명에 따르면, 2-피롤리돈의 제조에 대한 공정의 단순화 및 시간당 생산성을 개선할 수 있으며, 생산 비용도 크게 절감할 수 있다.
(f) 본 발명은 특히 산업적 스케일의 대량생산에 적합하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
본 명세서 전체에 걸쳐, 특정 물질의 농도를 나타내기 위하여 사용되는 “%“는 별도의 언급이 없는 경우, 고체/고체는 (중량/중량) %, 고체/액체는 (중량/부피) %, 그리고 액체/액체는 (부피/부피) %이다.
실험예 : 반응조건에 따른 4-아미노부틸산의 전환 효율 분석
본 발명자들은 4-아미노부틸산이 202℃의 녹는점에서 2-피롤리돈과 물로 전환되는 사실로부터 다양한 실험을 진행하였으며, 그 결과 2-피롤리돈의 존재 하에서 4-아미노부틸산이 118℃-120℃에서 용해되기 시작하며 이때 용해된 용액은 2-피롤리돈과 물로 전환하는 사실을 발견하였다. 또한 반응 중에 생성되는 물을 감압(10-110 mmHg) 하에서 제거 하면, 반응시간이 단축되고 4-아미노부틸산이 2-피롤리돈으로 전환되는 전환율도 높아지는 결과를 얻었으며, 반응 온도가 높을수록 반응 시간이 단축된다는 사실도 발견하였다(표 1-3). 아래의 표 1-3은 4-아미노부틸산과 2-피롤리돈을 중량비로 1:1혼합하여 각각 120℃,130℃ 및 140℃에서 반응하면서 대기압과 감압 조건에서 시간별로 4-아미노부틸산의 잔류량(%)을 확인한 결과이다. 4-아미노부틸산의 잔류량은 HPLC(Hewlett Packard 1050 series, Hewlett Packard)로 분석하였다. 반응 중에 부반응은 없었으며, 반응액에서 4-아미노부틸산은 감소하고 2-피롤리돈이 증가하였다.
120℃에서 반응 중 4-아미노부틸산의 잔류량(%) 확인
반응
온도		 감압
조건		 반응 시간
2시간 4시간 6시간 8시간 10시간
120℃ 대기압 36.3% 18.4% 5.2% 1.5% 0.9%
감압 29.4% 6.5% 1.2% 0.3% -
130℃에서 반응 중 4-아미노부틸산의 잔류량(%) 확인
반응
온도		 감압
조건		 반응 시간(시간)
1시간 2시간 3시간 4시간 5시간 6시간 7시간
130℃ 대기압 35.7% 25.7% 17.1% 11.1% 5.1% 2.7% 2.1%
감압 26.8% 19.7% 8.7% 4.0% 0.9% 0.4% -
140℃에서 반응 중 4-아미노부틸산의 잔류량(%) 확인
반응
온도		 감압
조건		 반응 시간(시간)
1시간 2시간 3시간 4시간 5시간
140℃ 대기압 25.7% 10.9% 1.5% 1.3% 1.2%
감압 21.1% 0.7% 0.3% - -
실시예 1: 4-아미노부틸산으로부터 2-피롤리돈의 제조(방법 1)
냉각 증류 장치가 부착된 2 L 반응기에 2-피롤리돈(㈜대상) 500 g를 넣고 교반하였다. 여기에 4-아미노부틸산(㈜대상) 600 g를 투입하였다. 감압(60-80 mmHg) 하에서 온도를 135℃-145℃로 올리고 교반하면 4-아미노부틸산이 용해되면서 2-피롤리돈과 물이 생성되었다. 반응 중 생성된 물은 감압 하에서 증류 장치를 통해 제거하였다. 반응액이 투명해지면 반응이 종결되었으므로 진공도를 서서히 높이면서 감압(10-20 mmHg) 하에서 반응액 속에 남아있는 잔류 수분을 제거하였다. 이후 생성된 2-피롤리돈을 감압증류(1-10 mmHg)하여 수집함으로써 무색의 액체인 고순도 2-피롤리돈 980 g(수율 98.5%, 순도 99.5%)을 얻었다.
실시예 2: 4-아미노부틸산으로 부터 2-피롤리돈의 제조(방법 2)
4-아미노부틸산 1200 g과 냉각 증류 장치가 부착된 2 L 반응기을 준비하였다. 준비된 2 L의 반응기에 먼저 4-아미노부틸산 200 g를 투입하였다. 반응기의 온도를 4-아미노부틸산의 녹는점(202℃)까지 올려 4-아미노부틸산이 녹으면서 2-피롤리돈과 물이 생성되었다. 반응기의 온도를 자연 냉각하면서 여기에 4-아미노부틸산 200 g을 더 투입하고 용해시켰다. 나머지 4-아미노부틸산 800 g도 반응기의 온도 135-145℃ 에서 투입하여 용해시켰다. 반응 중에 생성된 물은 대기압 또는 감압(40-60 mmHg) 하에서 증류 장치를 통해 제거하였다. 반응액이 투명해지면 반응이 종결되었으므로 진공도를 서서히 높이면서 20-30 mmHg 하에서 반응액 속에 남아있는 잔류 수분을 제거하였다. 이후 생성된 2-피롤리돈을 감압증류(1-10 mmHg) 하여 무색의 액체인 고순도 2-피롤리돈 951 g(수율 96%, 순도 99.5%)을 수득하였다. 반응 중에 생성된 물을 대기압에서 제거한 경우에도, 위의 수율 및 순도와 거의 유사한 값으로 2-피롤리돈을 얻을 수 있었으나, 반응시간이 감압 조건보다 2 시간이 더 길었다.
실시예 3: 4-아미노부틸산으로부터 2-피롤리돈의 제조(방법 3)
냉각 증류 장치가 부착된 2 L 반응기에 교반기를 멈춘 상태에서 4-아미노부틸산 1200 g을 투입하였다. 반응기의 온도를 200℃-210℃까지 올리면 일부의 4-아미노부틸산이 녹으면서 2-피롤리돈과 물이 생성되었다. 교반기를 서서히 가동하여 교반상태를 점검하여 교반이 가능하면 교반을 시작하였다. 교반을 하면서 반응기의 온도를 자연냉각하고, 반응기의 온도 135-145℃에서 나머지 4-아미노부틸산을 용해시켰다. 반응 중에 생성되는 물은 대기압 또는 40-60 mmHg 하에서 증류 장치를 통해 제거하였다. 반응액이 투명해지면 반응이 종결되었으므로 진공도를 서서히 높이면서 감압 하에서 반응액 속에 남아있는 잔류 수분을 제거하였다. 이후 생성된 2-피롤리돈을 감압증류(1-10 mmHg) 하여 무색의 액체인 고순도 2-피롤리돈 960 g(수율 96.9%, 순도 99.5%)을 수득하였다. 반응 중에 생성된 물을 대기압에서 제거한 경우에도, 위의 수율 및 순도와 거의 유사한 값으로 2-피롤리돈을 얻을 수 있었으나, 반응시간이 감압 조건보다 2 시간이 더 길었다.
실시예 4: 4-아미노부틸산으로부터 2-피롤리돈의 제조
냉각 증류 장치가 부착된 2 L 반응기에 2-피롤리돈 500 g를 넣고 교반하였다. 여기에 4-아미노부틸산 600 g를 투입하였다. 온도를 118℃-120℃로 올리고 이 온도에서 약 10시간 동안 교반하였다. 반응액의 샘플을 취해 HPLC로 분석하여 4-아미노부틸산의 잔류 농도 0.9%를 확인하고 반응을 종료하였다. 반응 후 생성된 물은 20-30 mmHg 하에서 증류 장치를 통해 제거하였다. 이후 반응기에 남아 있는 2-피롤리돈을 감압증류(1-10 mmHg) 하여 수집하여 무색의 액체인 고순도 2-피롤리돈 974 g(수율 97.9%, 순도 99.4%)을 수득하였다.
실시예 5: 4-아미노부틸산으로부터 2-피롤리돈의 제조
냉각 증류 장치가 부착된 2 L 반응기에 2-피롤리돈 500 g를 넣고 교반하였다. 여기에 4-아미노부틸산 600 g를 투입하였다. 감압(20-30 mmHg) 하에서 온도를 118℃-120℃로 올리고 교반하면 4-아미노부틸산이 용해되면서 2-피롤리돈과 물이 생성되었다. 생성된 물은 감압 하에서 증류 장치를 통해 제거하였다. 약 8 시간 반응 후 반응액의 샘플을 취해 HPLC로 분석하여 4-아미노부틸산의 잔류 농도 0.3%를 확인하고 반응을 종료하였다. 반응액의 진공도를 서서히 높이면서 남아있는 잔류 수분을 완전히 제거하였다. 이후 반응기에 남아 있는 2-피롤리돈을 감압 증류(1-10 mmHg) 하여 무색의 액체인 고순도 2-피롤리돈 985 g(수율 99%, 순도 99.8%)을 수득하였다.
실시예 6 : 4-아미노부틸산으로부터 2-피롤리돈의 제조
냉각 증류 장치가 부착된 2 L 반응기에 2-피롤리돈 500 g를 넣고 교반하였다. 여기에 4-아미노부틸산 600 g를 투입하였다. 감압(30-50 mmHg) 132℃로 올리고 교반하면 4-아미노부틸산이 용해되면서 2-피롤리돈과 물이 생성되었다. 생성된 물은 감압 하에서 증류 장치를 통해 제거하였다. 약 8 시간 반응 후 반응액의 샘플을 취해 HPLC로 분석하여 4-아미노부틸산의 잔류 농도 0.4%를 확인하고 반응을 종료하였다. 반응액의 진공도를 서서히 높이면서 남아있는 잔류 수분을 완전히 제거하였다. 이후 반응기에 남아 있는 2-피롤리돈을 감압 증류(1-10 mmHg) 수집하여 무색의 액체인 고순도 2-피롤리돈 980 g(수율 98.5%, 순도 99.6%)을 수득하였다.
실시예 7: 4-아미노부틸산으로부터 2-피롤리돈의 제조
냉각 증류 장치가 부착된 2 L 반응기에 2-피롤리돈 500 g를 넣고 교반하였다. 여기에 4-아미노부틸산 600 g를 투입하였다. 감압(60-80 mmHg) 하에서 온도를 138℃-142℃로 올리고 교반하면 4-아미노부틸산이 용해되면서 2-피롤리돈과 물이 생성되었다. 생성된 물은 감압 하에서 증류 장치를 통해 제거하였다. 약 3 시간 반응 후 반응액의 샘플을 취해 HPLC로 분석하여 4-아미노부틸산의 잔류 농도 0.3%를 확인하고 반응을 종료하였다. 반응액의 진공도를 서서히 높이면서 남아있는 잔류 수분을 완전히 제거하였다. 이후 반응기에 남아 있는 2-피롤리돈을 감압 증류(1-10 mmHg) 수집하여 무색의 액체인 고순도 2-피롤리돈 985 g(수율 99%, 순도 99.1%)을 수득하였다.
실시예 8: 4-아미노부틸산으로부터 2-피롤리돈의 제조
냉각 증류 장치가 부착된 2 L 반응기에 2-피롤리돈 500 g를 넣고 교반하였다. 여기에 4-아미노부틸산 600 g를 투입하였다. 감압(70-110 mmHg) 하에서 온도를 145℃-148℃로 올리고 교반하면 4-아미노부틸산이 용해되면서 2-피롤리돈과 물이 생성되었다. 생성된 물은 감압 하에서 증류 장치를 통해 제거하였다. 약 2 시간 반응 후 반응액의 샘플을 취해 HPLC로 분석하여 4-아미노부틸산의 잔류 농도 0.3%를 확인하고 반응을 종료하였다. 반응액의 진공도를 서서히 높이면서 남아있는 잔류 수분을 완전히 제거하였다. 이후 반응기에 남아 있는 2-피롤리돈을 감압 증류(1-10 mmHg) 하여 수집함으로써 무색의 액체인 고순도 2-피롤리돈 978 g(수율 98.3%, 순도 99.3%)을 수득하였다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 다음 단계를 포함하는 2-피롤리돈의 제조방법:
    (a) 4-아미노부틸산 및 2-피롤리돈이 혼합되어 있는 반응 조성물을 형성하는 단계로서, 상기 4-아미노부틸산 대 2-피롤리돈의 혼합양은 중량비로 1:0.1-1:10이고;
    (b) 750 mmHg 이하의 감압 조건에서 상기 반응 조성물을 118-148℃에서 가열 처리하여 락탐 고리화 반응을 실시하여 2-피롤리돈 및 물을 생성시키고 상기 물을 제거하는 단계; 및
    (c) 상기 2-피롤리돈을 분리하는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 감압은 100 mmHg 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 감압은 10-50 mmHg인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (a)는 반응기에서 4-아미노부틸산 및 2-피롤리돈을 교반하여 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (a)는 반응기에 4-아미노부틸산을 투입하고 상기 반응기를 200-210℃에서 가열 처리하여 4-아미노부틸산을 2-피롤리돈 및 물로 전환시킨 다음 이어 4-아미노부틸산을 추가적으로 상기 반응기에 투입하여 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (a)는 반응기에 4-아미노부틸산을 투입하고 상기 반응기를 200-210℃에서 가열 처리하여 4-아미노부틸산의 일부를 2-피롤리돈 및 물로 전환시켜 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서의 물의 제거는 단계 (b)를 실시하는 과정에서 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서의 물의 제거는 단계 (b)를 실시한 이후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (c)는 감압 증류에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 2-피롤리돈에 대하여 최대 99%의 수율 및 최대 99.8%의 순도를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
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