KR101123572B1 - 산화제를 사용한 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르의인-시투 처리 - Google Patents

산화제를 사용한 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르의인-시투 처리 Download PDF

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Abstract

과산화수소와 같은 산화제를 사용한 생성물 품질을 향상시키는 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르의 인-시투 처리 방법이 제공된다. 피리딘-2,3-디카르복실 산 에스테르의 비누화된 용액으로부터 불순물을 제거하는 인-시투 방법은 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 용액을 제공하는 단계, 상기 용액을 염기로 비누화하여 상응하는 피리딘-2,3-디카르복시산 염을 형성하는 단계, 불순물을 제거하는 유효량의 산화제로 상기 용액을 반응시키는 단계, 이 용액을 산으로 산성화시켜 피리딘-2,3-디카르복시산을 상응하는 피리딘-2,3-디카르복시산으로 전환하는 단계, 및 피리딘-2,3-디카르복시산을 포함하는 정제된 용액을 수집하는 단계를 포함한다. 나아가, 상기 방법으로 제조된 피리딘-2,3-디카르복시산 염을 중간체로 사용함으로써 제초성 2-(2-이미다졸린-2-일)니코틴산, 에스테르, 및 염을 제조하는 방법도 제공된다.
피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르, 과산화수소, 산화제, 제초성 2-(2-이미다졸린-2-일)니코틴산, 인-시투 방법, 비누화.

Description

산화제를 사용한 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르의 인-시투 처리 {In-Situ Treatment of Pyridine-2,3-Dicarboxylic Acid Esters with an Oxidizing Agent}
본원 발명은 피리딘-2,3-디카르복시산 생성물의 품질 향상 방법에 관한 것이다. 특히, 본원 발명은 과산화수소를 사용한 비누화된 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르를 인-시투 처리하여 고품질 디애시드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
피리딘-2,3-디카르복실레이트 유도체는 제초성 2-(2-이미다졸린-2-일)니코틴산, 에스테르 및 염의 제조를 위한 유용한 중간체이다. 이러한 여러 제초성 화합물은 본원에 참고로 혼입된 미국 특허 제 5,334,576 및 미국 특허 제 4,798,619에 기재되어 있다. 피리딘-2,3-디카르복실레이트 유도체 및 이들 중간체의 제조 방법은 예전에 다수 개시되었다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,723,011은 암모늄 염의 존재 하에서 α-할로-β-케토에스테르를 α,β-불포화 알데히드 또는 케톤과 반응시킴으로서 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르를 제조하는 방법을 제공한다. 미국 특허 제 4,816,588호는 화학당량적으로 과량의 과산화수소 및 염기로 뱃치(batch) 산화함으로써 8-치환 퀴놀린을 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르로 전환하는 방법을 제공한다. 미국 특허 제 5,614,635호는 치환된 퀴놀린을 화학당량적 으로 과량의 과산화수소 및 염기로써 연속식 산화함으로써 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르를 제조하는 방법을 제공한다. 이들 특허 및 다른 선행문헌에서 제공된 방법들은 낮은 수율과 낮은 순도 문제와 불안정한 할로겐화 옥살아세테이트 중간체의 사용 때문에 문제가 된다는 점에서 비판되어 왔다.
본원에 참고로 전체가 혼입되어 있는 미국 특허 제 6,080,867 및 미국 특허 제 5,925,764호에서 상기 기술된 문제를 해결하기 위한 취지의 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르의 제조 방법을 개시하고 있다. 제1 방법에 의하면, 용매 및 암모니아 공급원의 존재 하에서 아미노 알콕시 (또는 알킬티오)옥살아세테이트를 α,β-불포화 케톤과 반응시킨다. 제2 방법에 의하면, 아미노 알콕시 (또는 알킬티오)말레에이트 또는 푸마레이트를 용매의 존재 하에서 α,β-불포화 케톤과 반응시킨다.
이들 방법은 이전의 합성법이 갖는 일부 문제를 극복하였지만, 이 방법에 의하여 만든 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 및 이에 상응하는 디애시드는 품질 및 반응 스트림, 생성물 스트림 및 방출 스트림 거동에 영향주는 불순물을 여전히 함유한다. 특히, 피리딘-2,3-디카르복시산 유사체, 예컨대 5-에틸-피리딘-2,3-디카르복시산의 풀-스케일(full scale) 제조를 위해 상기 기술된 방법을 사용할 경우, 생성물 품질 문제가 관찰된다. 특히 유의되는 품질 고려사항으로 생성물 순도, 색깔, 및 냄새에 관한 문제들 및 공정 폐기물 스트림에서 검은 타르의 형성으로부터 발생되는 문제들을 포함한다. 이들 생성물 품질 문제의 직접적인 결과로서, 필터 제품을 건조하고, 이후 특정될 디에스테르 및 디애시드로부터의 불순물을 제거하기 위한 공정을 개발하고, 방출 처리 시스템으로부터 타르를 세정하기 위한 추가의 가공 비용이 더 들어가야 한다.
상기 언급한 문제를 비추어볼때, 당업계에서 불순물이 제조 공정 동안에 제거된 피리딘-2,3-디카르복시산의 향상된 제조 방법에 대한 필요가 있어왔다. 이러한 향상된 공정은 향상된 디애시드 생성물을 제공하고, 생성물 스트림 및 방출 스트림에서 불순물을 제거하는 요구로 인한 불필요하게 상승된 제조 비용을 줄일 수 있을 것이다.
본원 발명은 산화제를 사용하여 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 반응 스트림을 인-시투 처리하여 생성물 품질을 향상시키는 방법에 관한 것이다. 특히, 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 반응 스트림을 산화제, 예컨대 과산화수소로 제조 과정 동안에 처리하면, 그렇지 않으면 나중에 생성물 및 방출 스트림으로부터 훨씬 더 비싼 비용 및 더많은 노력을 들어 제거하여야 할 불순물을 화학적으로 제거한다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 상대적으로 소량의 과산화수소를 비누화된 디에스테르 반응 스트림에 첨가하면 어두운 유기 불순물을 급속히 제거할 수 있다는 것을 발견하였다.
상기 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르는 하기 화학식의 화합물일 수 있다.
Figure 112011050464432-pct00005

상기 식에서, R4 및 R6은 각각 독립적으로 H, C1-C6 알킬, C1-C6 알케닐, 페닐 또는 치환된 페닐이고,
R5는 H; 할로겐; 하나 이상의 C1-C4 알콕시기로 치환된 또는 치환되지 않은 C1-C6 알킬; C1-C6 알케닐; 페닐 또는 치환된 페닐이고,
R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1-C6 알킬, 페닐 또는 치환된 페닐이다,
한 측면으로, 본원 발명은 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르의 비누화된 용액으로부터 불순물을 인-시투로 제거하는 방법을 제공한다. 본 방법은 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 및 염기를 포함하는 비누화된 용액으로 구성된 반응 스트림을 제공하는 단계, 이 용액을 불순물을 제거하기에 유효한 양의 산화제와 반응시켜 정제된 비누화된 용액을 제공하는 단계, 및 이 정제된 비누화된 용액을 수집하는 단계를 포함한다.
한 실시형태에 따르면, 본 방법은 불순물을 함유하는 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 용액을 제공하는 단계, 염기를 첨가시켜 이 용액을 비누화시켜 피리딘-2,3-디카르복시산 염의 비누화된 용액을 형성하는 단계, 상기 용액에 불순물을 제거하는 유효량의 산화제와 반응시키는 단계, 산을 용액에 첨가시켜 용액을 산성화시키고 이 피리딘-2,3-디카르복시산 염을 상응하는 피리딘-2,3-디카르복시산으로 전환시키는 단계, 및 이 정제된 피리딘-2,3-디카르복시산 용액을 수집하는 단계를 포함한다.
본원 발명의 다른 일면으로, 제초성 2-(2-이미다졸린-2-일)니코틴산, 에스테르, 및 염의 제조 방법이 제공된다. 본 방법은 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 용액을 제공하는 단계, 염기를 첨가함으로써 이 용액을 비누화하여 피리딘-2,3-디카르복시산 염의 비누화된 용액을 형성하는 단계, 이 용액과 불순물을 제거하는 유효량의 산화제과 반응시키는 단계, 이 용액에 산을 첨가하여 이 용액을 산성화하고 상응하는 피리딘-2,3-디카르복시산 염으로 전환하는 단계, 및 제초성 2-(2-이미다졸린-2-일)니코틴산, 에스테르, 및 염 제조의 중간체로 피리딘-2,3-디카르복시산을 사용하는 단계를 포함한다.
당업자는 본원 발명의 바람직하며 대체가능한 실시양태를 기술하고 있는 이하 상세한 설명의 기술을 통하여 본원 발명의 이들 특징 및 이외 특징들 및 본원 발명의 이점들을 더 명백히 이해할 수 있다.
발명의 상세한 설명
이제 본원 발명의 바람직한 실시형태를 참조하여 이후에 본원 발명을 더욱 상세히 기술할 것이다. 그러나, 본원 발명은 다른 많은 형태들로 구현될 수 있고, 기재되어 있는 실시형태에만 한정되는 것으로 해석해서는 안된다. 그렇다기 보다는, 이들 실시형태는 본 개시가 철저하며 완전하며, 당업자에게 본원 발명의 범위를 충분히 전달하도록 제공된 것이다. 따라서, 본원 발명은 다음의 상세한 설명을 고려하면 명백할 수많은 대체적 또는 변형된 실시형태 또는 동등물을 포함함을 이해해야 한다. 본원에서 사용되는 용어 "포함하는" 및 이의 변형된 형태는 비제한적이고 개방적인 용어로서 용어 "함유하는"과 동의어적으로 사용된다.
본원 발명은 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 반응 스트림를 산화제로 인-시투 처리하여 생성물 품질을 향상시키는 방법을 제공한다. 앞서 기재한 바와 같이, 당업계에서 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르를 제조하기 위한 다양한 방법들이 공지되어 있다. 미국 특허 제 6,080,867 및 미국 특허 제 5,925,764호에 기재된 방법들이 본원 발명에 특히 적절하다. 한 방법은 용매 및 암모니아 공급원의 존재 하에서 아미노 알콕시 (또는 알킬티오)옥살아세테이트의 α,β-불포화 케톤과의 반응과 관련된다. 본 방법은 아래의 반응식 I에서 도시된 바와 같이 설명될 수 있다.
Figure 112005078187404-pct00001
상기 식에서, X는 O 또는 S이고, R1은 C1-C6 알킬, 페닐 또는 치환된 페닐이고, R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1-C6 알킬, 페닐 또는 치환된 페닐이고, R4 및 R6은 각각 독립적으로 H, C1-C6 알킬, C1-C6 알케닐, 페닐 또는 치환된 페닐이고, R5은 H, 할로겐, 하나 이상의 C1-C4 알콕시 기로 임의로 치환된 C1-C6 알킬, C1-C6 알케닐, 페닐, 또는 치환된 페닐이다. 다른 방법은 용매의 존재 하에서 아미노 알콕시 (또는 알킬티오)말레에이트 또는 푸마레이트의 α,β-불포화 케톤과의 반응에 관한 것이다. 본 방법은 이하 반응식 II에 나타낸 바와 같이 설명할 수 있다.
Figure 112005078187404-pct00002
상기 식에서, X 및 R1-R6 은 상기 기술한 바와 같다.
나아가, 본원 발명은 공지된 제조 방법보다 현저히 향상된 피리딘-2,3-디카르복시산의 제조 방법을 제공한다. 이러한 향상은 산화제, 예를 들어 과산화수소 (H2O2)와 같은 산화제를 생성물의 제조 중에 반응 스트림에 첨가하면 생성물로부터 불순물을 화학적으로 제거한다는 발견에서 비롯된다.
이미 알려진 방법에 따른 피리딘-2,3-디카르복시산의 제조에서, 불순물은 생성물 및 방출 스트림(effluent stream) 중에 남아있어 이를 제거해야 되어, 그 결과 공정이 복잡해지고 비용도 증가하게 된다. 상기 기술된 종래 공지된 방법에 산화 처리 단계를 추가하면 보다 고품질의 디애시드를 생성하는 것으로 보여지며, 또는 이는 중간체로서 피리딘-2,3-디카르복시산를 사용하여 만들어지는 부가 생성물 예컨대 이미다졸리논 제초제의 제조 방법을 향상시킨다.
본원 발명의 정제된 피리딘-2,3-디카르복시산은 본원에서 전체로서 참고로 혼입되어 있는 미국 특허 제 5,334,576에서 제공된 방법과 같이 종래 공지된 방법에 따라서 제초성 2-(2-이미다졸린-2-일)니코틴산, 에스테르, 및 염의 제조에 사용할 수 있다.
따라서, 본원 발명은 생성물 품질을 향상시키는, 산화제를 사용한 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 반응 스트림의 인-시투 처리 방법을 제공한다. 본원 발명의 바람직한 실시형태에서, 본 방법은 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 및 염기를 포함하는 비누화된 용액이 포함된 반응스트림을 제공하는 단계, 이 용액을 불순물을 제거하는 유효량의 산화제와 반응시켜 이로써 정제된 비누화된 용액을 제공하는 단계, 및 정제된 비누화된 용액을 수집하는 단계를 포함한다.
수성 염기 또는 수성 산에 의하여 에스테르가 가수분해되어 카르복시산 및 알콜을 제공한다는 사실은 당업계에서 공지되어 있다. 이러한 반응의 일반 반응도는 반응식 III에 나타나 있다.
Figure 112005078187404-pct00003
염기와의 에스테르 가수분해는 카르복시산의 염이 형성되는 중간 단계를 갖는다는 것이 알려져있다. 산을 첨가하여 최종 카르복시산 생성물을 형성한다. 염기로 촉진되는 에스테르 가수분해의 전체 반응 흐름은 반응식 IV에 따라 진행한다고 이해될 수 있다.
Figure 112005078187404-pct00004
염기 용액에서의 에스테르 가수분해는 일반적으로 통상 "비누화"라고 불리는 반응으로 알려져 있으며, 당업계에서는 피리딘-2,3-디카르복실레이트와 같은 에스테르를 상응하는 산으로 전환하기 위하여 통상 사용된다. 에스테르를 상응하는 카르복시산으로 바꾸어 얻는 데에 효과적인 임의의 염기가 본원 방법에 사용될 수 있다. 일반적으로, 수용성 염을 생성할 수 있는 강염기가 사용될 수 있으며, 수산화물 (즉 히드록시드), 예컨대 수산화나트륨 (NaOH) 및 수산화칼륨 (KOH)이 본원 발명에 특히 유용하다는 것을 발견했다. 본원 방법에 따라 유용한 다른 염기도 당업자에게 명백하며 본원 발명에서 또한 고려된다. 에스테르를 가수분해하여 상응하는 카르복시산을 형성하는 작용에는 일반적으로 산 또는 염기가 요구된다는 것이 일반적으로 이해되는 사실이다. 따라서, 본원 발명의 비누화된 용액도 수성 성분을 포함한다고 이해되어 있다. 나아가, 가수분해 다음에 오는 산성화 단계를 통하여 비누화된 에스테르를 상응하는 카르복시산으로 충분히 전환한다. 통상의 산성화 반응에 유용한 임의의 산을 본원 발명의 방법에 따라 사용할 수 있다. 특히 바람직하게는 황산 (H2SO4)이다.
본원에서는, 에스테르의 비누화가 수행되는 반응 스트림을 수성 비누화 반응 스트림으로 지칭한다. 또한, 이러한 스트림을 통하여 진행된 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르를 비누화된 디에스테르로 지칭할 수 있고, 또는 수산화나트륨이 비누화 염기로 사용되는 반응에서는 NaOH로 비누화된 디에스테르로 지칭할 수 있다. 비누화 단계가 디에스테르를 디애시드 염으로 가수분해할 때, 비누화 반응이 일어나는 반응 스트림은 디에스테르 및 상응하는 디애시드 염의 혼합물을 함유하는 것으로 예상될 수 있다. 이후, 추가 산성화 단계를 사용하여 최종 디애시드 생성물을 제조할 수 있다.
본원 방법은 최종 생성물 단리 전에 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는, 산화제의 도입에 관련된 추가 공정 단계를 포함한다. 이 추가 단계는 비누화된 디에스테르를 함유하는 선택된 반응 스트림에 유효량의 산화제를 첨가하는 것을 포함한다. 본원에서 사용되는 "산화제"란 환원제와 함께 전자가 환원제로부터 산화제로 이동하는 산화-환원 반응에 참가하는 시약이다. 본원에서 사용되는 용어 "유효량(또는 효과적 양)"이란 디에스테르 반응 스트림에서 보통 발견되는 불순물을 화학적으로 제거하려는 소기의 효과를 가져다 주는 양을 지칭한다. 임의의 공지된 산화제가 본원 방법에 따라 유용할 것으로 예상된다. 그러나, 당업계에서 과산화물 및 과산으로 통상 알려진 산화제가 특히 효과적임이 발견되었다. 과산화물은 용액 중에서 두개의 산소 원자(-2의 총전하를 가짐)가 포함된 구조적으로 O2 -2로 표현될 수 있는 이온을 제공하는 화합물이다. 과산화물의 통상 예는 과산화수소 (H2O2)이다. 과산은 과산화수소로부터 유래된 산이고, 용액 중에서 또한 O2 2- 기를 제공한다. 본원 발명에 사용될 수 있는 과산의 예는 과아세트산 (CH3COOOH) 및 과벤조산 (C6H5COOOH)이다. 또한, 하이포할라이트(hypohalite) 염, 예컨대 나트륨 하이포클로라이트(hypochlorite) (NaOCl) 또는 나트륨 하이포브로마이트(hypobromite) (NaOBr)도 본원 발명에서 유용한 산화제로 고려된다. 강 산화제, 예컨대 크로메이트도 디애시드 분자의 알킬 부분을 산화하는 정도까지 산화가 진행되지 않는 한 본원 방법에 사용될 수 있다.
본원 발명의 한 실시형태로, 상대적으로 소량의 산화제가 불순물을 제거하는 데에 유효하다. 예를 들어, 과산화수소가 산화제로 사용되면, 디에스테르 1몰당 약 0.1 내지 2.0 몰의 H2O2 , 바람직하게는 약 0.2 내지 약 0.8 몰의 H2O2이 불순물을 제거하는 데에 유효하다는 것이 발견되었다.
본원 발명의 방법은 피리딘-2,3-디카르복시산을 제조하는 임의의 공지된 방법, 특히 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르가 제조되는 방법에 용이하게 적용가능 하다. 당업자에게 용이하게 이해되는 바와 같이, 바람직한 범위를 개별적으로 설정하는 경우, 반응 조건 (예를 들어 온도, 산화제의 양, 반응 시간 및 부가된 전단력)을 일체로서 생각한다. 예를 들어, 반응 온도가 불순물을 제거하기에 필요한 산화제의 양에 영향을 줄 수도 있고, 또는 그 역도 가능하다라고 예상할 수 있다. 나아가, 비누화된 용액 중에 존재하는 불순물의 양은 필요한 산화제의 양을 결정할 때와 사용될 반응 조건을 결정할 때 고려되어야 할 다른 인자이다. 특히 다른 실시형태로서, 유효한 반응 온도는 약 60℃ 내지 약 110℃의 범위임이 발견되었다.
산화제를 비누화된 디에스테르 반응 스트림에 첨가하는 속도도 얻어지는 디애시드 생성물의 순도에 영향을 줄 수 있다. 본원 발명의 한 실시형태에 따르면, 상기 기술된 방법과 관련된 생성물 및 방출 스트림 내에 보통 존재하는 불순물의 제거는 일반적으로 산화제를 약 15 분 내지 약 120분의 시간 주기 동안 첨가하여 수행된다. 게다가, 임의의 남아있는 산화제의 제거를 위하여 비누화된 디에스테르 반응 스트림에 상기 산화제를 첨가한 후에 추가의 반응시간을 허용하는 것이 유용함을 알아냈다. 나아가, 예컨대 교반 형태 또는 다른 유사한 교반 방법으로써 용액에 전단력을 부가하는 것도 유용하다는 것을 알아냈다. 본원 발명의 한 실시형태로서, 전단력의 부가와 관련하여 산화제의 첨가 후에 더 부여되는 반응 시간은 바람직하게 약 15분 내지 약 120분 동안 지속되는 것이 바람직하다.
사이클 시간도 줄이면서 (활성을 증가시킴) 반응 혼합물의 발포를 최소화하기 위해 어느 시간 동안 산화제를 첨가하고 반응 혼합물을 교반하는 것이 일반적으로 바람직하다. 게다가, 온도, 첨가 시간 및 교반 시간과 같은 조건이 뱃치 반응 의 경우보다 연속 반응의 경우가 더 상이할 수 있음을 예상할 수 있다. 이러한 파라미터의 최적화는 불필요한 실험을 하지 않고도 당업자에게는 용이하게 예상할 수 있음은 명백할 것이다.
비누화 단계에서의 부생물은 가수 분해 단계에서 제거된 R기에 상응하는 알콜임은 상식적으로 이해된다. 앞서 나타난 반응식 III을 살펴보라. 예를 들어, 단순한 에스테르, 예컨대 에틸 프로파노에이트를 비누화하면 프로판산 및 부생물로서 에탄올이 생성되는 것은 당업자에게는 용이하게 이해될 것이다. 이러한 알콜 부생물의 생성은 상기 기술한 바와 같은 디에스테르의 비누화에서 이와 유사하게 예상될 수 있다. 본원 방법에 따라 수행될 경우, 알콜 부생물은 산화제의 첨가를 통하여 불순물의 화학적 제거 동안에 존재하다가 이후 디애시드 생성물의 단리 동안에 제거될 수 있거나, 또는 알콜 부생물은 산화제의 첨가 이전에 제거될 수 있다. 산화제의 첨가 전 또는 후에도 알콜 부생물의 제거는 증류와 같이 당업자에게 용이하게 인식되는 방법에 의하여 수행될 수 있다.
전형적으로, 본원 발명에 따라 처리될 디에스테르는 약 85 내지 약 92%의 순도 수준을 갖는다. 본원 발명을 따르면, 얻어지는 디애시드 생성물은 전형적으로 약 97% 이상, 더 바람직하게는 약 98% 이상의 순도를 갖는다. 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 비누화 혼합물에서 보통 발견되는 불순물 때문에, 이 용액은 어둡거나 검은 색깔이다. 산화제의 첨가를 통한 불순물의 화학적 제거는 대개 비누화 혼합물 내의 색깔 변화에 의하여 시각적으로 관찰될 수 있다. 검은 색조에서 더밝은 색조, 예컨대 밝은 호박 색깔로의 색깔 변화는 일반적으로, 불순물의 화학적 제 거가 실질적으로 완결되었음을 나타내고, 이 혼합물을 시험하여 남아있는 산화제가 존재하지 않는다는 것을 확인해준다. 이러한 시험 방법은 당업자에게 즉시 인식가능할 수 있다. 예를 들어, 과산화수소가 산화제로 사용될 경우, KI/전분 페이퍼와 같은 표준 시험 스트립을 사용할 수 있다.
원하는 최종 생성물에 따라서, 이 다음에 정제된 비누화 혼합물을 추가로 진행할 수 있다. 예를 들어, 앞서 기술한 정제된 디애시드 염을 단리 및 회수할 수 있다. 이와 별법으로, 산성화를 수행할 수 있고, 정제된 피리딘-2,3-디카르복시산을 단리 및 회수할 수 있다. 회수법에 대해서는 당업계에서 용이하게 사용될 수 있는 공지된 회수 및 단리 과정을 사용할 수 있다.
본원 발명에 따른 방법은 문제가 되는 불순물이 본질적으로 없는 생성물 스트림을 제공할 수 있고, 또한 불순물이 본질적으로 없는 방출 스트림을 제공할 수 있다. 세척된 생성물 및 다른 방출 스트림으로부터 여과액의 재사용 및 재순환은 피리딘-2,3-디카르복시산 및 에스테르의 대규모 제조에서 통상적이므로, 생성물 내의 불순물도 재순환할 수 있다. 이는 불순물이 에스테르화 반응 동안에 다시 생성될 뿐 아니라 재순환되는 여과물을 통하여 반응 스트림으로 도입되는 증폭된 결과를 야기한다. 또한, 불순물이 생성물 회수 후가 아닌 제조 단계 동안에 제거되기 때문에 본원 방법은 이 문제를 해결한다. 이와 같이, 본원 발명은 또한 피리딘-2,3-디카르복시산 제조 공정으로부터 불순물을 제거하여 그 결과, 얻어지는 방출 스트림, 여과물, 및 반응 부생물이 본질적으로 불순물이 없게 하는 방법도 고려하고 있다.
산화제의 도입이 제조 과정, 특히 비누화된 디에스테르 반응 스트림에서 불순물을 제거하는 데 유효하기 때문에, 본원 발명의 추가 실시형태는 불순물이 본질적으로 없는 피리딘-2,3-디카르복시산 염의 제조 방법이다. 본원 발명의 실시양태에 따르면, 상기 방법은 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르의 비누화된 용액을 포함하는 반응 스트림을 제공하는 단계, 상기 비누화된 용액을 불순물을 제거하는 유효량의 산화제와 반응시키는 단계, 및 본질적으로 순수한 피리딘-2,3-디카르복시산 염을 회수하는 단계를 포함한다.
앞서 설명한 바와 같이, 비누화된 에스테르는 비누화에 사용한 염기에 상응하는 카르복시산 염을 형성한다. 예를 들어, 5-에틸-피리딘-2,3-디카르복실레이트를 NaOH로 비누화하면 5-에틸-피리딘-2,3-디카르복시산 나트륨 염을 형성할 것으로 예상될 것이다. 반응 스트림에서 중간체 염은 생성물로서 회수하거나, 카르복시산을 비롯한, 기타 화합물을 제조하기 위한 차후 용도를 위하여 회수할 수 있다. 이와 별법으로, 디애시드 염은 산성화를 통한 카르복시산의 차후의 전환을 위하여 반응 스트림 내에 남아있게 할 수 있다. 이러한 염은 상기 설명한 종래의 공지된 방법에 따라 생성할 수 있지만, 디애시드염은 디에스테르의 제조 동안에 형성되는 원치않는 불순물로 여전히 문제를 겪는다. 본원 방법은 비누화된 용액에 산화제를 첨가함으로써 이 문제를 해결하였다. 불순물은 비누화된 용액으로부터 인-시투로 제거되며 보통 디애시드염의 산성화 전에 제거된다. 이와 같이, 불순물이 본질적으로 없는 피리딘-2,3-디카르복시산 염을 제조할 수 있다.
또 다른 측면으로, 본원 발명은 이마제타퍼(imazethapyr)와 같은 제초성 2- (2-이미다졸린-2-일)니코틴산, 에스테르, 및 염의 제조 방법을 제공한다. 본 방법은 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 용액을 제공하는 단계, 염기를 첨가함으로써 이 용액을 비누화하고 이로써 피리딘-2,3-디카르복시산 염의 비누화된 용액을 형성하는 단계, 불순물을 제거하는 유효량의 산화제를 상기 용액과 반응시키는 단계, 용액에 산을 첨가하여 용액을 산성화시키고 피리딘-2,3-디카르복시산 염을 상응하는 피리딘-2,3-디카르복시산으로 전환하는 단계, 및 제초성 2-(2-이미다졸린-2-일)니코틴산, 에스테르, 및 염의 제조의 중간체로서 피리딘-2,3-디카르복시산을 사용하는 단계를 포함한다. 피리딘-2,3-디카르복시산 중간체를 사용하여 이러한 제초제를 형성하기 위해 사용될 수 있는 반응 단계들은 당업계에서 잘 알려져 있다. 예를 들어, 디애시드는 탈가수제를 사용하여 상응하는 무수물로 전환할 수 있고, 이 무수물은 본원에 참고로서 혼입되어 있는 미국 특허 번호 4,658,030 및 4,782,157에 기술되어 있는 반응 흐름에 사용될 수 있다.
본원 발명은 하기의 실시예에 의하여 더 충분히 설명된다. 이 실시예는 본원 발명을 설명하고자 개시되는 것이며 제한적으로 해석하고자 함이 아니다.
실시예 1
조(crude) 디에스테르 (100 그램), 물 (103 그램), 및 50% NaOH (76 그램)의 비누화 혼합물을 100℃까지 가열하였다. 비누화 혼합물 중의 알콜 부산물 증류물을 수집하였다 (33 그램). 다음에, 온도를 95℃로 유지하면서 30 그램의 35% H2O2 을 디애시드 염 용액에 1시간 동안 천천히 첨가하였다. 이 용액은 처음에 검은 색깔이었다. H2O2을 첨가하니 발포를 야기하였다. H2O2의 첨가를 진행함에 따라 발포 및 반응 색깔 모두가 감소하였다. 모든 H2O2의 첨가후, 온도를 95℃로 유지하면서 상기 용액을 2시간 동안 교반하였다. KI/전분 페이퍼를 사용하여 남아있는 과산화물에 대하여 시험하였더니 음성이 나왔다. 다음에 물(67그램)을 산화된 용액에 첨가하였다.
이 생성물을 침전에 의하여 단리하고 여과된 케이크를 H2O (50 그램)로 세척하였다. 젖은 여과된 케이크의 질량은 76.3 그램이고, 4.0% 디애시드를 함유하는 모액(310 그램)을 재순환하였다. 얻어진 백색을 띤 여과된 케이크를 밤새 건조시켰다. 건조된 회수된 디애시드 생성물의 질량은 98.9% 순도로 61.0 그램이었다.
앞선 기술된 명세서 기재내용 및 관련된 도식들에 교시된 혜택을 입는 본원 발명의 많은 변형 및 다른 실시형태가 본 발명이 속해있는 당업자는 예상할 것이다. 따라서, 본원 발명은 상세한 설명에 개시된 특수 실시형태에 한정되지 않고 이들의 변형물 및 다른 실시형태도 이후 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 포함됨을 잘 이해할 것이다. 비록 본원에서는 전문 용어들이 사용되었지만, 이들은 한정의 목적을 위해서가 아니라 일반적이며 기술적인 의미로 사용된 것이다.

Claims (49)

  1. 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 및 염기를 포함하는 비누화 용액을 제공하는 단계,
    상기 용액을 산화제와 반응시켜 정제된 비누화 용액을 제공하는 단계, 및
    정제된 비누화 용액을 수집하는 단계를 포함하며,
    여기서, 상기 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르가 하기 화학식의 화합물이고,
    Figure 112011050464432-pct00006
    (상기 식에서, R4 및 R6은 각각 독립적으로 H, C1-C6 알킬, C1-C6 알케닐, 페닐 또는 치환된 페닐이고,
    R5는 H; 할로겐; 하나 이상의 C1-C4 알콕시기로 치환된 또는 치환되지 않은 C1-C6 알킬; C1-C6 알케닐; 페닐 또는 치환된 페닐이고,
    R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1-C6 알킬, 페닐 또는 치환된 페닐이다),
    상기 산화제가 과산화물, 과산 및 하이포할라이트(hypohalite) 염으로 이루어진 군에서 선택되는 것인,
    피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르의 비누화 용액으로부터 불순물의 인-시투(in-situ) 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 염기가 수산화물인 인-시투 제거 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수산화물이 수산화나트륨인 인-시투 제거 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 산화제가 과산화수소인 인-시투 제거 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 산화제가 나트륨 하이포클로라이트 또는 나트륨 하이포브로마이트인 인-시투 제거 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 과산화수소의 불순물을 제거하는 유효량이 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 몰 당 과산화수소 0.1 내지 2.0 몰 범위의 양인 인-시투 제거 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 과산화수소의 불순물을 제거하는 유효량이 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 몰 당 과산화수소 0.2 내지 0.8 몰 범위의 양인 인-시투 제거 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 반응이 60℃ 내지 110℃의 온도에서 수행되는 인-시투 제거 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 산화제가 15 내지 120분의 시간 주기 동안 첨가되는 인-시투 제거 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 반응이 상기 비누화 용액을 교반하는 단계를 추가로 포함하는 인-시투 제거 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 교반 단계가 15 내지 120분의 시간 주기 동안 수행되는 인-시투 제거 방법.
  12. 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르를 포함하는 용액을 제공하는 단계,
    염기를 첨가함으로써 상기 용액을 비누화하고 이로써 피리딘-2,3-디카르복시산 염을 포함하는 비누화 용액을 형성하는 단계,
    상기 용액을 산화제와 반응시켜 정제된 비누화 용액을 제공하는 단계,
    상기 용액에 산을 첨가하여 상기 용액을 산성화시키고 상기 피리딘-2,3-디카르복시산 염을 상응하는 피리딘-2,3-디카르복시산으로 전환하는 단계, 및
    피리딘-2,3-디카르복시산을 포함하는 정제된 용액을 수집하는 단계를 포함하며,
    여기서, 상기 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르가 하기 화학식의 화합물이고,
    Figure 112011050464432-pct00007
    상기 식에서, R4 및 R6은 각각 독립적으로 H, C1-C6 알킬, C1-C6 알케닐, 페닐 또는 치환된 페닐이고,
    R5는 H; 할로겐; 하나 이상의 C1-C4 알콕시기로 치환된 또는 치환되지 않은 C1-C6 알킬; C1-C6 알케닐; 페닐 또는 치환된 페닐이고,
    R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1-C6 알킬, 페닐 또는 치환된 페닐이다),
    상기 산화제가 과산화물, 과산 및 하이포할라이트(hypohalite) 염으로 이루어진 군에서 선택되는 것인,
    피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 용액으로부터 불순물의 인-시투 제거 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 염기가 수산화물인 인-시투 제거 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 수산화물이 수산화나트륨인 인-시투 제거 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 산화제가 과산화수소인 인-시투 제거 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 산화제가 나트륨 하이포클로라이트 또는 나트륨 하이포브로마이트인 인-시투 제거 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 과산화수소의 불순물을 제거하는 유효량이 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 몰 당 과산화수소 0.1 내지 2.0 몰 범위의 양인 인-시투 제거 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 과산화수소의 불순물을 제거하는 유효량이 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 몰 당 과산화수소 0.2 내지 0.8 몰 범위의 양인 인-시투 제거 방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 반응이 60℃ 내지 110℃의 온도에서 수행되는 인-시투 제거 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 산화제가 15 내지 120분의 시간 주기 동안 첨가되는 인-시투 제거 방법.
  21. 제12항에 있어서, 상기 반응이 상기 비누화 용액을 교반하는 단계를 추가로 포함하는 인-시투 제거 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 교반 단계가 15 내지 120분의 시간 주기 동안 수행되는 인-시투 제거 방법.
  23. 제12항에 있어서, 상기 산이 황산인 인-시투 제거 방법.
  24. 제12항에 있어서, 상기 피리딘-2,3-디카르복시산이 5-메틸-피리딘-2,3-디카르복시산 또는 5-에틸-피리딘-2,3-디카르복시산인 인-시투 제거 방법.
  25. 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르를 포함하는 용액을 제공하는 단계,
    염기를 첨가함으로써 상기 용액을 비누화하고 이로써 피리딘-2,3-디카르복시산 염을 포함하는 비누화 용액을 형성하는 단계,
    상기 용액을 산화제와 반응시켜 정제된 비누화 용액을 제공하는 단계,
    상기 정제된 비누화 용액에 산을 첨가하여 상기 용액을 산성화하고 상기 피리딘-2,3-디카르복시산 염을 상응하는 피리딘-2,3-디카르복시산으로 전환하는 단계, 및
    상기 피리딘-2,3-디카르복시산을 제초성 2-(2-이미다졸린-2-일)니코틴산, 에스테르 및 염의 제조에서의 중간체로 사용하는 단계를 포함하며,
    여기서, 상기 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르가 하기 화학식의 화합물이고,
    Figure 112011050464432-pct00008
    (상기 식에서, R4 및 R6은 각각 독립적으로 H, C1-C6 알킬, C1-C6 알케닐, 페닐 또는 치환된 페닐이고,
    R5는 H; 할로겐; 하나 이상의 C1-C4 알콕시기로 치환된 또는 치환되지 않은 C1-C6 알킬; C1-C6 알케닐; 페닐 또는 치환된 페닐이고,
    R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1-C6 알킬, 페닐 또는 치환된 페닐이다),
    상기 산화제가 과산화물, 과산 및 하이포할라이트(hypohalite) 염으로 이루어진 군에서 선택되는 것인,
    제초성 2-(2-이미다졸린-2-일)니코틴산, 에스테르, 및 염의 제조 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 염기가 수산화물인 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 수산화물이 수산화나트륨인 제조 방법.
  28. 제25항에 있어서, 상기 산화제가 과산화수소인 제조 방법.
  29. 제25항에 있어서, 상기 산화제가 나트륨 하이포클로라이트 또는 나트륨 하이포브로마이트인 제조 방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 과산화수소의 불순물을 제거하는 유효량이 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 몰 당 과산화수소 0.1 내지 2.0 몰 범위의 양인 제조 방법.
  31. 제28항에 있어서, 상기 과산화수소의 불순물을 제거하는 유효량이 피리딘-2,3-디카르복시산 에스테르 몰 당 과산화수소 0.2 내지 0.8 몰 범위의 양인 제조 방법.
  32. 제25항에 있어서, 상기 반응이 60℃ 내지 110℃의 온도에서 수행되는 제조 방법.
  33. 제25항에 있어서, 상기 산화제가 15 내지 120분의 시간 주기 동안 첨가되는 제조 방법.
  34. 제25항에 있어서, 상기 반응이 상기 비누화 용액을 교반하는 단계를 추가로 포함하는 제조 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 교반 단계가 15 내지 120분의 시간 주기 동안 수행되는 제조 방법.
  36. 제25항에 있어서, 상기 산이 황산인 제조 방법.
  37. 제25항에 있어서, 상기 피리딘-2,3-디카르복시산이 5-메틸-피리딘-2,3-디카르복시산 또는 5-에틸-피리딘-2,3-디카르복시산인 제조 방법.
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