KR101126954B1 - N,n'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비활성 용매 중에서 포스겐, 디포스겐 또는 트리포스겐과 이미다졸을 반응시켜 N,N'-카르보닐디이미다졸을 제조하고, 이때에 부산물로 생성된 이미다졸 염산염에 하기 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물의 기체 또는 액체를 비활성 용매 중에서 첨가하여 중화 반응을 행하며, 이렇게 생성된 이미다졸을 N,N'-카르보닐디이미다졸 제조의 반응 출발 물질로서 순환하여 사용하는 것을 특징으로 하는 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법을 제공한다.
화학식 1에 있어서 R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 메틸기 또는 에틸기를 나타낸다. 본 발명의 제조 방법에 의해서 제조된 CDI는 분자간의 축합 반응이나 N-카르복실산 무수물의 합성을 위한 분자내 축합 반응, 활성화 에스테르의 생성 등과 같이 의약품 합성이나 농약품 합성, 펩티드 합성 등의 분야에서 사용되는 유용한 화합물이고, 특히 무착색이 요구되는 용도에 적합하다.
<화학식 1>
N,N'-카르보닐디이미다졸, 이미다졸 염산염, 무착색
Description
본 발명은 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 비활성 용매 중에서 이미다졸과 포스겐 또는 그의 중합체와의 반응에 의한 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법에서, 부산물로 생성되는 이미다졸 염산염과 염기성 화합물의 기체 또는 액체와의 중화 반응에 의해서 생성된 이미다졸을 N,N'-카르보닐디이미다졸 제조의 출발 물질로서 순환하여 사용하는 제조 방법에 관한 것이다.
N,N'-카르보닐디이미다졸(이하 CDI라 함)은 분자간의 축합 반응이나 N-카르복실산 무수물의 합성을 위한 분자내 축합 반응, 활성화 에스테르의 생성 등과 같은 의약품 합성이나 농약품 합성, 펩티드 합성 등의 분야에서 사용되는 유용한 화합물이다. CDI의 가장 일반적인 합성 방법은 H. A. Staab에 의해 고안된 비활성 용매 중에서 이미다졸과 포스겐을 반응시키는 방법이다. 이 방법은 하기 반응식에 나타내는 바와 같이, 이미다졸의 절반은 반응 중에 생성되는 염화수소의 포착제(Capture agent)로서 이용되며 반응 종료 후 CDI와 분리ㆍ제거된다.
이미다졸을 전량 반응에 이용할 목적으로, 발생하는 염산의 포착제로서 유기 염기를 사용하는 방법이 개시되어 있다(예를 들면 특허 문헌 1, 특허 문헌 2). 또한, 염산이 발생하지 않도록 이미다졸을 트리메틸실릴 클로라이드 등의 실릴화제에 의해 실릴화하는 방법이 행해지고 있다. 그러나, 유기 염기를 사용하는 경우, 유기 염기가 포스겐에 대하여 완전히 비활성이라고는 할 수 없기 때문에 불순물이 생성되기 쉽고, 또한 생성물인 CDI 중에 잔류하여 순도 저하의 원인이 된다. 이미다졸의 실릴화의 경우에는 염산의 발생을 억제하면서 또한 실릴화제를 순환하여 이용할 수 있지만, 일반적으로 안정하다고는 할 수 없는 실릴화제에 대한 특별한 취급을 위하여 수반되는 설비 투자를 필요로 한다. 상기한 이들 방법은 저렴한 비용으로 고순도의 CDI를 얻기 위한 공업적 제조 방법으로서는 이용하기 어렵다.
따라서, 부산물로 생성되는 이미다졸 염산염을 수산화나트륨 등의 무기 염기 또는 그의 수용액에 의해 중화시키고, 이미다졸을 회수하여 CDI 제조의 출발 물질로서 반송하는 방법이 이용되고 있다(예를 들면 특허 문헌 3, 특허 문헌 4). 그러나, 이 방법에서도 물을 용매로서 이용하여 이미다졸의 회수를 행하면, 이미다졸은 수용성이기 때문에, 물과 혼합되지 않는 유기 용매에 의한 추출 등에 의한 노동력과 비용이 소비된다. 또한, 유기 용매를 이용하여 회수를 행하더라도 CDI는 현저히 가수분해성이 심하기 때문에, 중화 반응 중에 생성된 물을 제거하는 공정을 부 가할 필요가 있다.
특허 문헌 1: 국제 공개 제98/31672호 공보
특허 문헌 2: 국제 공개 제00/02863호 공보
특허 문헌 3: 국제 공개 제00/14072호 공보
특허 문헌 4: 국제 공개 제00/06551호 공보
<발명의 개시>
<발명이 해결하고자 하는 과제>
이와 같이, CDI의 공업적 제조 방법에서, 반응시에 부산물로 생성되는 염화수소의 제거는 큰 과제이다. 따라서, 이미다졸을 출발 물질 겸 염화수소의 포착제로서 사용하였을 때, 이미다졸 염산염으로부터 물의 생성을 수반하지 않고 용이하게 이미다졸을 회수하여 재사용하는 방법의 개발이 요망되었다. 또한, 제조된 CDI는 착색이 적을 것이 항상 요구되었으므로, 착색을 제거하기 위한 특별한 공정을 필요로 하지 않는 제조 방법도 요구되었다.
<발명의 구성 및 작용>
본 발명자들은 이 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 행하였다. 그 결과, 반응시에 부산물로 생성된 이미다졸 염산염을 유기 용매 중에 용해 또는 분산시킨 뒤, 염기성 화합물의 기체 또는 액체에 의해 이미다졸 염산염을 중화시키고 중화 생성물을 제거한 후, 이미다졸을 CDI 제조의 출발 물질로서 용이하게 순환할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은
비활성 용매 중에서 포스겐, 디포스겐 또는 트리포스겐과 이미다졸을 반응시켜 N,N'-카르보닐디이미다졸을 제조하는 것;
상기에서 부산물로 생성된 이미다졸 염산염에 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물의 기체 또는 액체를 비활성 용매 중에서 첨가하여 중화 반응을 행하는 것; 및
이렇게 생성된 이미다졸을 N,N'-카르보닐디이미다졸 제조의 반응 출발 물질로서 순환하여 사용하는 것
을 포함하는 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법이다.
식 중, R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 메틸기 또는 에틸기를 나타낸다.
또한, 본 발명은 하기의 각각에 관한 것이기도 하다.
- 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물이 기체 암모니아 또는 액체 암모니아인 상기 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법;
- 비활성 용매가 직쇄 에테르, 환상 에테르 및 직쇄 에스테르로부터 선택되 는 1종, 또는 2종 이상의 혼합물인 상기 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법;
- 비활성 용매가 테트라히드로푸란인 상기 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법;
- 부산물로 생성된 이미다졸 염산염과 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물과의 중화 반응에 의해 생성된 이미다졸을 결정화 또는 용매의 제거에 의해 고체로서 취출하여, N,N'-카르보닐디이미다졸 제조용 출발 물질로서 순환하여 사용하는 상기 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법;
- 부산물로 생성된 이미다졸 염산염과 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물과의 중화 반응에 의해 생성된 이미다졸을 비활성 용매의 용액 또는 비활성 용매의 분산 슬러리로서, 수분 제거 공정을 부가하지 않고 N,N'-카르보닐디이미다졸 제조용 출발 물질로서 순환하여 사용하는 상기 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법;
- 부산물로 생성된 이미다졸 염산염과 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물과의 중화 반응이 비활성 용매 중에서 행해지고, 상기 염기성 화합물의 염산염을 여과에 의해 제거하며 생성된 이미다졸이 그대로 상기 비활성 용매의 용액 또는 상기 비활성 용매의 분산 슬러리로서, 수분 제거 공정을 부가하지 않고 N,N'-카르보닐디이미다졸 제조용 출발 물질로서 순환하여 사용되는 상기 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법; 및
- 부산물로 생성된 이미다졸 염산염과 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물과의 중화 반응에 의해 생성된 이미다졸과, 새롭게 공급된 이미다졸을 임의의 비율로 혼합하여 생성된 혼합물을 N,N'-카르보닐디이미다졸 제조용 출발 물질로서 사용하 는 상기 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법.
본 발명에 있어서는 이미다졸 염산염은 유기 염기에 의해서 중화되며, 무기 염기에 의한 중화시에 일어나는 물의 발생을 수반하지 않고 중화된다. 또한, 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물은 저렴하며 취급이 용이하다. 또한, 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물은 비점이 낮아서, 중화 반응 종료 후에 계내에 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물이 잔류하고 있더라도 보일링(boiling) 또는 비활성 가스에 의한 버블링에 의해 용이하게 제거할 수 있기 때문에, 이미다졸 순환 이용에 의한 CDI 합성시에도 염기성 화합물이 잔류하는 것에 의한 악영향이 생기지 않는다.
중화 반응 중에 생성한 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물의 염산염은 여과에 의해서 제거된다. 중화되어 유리 상태가 된 이미다졸은 용액 상태로 또는 용매를 증류 제거 후 고체로서 추출되며, 수분 제거 공정을 부가하지 않고 CDI 제조의 출발 물질로서 순환 사용할 수 있다. 용액의 상태로 순환 사용하는 경우에는, 생성된 이미다졸을 비활성 용매의 용액 또는 비활성 용매의 분산 슬러리로서 사용한다. 그 경우에, 상기한 부산물로 생성되는 이미다졸 염산염과 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물과의 중화 반응이 비활성 용매 중에서 행해지고, 상기 염기성 화합물의 염산염을 여과에 의해서 제거하며 생성된 이미다졸이 그대로 상기 비활성 용매의 용액 또는 상기 비활성 용매의 분산 슬러리로서 순환 사용되는 것도 가능하다.
포스겐, 디포스겐 또는 트리포스겐과 이미다졸을 반응시켜 N,N'-카르보닐디이미다졸을 제조할 때에 사용하는 용매로서는, 포스겐이나 부산물로 생성되는 염화 수소와 반응하지 않는 비활성 용매라면 모두 사용할 수 있다. 또한, 다소 반응성을 갖는 경우에도 이미다졸과 포스겐과의 반응, 이미다졸과 염화수소의 반응의 경우가 우선하기 때문에 이러한 용매도 사용 가능하다.
반응 중에 생성되는 미량의 유색 불순물을 제거하는 것을 고려하면, 용매로서는 직쇄 에테르, 환상 에테르 및 직쇄 에스테르로부터 선택되는 1종, 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 것은 테트라히드로푸란이다. 이 경우, 미량의 유색 불순물의 제거가 명확하게 행해지는 이유는 직쇄 에테르, 환상 에테르 및 직쇄 에스테르가 미량의 유색 불순물에 대한 높은 용해도를 갖기 때문이라고 생각된다. 본 발명에 있어서는 이들 직쇄 에테르, 환상 에테르 및 직쇄 에스테르를 용매로서 사용한다는 의미는, 이들 용매의 사용뿐 아니라 종래부터 CDI 제조용 용매로서 사용되어 온 방향족계 용매와 이들 직쇄 에테르, 환상 에테르 및 직쇄 에스테르를 혼합하여 사용하는 방법도 포함하는 것이다.
<발명의 효과>
본 발명의 제조 방법에 따르면, CDI 제조시에 부산물로 생성되는 이미다졸 염산염에 저렴하며 취급이 용이한 염기성 화합물의 기체 또는 액체를 첨가하여 중화 반응을 행하여 물의 생성을 수반하지 않고 이미다졸을 유리 상태로 회수할 수 있다. 그 후, 추출이나 공비 탈수 등의 공정을 부가하지 않고 CDI 제조용 출발 물질로서 이미다졸을 저렴하며 용이하게 순환하는 것이 가능해졌다. 또한 본 발명의 제조 방법에 따르면, 종래의 제조 방법에 비해 착색이 적은 CDI를 얻을 수 있다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하에 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용되는 이미다졸 염산염은 본 발명의 목적을 고려하면 CDI 제조시에 부산물로 생성된 이미다졸 염산염을 사용하는 것이 바람직하지만, 별도로 합성된 이미다졸 염산염이나 다른 화합물 제조시에 부산물로 생성된 이미다졸 염산염을 사용하더라도 상관없다.
본 발명에서 사용되는 염기성 화합물은 화학식 1로 표시되는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 여기서, R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 메틸기 또는 에틸기이다. 구체적인 화합물로서는 암모니아, 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 메틸디에틸아민 및 에틸디메틸아민을 들 수 있다. 특히, 암모니아를 사용하는 것이 바람직하다.
비활성 용매로서는 이미다졸과 포스겐류와의 반응 및 이미다졸 염산염의 중화 반응을 저해하지 않는 유기 용매라면 특별히 한정되지 않는다. 본 발명에서 사용할 수 있는 비활성 용매의 구체적인 예로서는, 테트라히드로푸란, 디옥산 등의 환상 에테르류; 디이소프로필에테르, 디부틸에테르 등의 직쇄 에테르류; 디클로로메탄, 클로로포름, 트리클로로에탄 등의 할로겐화 탄화수소류; 톨루엔, 크실렌, 클로로벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 아세트산에틸, 아세트산부틸 등의 직쇄 에스테르류; 아세톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류; 아세토니트릴 등의 니트릴류; 헥산, 헵탄 등의 지방족 탄화수소류를 들 수 있다. 바람직한 것은 직쇄 에테르, 환상 에테르 및 직쇄 에스테르이고, 특히 바람직한 것은 테트라히드로푸란이다. 또한, 이 들 유기 용매는 단독으로 사용할 수도, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 제조 방법에 있어서의 이미다졸 염산염에 대한 염기성 화합물의 기체 또는 액체에 의한 중화 반응은 비활성 용매에 이미다졸 염산염을 용해 또는 분산시키고 염기성 화합물을 도입하여 행하는 것이 바람직하다. 다른 방법으로서, 염기성 화합물을 용해시킨 비활성 용매 중에 이미다졸 염산염을 첨가하거나 또는 비활성 용매에 용해 또는 분산시킨 이미다졸 염산염을 부어 행하는 방법도 있다.
이미다졸 염산염을 중화시킬 때에 사용하는 염기성 화합물은 이미다졸 염산염에 대하여 1 내지 10배 몰을 사용한다. 1 내지 5배 몰의 사용하는 것이 바람직하다. 이미다졸 염산염을 중화시킬 때에 사용하는 비활성 용매는 이미다졸 염산염의 중량에 대하여 1 내지 20배의 중량을 사용한다. 3 내지 5배의 중량을 사용하는 것이 바람직하다.
이미다졸 염산염의 염기성 화합물의 기체 또는 액체에 의한 중화 반응은 통상 0 내지 100 ℃, 바람직하게는 20 내지 50 ℃에서 행해진다. 반응 시간은 통상 0.5 내지 20 시간, 바람직하게는 2 내지 8 시간으로 행해진다. 반응은 질소나 아르곤과 같은 비활성 가스 분위기, 무수 조건하에서 행하는 것이 바람직하지만, 분위기 조건은 특별히 한정하지 않는다.
중화 반응이 종료된 반응액은 임의의 온도에서 중화 생성물의 여과를 행하며, 여과는 비활성 가스 분위기, 무수 조건하에서 행하는 것이 바람직하지만, 분위기 조건은 특별히 한정하지 않는다. 회수된 이미다졸을 포함하는 여과액은 그대로 또는 농축 후 CDI 제조의 출발 물질로서 사용한다. 또한, 이미다졸을 결정화 등의 조작에 의해 고체로서 취출하여 CDI 제조의 출발 물질로서 사용한다.
중화 회수된 이미다졸은 비활성 용매에 용해 또는 분산시킨 후, 규정량의 포스겐, 디포스겐 또는 트리포스겐의 도입에 의한 CDI 합성 반응을 행한다. 이 때, 중화 회수된 이미다졸에 새로운 이미다졸을 첨가하여 CDI의 단위 수량을 증가시켜 반응을 행하더라도 상관없다.
이하에 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예로 한정되지 않는다.
실시예 1
[신품 이미다졸에 의한 CDI 및 부산물로 생성되는 이미다졸 염산염의 합성]
1000 ml의 플라스크에 이미다졸 108.3 g(1.59 mol), 테트라히드로푸란 630 g을 가하였다. 계내를 질소 치환 후, 교반하여 이미다졸을 용해시켰다. 여기에 디포스겐 39.3 g(0.2 mol)을 실온하에서 2 시간에 걸쳐 적하하였다. 적하 종료 후, 실온하에서 1 시간 교반을 계속하고, 그 후 55 ℃에서 가온하면서 1 시간 더 교반을 계속하였다. 부산물로 생성된 이미다졸 염산염을 열 여과하여 테트라히드로푸란 100 g으로 세정하였다. 여과한 이미다졸 염산염을 40 ℃에서 감압 건조시켜 83.2 g(0.796 mol)의 이미다졸 염산염을 얻었다(회수율 100 %).
CDI를 포함하는 여과액은 농축, 톨루엔 결정화를 행하여 질소 분위기하에서 CDI를 여과하였다. 여과한 CDI는 40 ℃에서 감압 건조시켜 58.0 g(0.358 mol)의 CDI의 백색 결정을 얻었다. (수율 90 %) 융점 111.2 내지 118.6 ℃.
실시예 2
[이미다졸 염산염의 중화 반응에 의한 이미다졸의 중화 회수]
500 ml의 플라스크에 [실시예 1]에서 얻어진 이미다졸 염산염 83.0 g(0.794 mol)과 테트라히드로푸란 274 g을 가하였다. 계내를 질소 치환 후, 교반하여 이미다졸 염산염을 분산시켰다. 암모니아 가스를 30 내지 40 ℃의 온도에서 4 시간에 걸쳐 25 l(1.12 mol) 취입하였다. 암모니아 가스 도입 후, 35 ℃에서 1 시간 교반을 계속하였다. 반응액을 실온으로 냉각시킨 후, 중화 생성물인 염화암모늄을 여과하여 테트라히드로푸란 54 g으로 세정하였다. 여과액을 농축하고, 테트라히드로푸란을 150 g 증류 제거하여 중화 회수 이미다졸을 포함하는 테트라히드로푸란 185.4 g을 얻었다. 가스 크로마토그래피 및 중화 적정 분석의 결과, 48.6 g(0.714 mol)의 이미다졸을 포함하는 것이 판명되었다. (회수율 90 %) 융점 82 내지 88 ℃.
실시예 3
[중화 회수 이미다졸에 의한 CDI의 합성]
500 ml 플라스크에 [실시예 2]에서 얻어진 48.1 g(0.707 mol)의 이미다졸을 포함하는 테트라히드로푸란 183.4 g과 테트라히드로푸란 140 g을 가하였다. 계내를 질소 치환한 뒤, 디포스겐 18.5 g(0.094 mol)을 실온하에서 2 시간에 걸쳐 적하하였다. 그 후, [실시예 1]과 동일한 조작을 행하여 CDI의 백색 결정을 취출하였다. 수량 24.4 g(0.15 mol)(수율 85 %) 융점 111.3 내지 116.9 ℃.
본 발명을 상세하면서 또한 특정한 실시 태양을 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경이나 수정을 부가할 수 있는 것은 당업자에게 분명하다.
본 출원은 2004년 3월 30일 출원의 일본 특허 출원(특원 2004-099257)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함한다.
본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 CDI는 분자간의 축합 반응이나 N-카르복실산 무수물의 합성을 위한 분자내 축합 반응, 활성화 에스테르의 생성 등과 같은 의약품 합성이나 농약품 합성, 펩티드 합성 등의 분야에서 사용되는 유용한 화합물이고, 특히 무착색이 요구되는 용도에 적합하다.
Claims (8)
- 제1항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물이 기체 암모니아 또는 액체 암모니아인 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비활성 용매가 직쇄 에테르, 환상 에테르 및 직쇄 에스테르로부터 선택되는 1종, 또는 2종 이상의 혼합물인 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 비활성 용매가 테트라히드로푸란인 N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부산물로 생성되는 이미다졸 염산염과 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물과의 중화 반응에 의해 생성된 이미다졸을 결정화 또는 용매의 제거에 의해 고체로서 취출하여, N,N'-카르보닐디이미다졸 제조용 출발 물질로서 순환하여 사용하는 것인, N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부산물로 생성되는 이미다졸 염산염과 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물과의 중화 반응에 의해 생성된 이미다졸을, 비활성 용매의 용액 또는 비활성 용매의 분산 슬러리로서 수분 제거 공정을 부가하지 않고 N,N'-카르보닐디이미다졸 제조용 출발 물질로서 순환하여 사용하는 것인, N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부산물로 생성되는 이미다졸 염산염과 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물과의 중화 반응이 비활성 용매 중에서 행해지고, 상기 염기성 화합물의 염산염을 여과에 의해서 제거하고, 이렇게 생성된 이미다졸을 그대로 상기 비활성 용매의 용액 또는 상기 비활성 용매의 분산 슬러리로서, 수분 제거 공정을 부가하지 않고 N,N'-카르보닐디이미다졸 제조용 출발 물질로서 순환하여 사용하는 것인, N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부산물로 생성되는 이미다졸 염산염과 화학식 1로 표시되는 염기성 화합물과의 중화 반응에 의해 생성된 이미다졸과, 새롭게 공급된 이미다졸을 혼합하여 생성된 혼합물을 N,N'-카르보닐디이미다졸 제조용 출발 물질로서 사용하는 것인, N,N'-카르보닐디이미다졸의 제조 방법.
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