KR101244728B1

KR101244728B1 - β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법

Info

Publication number: KR101244728B1
Application number: KR1020107022249A
Authority: KR
Inventors: 히데마사 아오키; 아키오 쿠로이와; 아키라 시부야
Original assignee: 쇼와 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2013-03-18
Also published as: EP2268614B1; TW201002657A; WO2009113711A1; KR20100123754A; US20110015436A1; US8258340B2; JP2009242384A; CN101965330B; EP2268614A1; JP5424672B2; TWI433832B; CN101965330A

Abstract

본 발명의 목적은 의약 및 농약의 합성 원료 또는 고분자 화합물의 첨가제로서 유용한 β-메르캅토 카르복실산류가 입수 용이한 α,β-불포화 카르복실산류로부터 고수율 및 고생산성으로 공업적으로 제조되는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명은 α,β-불포화 카르복실산류가 황화 수소와 반응하여 β-메르캅토 카르복실산류를 제조할 때, 식(1)로 나타내어지는 아미드기를 갖는 용매가 사용되는 것을 특징으로 한다. 특히, 6.0∼8.5의 pH의 범위에서 반응을 행하는 것이 보다 바람직하다.

[식(1) 중 R¹은 수소 원자, 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알콕시기, 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알킬기, 아미노기 및 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알킬아미노기 중 어느 하나를 나타내고; R² 및 R³은 각각 독립적으로 수소 원자 및 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알킬기 중 어느 하나를 나타내고; R²와 R³이 모두 수소 원자가 아닐 경우, R²와 R³은 서로 알킬렌기를 통하여 환구조를 형성해도 좋고; R¹과 R²가 모두 수소 원자가 아닐 경우, R¹과 R²는 알킬렌기를 통하여 환구조를 형성해도 좋다].

Description

β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법{METHOD FOR PRODUCING β-MERCAPTO CARBOXYLIC ACIDS}

본 발명은 α,β-불포화 카르복실산, α,β-불포화 카르복실산 에스테르, α,β-불포화 아미드, α,β-불포화 알데히드 및 α,β-불포화 케톤(이하, 이들을 총칭해서 "α,β-불포화 카르복실산류" 라고 한다.)으로부터 선택되는 어느 하나가 원료 화합물이이고, 상기 α,β-불포화 카르복실산류 중 어느 하나가 황화 수소와 반응하여 상기 원료 화합물에 대응하는 β-메르캅토 카르복실산, β-메르캅토 카르복실산 에스테르, β-메르캅토 아미드, β-메르캅토 알데히드 및 β-메르캅토 케톤 (이하, 이들을 총칭해서「β-메르캅토 카르복실산류」라고 한다.) 중 어느 하나를 효율적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래, 메르캅토 화합물은 각종 의약 및 농약의 합성 원료로서 널리 사용되고 있다. 그 중에서도 β-메르캅토 카르보닐 화합물은 항산화제로서의 유용성이 인정되고 있고, 고분자 화합물의 안정화제로서 공업적으로 이용되고 있다(일본특허공개 2003-252918호 공보; 특허문헌 1).

β-메르캅토 카르보닐 화합물을 제조하는 방법 중 하나로서, α,β-불포화 카르복실산과 황화 수소가 마이클 부가 반응이 행해지는 방법이 알려져 있다.

또한, α,β-불포화 카르복실산으로서 아크릴산을 사용한 마이클 부가 반응은 디에틸아민 존재 하에 황화 수소를 사용함으로써 진행되는 것이 보고되어 있다 (Acta Chimica Scandinavica 1951, 5, 690-698 참조; 비특허문헌 1).

그러나, 비특허 문헌 1에 기재된 반응을 사용하는 방법에서는 디에틸아민이 대과잉으로 사용되고, 반응은 장시간이 걸리기 때문에 생산성이 낮다. 따라서, β-메르캅토 카르보닐 화합물을 공업적으로 또한 효율적으로 제조하기 위해서는 디에틸아민의 회수 설비가 필요하게 된다는 문제가 남아 있다.

또한, 아크릴산과 수황화 나트륨이 대과잉의 수산화 나트륨의 존재 하에서 반응됨으로써 β-메르캅토프로피온산이 합성될 수 있다는 것이 보고되어 있다(일본특허공개2001-187778호 공보 참조; 특허문헌 2).

그러나, 상기 방법에서는 부반응을 억제하기 위해서, 기질에 대하여 5당량이상의 수산화 나트륨이 필요로 되어, 잉여분의 알칼리가 산으로 중화될 필요가 있다. 따라서, 대량의 생성된 무기염이 처리되어야 하는 것이 요구되고, 이 방법은 공업적인 생산에 적합하지 않는다는 문제가 있었다.

또한, 일본특허공개 2001-354643호 공보(특허문헌 3), 일본특허공개 2001-354644호 공보(특허문헌 4)에는 제올라이트 등의 고체산 촉매의 존재 하, 황 유도체 및 황화 수소를 이용함으로써 올레핀이 황화되는 황화 올레핀류를 제조하는 방법이 기재되어 있다.

특허문헌 3 및 4에는 중간 생성물로서 메르캅탄의 생성에 대해서 기재되어 있다. 그러나, 상기 문헌에 있어서, 최종의 목적 화합물은 본원 발명의 목적 화합물인 메르캅토 화합물이 아니라, 유기 술피드류, 2황화류 및 폴리술피드이다. 따라서, 상기 메르캅토 화합물에 대응하는 메르캅탄의 발생이 최대한 낮은 레벨로 억제된다.

또한, 특허문헌 3 및 4는 원료 올레핀류는 용매로 희석해도 좋지만, 예시된 용매는 메탄, 에탄, 펜탄 등의 포화 지방족 탄화수소, 즉 비극성 용매라고 기재되어 있다. 물 등의 극성 용매와 상용하는 극성 용매를 사용하는 것에 관한 기재가 없고, 또한 시사하는 것도 없다. 또한, 그 효과에 대한 기재가 없다.

(특허문헌 1) 일본특허공개 2003-252918호 공보

(특허문헌 2) 일본특허공개 2001-187778호 공보

(특허문헌 3) 일본특허공개 2001-354643호 공보

(특허문헌 4) 일본특허공개 2001-354644호 공보

(비특허 문헌) Acta Chimica Scandinavica 1951, 5, 690-698

본 발명의 과제는 의약 및 농약의 합성 원료 또는 고분자 화합물의 첨가제로서 유용한 β-메르캅토 카르복실산류가 입수 용이한 α,β-불포화 카르복실산류를 원료로서 사용하여 고수율 및 고생산성으로 공업적으로 제조되는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, α,β-불포화 카르복실산류가 황화 수소류와 반응하여 β-메르캅토 카르복실산류를 제조할 때, 반응 용매로서 아미드기를 함유하는 용매 또는 아미드기의 수소가 알킬기로 치환된 용매가 사용되는 방법을 발견했다. 또한, 상기 방법에 있어서, 본 발명자들은 특히, 특정한 수소이온농도(특정한 pH영역)에서 반응을 행하는 방법을 발견했다. 따라서, 상기 발견에 기초하여 본 발명이 완성되었다.

즉, 본 발명은 이하의 [1]∼[10]에 기재된 β-메르캅토 카르복실산류를 제조하는 방법에 관한 것이다.

[1] 황화 수소, 용매, 및 α,β-불포화 카르복실산, α,β-불포화 카르복실산 에스테르, α,β-불포화 아미드, α,β-불포화 알데히드 및 α,β-불포화 케톤으로부터 선택되는 α,β-불포화 카르복실산류 중 어느 하나로 이루어지는 액체, 또는
황화 수소, 용매, pH 조정제, 및 α,β-불포화 카르복실산, α,β-불포화 카르복실산 에스테르, α,β-불포화 아미드, α,β-불포화 알데히드 및 α,β-불포화 케톤으로부터 선택되는 α,β-불포화 카르복실산류 중 어느 하나로 이루어지는 액체를 조제하는 공정; 및
이어서, 상기 액체를 90∼150℃ 범위에서 고체촉매 없이 가열하여, 상기 α,β-불포화 카르복실산류 중 어느 하나와 상기 황화 수소를 반응시킴으로써, 사용되는 상기 α,β-불포화 카르복실산류에 대응하는 β-메르캅토 카르복실산, β-메르캅토 카르복실산 에스테르, β-메르캅토 아미드, β-메르캅토 알데히드 및 β-메르캅토 케톤으로부터 선택되는 β-메르캅토 카르복실산류 중 어느 하나를 제조하는 공정을 포함하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법으로서,
상기 α,β-불포화 카르복실산류 중 어느 하나와 상기 황화 수소가 반응하기 전에 상기 액체는 6℃에서 측정된 pH가 6.0∼8.5의 범위에 있고,
상기 pH 조정제는 광물산, 저급 카르복실산, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 함유하는 염기성 물질, 및 암모니아, 에틸아민, 프로필아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 디이소프로필아민, 디프로필아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 피리딘 및 모르폴린 중에서 선택되는 유기 염기성 물질 중에서 선택되고,
상기 용매는 식(1)로 나타내어지는 화합물 및 상기 식(1)로 나타내어지는 화합물과 물을 포함하는 혼합 용매로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.

삭제

[식(1) 중 R¹은 수소 원자, 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알콕시기, 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알킬기, 아미노기 및 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알킬아미노기 중 어느 하나를 나타내고; R² 및 R³은 각각 독립적으로 수소 원자 및 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알킬기 중 어느 하나를 나타내고; R²와 R³이 모두 수소 원자가 아닐 경우, R²와 R³은 서로 알킬렌기를 통하여 환구조를 형성해도 좋고; R¹과 R²가 모두 수소 원자가 아닐 경우, R¹과 R²는 알킬렌기를 통하여 환구조를 형성해도 좋다.]

삭제

[4] [1]에 있어서, 상기 혼합 용매에 함유된 물의 양이 1∼50질량%인 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.

[5] [1]에 있어서, 상기 식(1)로 나타내어지는 화합물은 N-메틸포름아미드(MFA), N,N-디메틸포름아미드(DMF), N-에틸포름아미드(EFA), N,N-디에틸포름아미드(DEF), N,N-디메틸아세트아미드(DMA), 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논(DMI) 및 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.

삭제

[7] [1]에 있어서, 상기 α,β-불포화 카르복실산류는 α,β-불포화 카르복실산 또는 α,β-불포화 카르복실산 에스테르인 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.

[8] [1], [4], [5] 또는 [7]에 있어서, 상기 α,β-불포화 카르복실산은 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 2-펜텐산, 신남산, 2-메틸신남산, 3-메틸신남산, 4-메틸신남산, 2,3-디메틸신남산, 2,4-디메틸신남산, 3,4-디메틸신남산, 2-히드록시신남산, 3-히드록시신남산, 4-히드록시신남산, 2,3-디히드로신남산, 2,4-디히드로신남산, 3,4-디히드로신남산, 2-헥센산 및 4-메틸-2-펜텐산 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.

[9] [1] 또는 [7]에 있어서, 상기 α,β-불포화 카르복실산 에스테르는 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 프로필, 아크릴산 부틸, 메타크릴산 메틸, 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 프로필, 메타크릴산 부틸, 크로톤산 메틸, 크로톤산 에틸, 크로톤산 프로필, 크로톤산 부틸, 2-펜텐산 메틸, 2-펜텐산 에틸, 2-펜텐산 프로필 및 2-펜텐산 부틸 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.

[10] [1]에 있어서, 상기 α,β-불포화 케톤은 시클로펜테논, 시클로헥세논 및 시클로헵테논 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.

(발명의 효과)

본 발명의 제조방법에 따라서, 고체 촉매 등을 반드시 사용하지 않고 고수율로 또한 고생산성으로 β-메르캅토 카르복실산류가 제조된다. 또한, 상기 β-메르캅토 카르복실산류가 고수율로 제조되기 때문에, 정제 공정이 간략화될 수 있어 본 발명의 방법은 공업적 제조 방법으로서 매우 유용하다.

이하, 본 발명이 상세히 설명된다.

[반응]

본 발명에 사용되는 반응은 하기 식(1)로 나타내어지는 용매를 이용하여 α,β-불포화 카르복실산류와 황화 수소를 반응시킴으로써 카르보닐(C=O) 탄소에 인접하는 α탄소와 그 이웃의 β탄소가 단일 결합으로 결합된 β-메르캅토 카르복실산류가 얻어진다.

또한, 상기와 같은 반응의 예로서 크로톤산과 황화 수소의 반응이 이하에 나타내어진다.

CH₃-CH=CH-COOH+H₂S → CH₃-CH(SH)-CH₂-COOH

[α,β-불포화 카르복실산류]

본 발명의 방법에 있어서, 원료 화합물로서 사용되는 α,β-불포화 카르복실산류는 α,β-불포화 카르복실산, α,β-불포화 카르복실산 에스테르, α,β-불포화 아미드, α,β-불포화 알데히드 및 α,β-불포화 케톤 중 어느 하나이어도 좋다.

여기서, α,β-불포화란 카르보닐(C=O) 탄소에 인접하는 α탄소와 그 이웃의 β의 탄소가 이중 결합으로 결합되는 것을 의미한다.

α 및 β탄소는 수소 원자 대신에 각각 독립적으로 알킬기, 시클로알킬 기, 아릴기, 아랄킬기, 알콕시기, 카르복실기, 아실기, 알콕시카르보닐기(에스테르) 및 아실옥시기와 결합해도 좋다.

이들의 치환기는 같거나 달라도 좋다. 또한, 다른 관능기가 이들의 치환기에 결합해도 좋고, 예를 들면 옥소기를 갖는 알킬기(2-옥소-프로필기 등)이어도 좋다.

또한, 본 발명에 사용되는 α,β-불포화 카르복실산류의 예로는 상기 α,β-불포화 카르복실산의 β탄소에 카르복실기가 결합한 화합물, 예를 들면, 말레산, 푸말산, 무수 말레산 등도 포함된다.

또한, 상기 α탄소와 β탄소는 알킬렌기 등을 통하여 환상 구조를 형성하여도 좋다. 이 환상 구조는 카르보닐 탄소(예를 들면, 환상 케톤 등) 또는 질소(예를 들면, 락탐 등)를 함유해도 좋다.

상기 α 또는 β탄소에 결합한 치환기 중에서는 원료의 입수 용이성의 점에서 알킬기 및 아릴기가 바람직하다.

상기 알킬기는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, 1-메틸프로필기, tert-부틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, 1-메틸부틸기, 2-메틸부틸기, 1-에틸프로필기, n-헥실기, 이소헥실기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 1-에틸부틸기 및 2-에틸부틸기가 포함된다. 이들 중에서는 메틸기, 에틸기 및 이소프로필기가 바람직하다.

상기 시클로알킬기는 시클로펜틸기, 시클로헥실기 및 시클로헵틸기가 포함된다. 이들 중에서는 시클로펜틸기 및 시클로헥실기가 원료의 입수 용이성의 점에서 바람직하다.

상기 아릴기는 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 및 나프틸기가 포함된다.

상기 아랄킬기는 벤질기 및 페네틸기가 포함된다. 이들 중에서는 벤질기 및 페네틸기가 원료의 입수 용이성의 점에서 바람직하다.

상기 알콕시기는 메톡시기 및 에톡시기가 포함된다.

상기 아실기는 포르밀기, 아세틸기 및 벤조일기가 포함된다.

상기 알콕시카르보닐기는 메톡시카르보닐기, 에톡시카르보닐기, n-프로폭시카르보닐기, 이소프로폭시카르보닐기, n-부톡시카르보닐기, 이소부톡시카르보닐기, tert-부톡시카르보닐기, n-펜틸옥시카르보닐기, 이소펜틸옥시카르보닐기, 헥실옥시카르보닐기, 이소헥실옥시카르보닐기, 시클로헥실옥시카르보닐기 및 벤질옥시카르보닐기가 포함된다. 이들 중에서는 원료의 입수 용이성의 점에서 메톡시카르보닐기 및 에톡시카르보닐기가 바람직하다.

상기 아실옥시기는 아세톡시기 및 벤조일옥시기가 포함된다.

본 발명의 방법에 있어서, 원료 화합물로서 사용되는 α,β-불포화 카르복실산류는 α,β-불포화 카르복실산, α,β-불포화 카르복실산 에스테르, α,β-불포화 아미드, α,β-불포화 알데히드 및 α,β-불포화 케톤을 포함한다.

본 발명에 따라서, 특히 상기 α,β-불포화 카르복실산 및 α,β-불포화 카르복실산 에스테르가 원료로서 사용되는 경우, 보다 고수율로 또한 고생산성으로 β-메르캅토 카르복실산류를 공업적으로 제조할 수 있다.

이 이유는 확실하지 않지만, 본 명세서에 기재된 제조 조건하에서 상기 α,β-불포화 카르복실산 또는 α,β-불포화 카르복실산 에스테르가 사용되면, 카르보닐기가 활성화됨으로써 이중 결합 부분의 반응성이 향상된다고 추정된다.

또한, 목적의 β-메르캅토 카르복실산류를 제조하기 위해서는 상기 β-메르캅토 카르복실산류와 대응하는 α,β-불포화 카르복실산류가 원료 화합물로서 선택된다.

예를 들면, β-메르캅토 카르복실산이 제조되는 경우, 상기 α,β-불포화 카르복실산만이 원료 화합물로서 선택될 수 있다.

상기 α, β-불포화 카르복실산의 구체예로서는 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 2-메틸크로톤산, 3-메틸크로톤산, 2-펜텐산, 2-헥센산, 푸말산, 말레산, 신남산, 알로신남산(allocinnamic acid), α-메틸신남산, 2-메틸신남산, 3-메틸신남산, 4-메틸신남산, 2, 3-디메틸신남산, 2,4-디메틸신남산, 3,4-디메틸신남산, 2-히드록시신남산, 3-히드록시신남산, 4-히드록시신남산, 2,3-디히드로신남산, 2,4-디히드로신남산, 3,4-디히드로신남산, 4-메틸-2-펜텐산, 1-시클로헥센 카르복실산, 1-시클로펜텐 카르복실산, 3-(2-푸릴)아크릴산, 2,5-디히드로티오펜-3-카르복실산 등이 포함된다.

이들 중에서 원료의 입수 용이성의 점에서 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 2-펜텐산, 푸말산, 말레산, 신남산 및 4-메틸-2-펜텐산이 바람직하다.

α, β-불포화 카르복실산 에스테르의 구체예로서는 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 프로필, 아크릴산 이소프로필, 아크릴산 부틸, 메타크릴산 메틸, 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 프로필, 메타크릴산 이소프로필, 메타크릴산 부틸, 크로톤산 메틸, 크로톤산 에틸, 크로톤산 프로필, 크로톤산 이소프로필, 크로톤산 부틸, 2-펜텐산 메틸, 2-펜텐산 에틸, 2-펜텐산 프로필, 2-펜텐산 이소프로필, 2-펜텐산 부틸, 푸말산 디메틸, 푸말산 디에틸, 푸말산 메틸, 푸말산 에틸, 푸말산 디프로필, 푸말산 디이소프로필, 푸말산 디부틸, 말레산 디메틸, 말레산 디에틸, 말레산 메틸, 말레산 에틸, 말레산 디프로필, 말레산 디이소프로필, 말레산 디부틸, 신남산 메틸, 신남산 에틸, 신남산 프로필, 신남산 이소프로필, 신남산 부틸, 알로신남산 메틸, 알로신남산 에틸, 4-메틸-2-펜텐산 메틸, 4-메틸-2-펜텐산 에틸, 4-메틸-2-펜텐산 프로필, 4-메틸-2-펜텐산 이소프로필, 4-메틸-2-펜텐산 부틸, 2,5-디히드로티오펜-3-카르복실산 메틸 등을 포함한다.

이들 중에서는 원료의 입수 용이성의 점에서 아크릴산 메틸, 메타크릴산 메틸, 크로톤산 메틸, 크로톤산 에틸, 2-펜텐산 메틸, 2-펜텐산 에틸, 4-메틸-2-펜텐산 메틸, 신남산 메틸 및 신남산 에틸이 더욱 바람직하다.

상기 α, β-불포화 아미드의 구체예로서는 아크릴아미드, N-메틸아크릴아미드, N-에틸아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-메틸메타크릴아미드, N-에틸메타크릴아미드, 크로톤산 아미드, N-메틸크로톤산 아미드, N-에틸크로톤산 아미드, 3-메틸크로톤산 아미드, 말레산 아미드, 신남산 아미드, N-메틸신남산 아미드, N-에틸신남산 아미드, α-메틸신남산 아미드, N-메틸-α-메틸신남산 아미드, N-에틸α-메틸신남산 아미드 등을 포함한다.

이들 중에서는 원료의 입수 용이성의 점에서 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-메틸메타크릴아미드, 크로톤산 아미드, 3-메틸크로톤산 아미드, 신남산 아미드가 더욱 바람직하다.

상기 α, β-불포화 알데히드의 구체예로서는 아크롤레인, 크로톤 알데히드, 3-메틸크로톤 알데히드, 2-펜텐 알데히드, 푸마르 알데히드, 말레 알데히드, 신남 알데히드, α-메틸신남 알데히드, 2-메틸신남 알데히드, 3-메틸신남 알데히드, 4-메틸신남 알데히드, 2-히드록시신남 알데히드, 3-히드록시신남 알데히드, 4-히드록시신남 알데히드 등을 포함한다

이들 중에서는 원료의 입수 용이성의 점에서 크로톤 알데히드, 3-메틸 크로톤 알데히드, 2-펜텐 알데히드 및 신남 알데히드가 더욱 바람직하다.

상기 α, β-불포화 케톤의 구체예로서는 메틸비닐케톤, 에틸비닐케톤, 3-펜텐-2-온, 4-페닐-3-펜텐-2-온, 3-헥센-2-온, 4-헥센-3-온, 1,3-디페닐-2-프로페논, 4-메틸-3-펜텐-2-온, 시클로펜텐-2-온(=시클로펜테논), 시클로헥센-2-온(=시클로헥세논), 시클로헵텐-2-온(=시클로헵테논), 카르본, 2(5H)-푸라논, 3-메틸-2(5H)-푸라논, 4-메틸-2(5H)-푸라논, 3,5-디메틸-2(5H)-푸라논, 5,6-디히드로-2H-피란-2-온, α-메틸렌-γ-부티로락톤, 3-메틸-2-시클로헥센-1-온 등을 포함한다.

이들 중에서는 원료의 입수 용이성의 점에서 메틸비닐케톤, 에틸비닐케톤, 시클로펜테논, 시클로헥세논 및 시클로헵테논이 더욱 바람직하다.

[β-메르캅토 카르복실산류]

본 발명에 따라 얻어지는 β-메르캅토 카르복실산류는 상기 α,β-불포화 카르복실산류의 α위치 및 β위치에 수소 원자 및 메르캅토기가 각각 결합된 것이다.

상기한 바와 같이, 목적으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류를 얻기 위해서는 상기 β-메르캅토 카르복실산류에 대응하는 α,β-불포화 카르복실산류만이 원료 화합물로서 선택될 수 있다.

바람직한 β-메르캅토 카르복실산류로서는 상기한 바와 같은 바람직한 α,β-불포화 카르복실산류의 β위치에 메르캅토기(-SH)가 결합되고, 카르보닐(C=O) 탄소에 인접하는 α탄소와 그 이웃의 β탄소가 단일 결합으로 결합한 화합물을 포함한다.

[황화 수소]

본 발명의 방법에 사용하는 황화 수소는 석유 정제에서 유래된 황화 수소 가스 또는 황의 수소화에 의해 얻어진 합성 황화 수소이어도 좋다.

황화 수소는 가스상으로 반응 장치에 공급되어도 좋고, 또는 반응에 사용하는 용매에 용해된 후에 공급되어도 좋다.

상기 황화 수소가 가스상으로 공급되는 경우, 황화 수소 가스가 가압되고 반응액상의 스페이스에 공급되거나 가스 분산 장치를 통해 반응액에 공급되어도 좋다.

용매에 용해된 후 황화 수소가 공급되는 경우, 용매에 황화 수소를 용해시키기 위한 믹서로 상기 황화 수소가 공급되어 반응액 중에 용해된다.

또한, 취급 효율성을 개선하기 위해서, 반응액 중에 황화 수소 가스가 발생되어도 좋다.

즉, 황화 나트륨, 수황화 나트륨, 황화 암모늄 등의 황화염 또는 수황화염을 반응액 중에서 중화해서 황화 수소 가스를 발생시킴으로써 반응액에 황화 수소 가스를 공급해도 좋다.

상기 황화 수소의 사용량은 α,β-불포화 카르복실산류의 C-C 이중 결합 1몰에 대하여, 0.7∼7몰이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.0∼5몰이고, 가장 바람직하게는 1.1∼4몰이다.

상기 황화 수소의 몰수가 0.7미만일 경우, 부생성물인 황화합물이 주생성물이 되고, 이것은 바람직하지 못하다. 상기 황화 수소의 몰수가 7을 초과하는 경우, 상기 β-메르캅토 카르복실산류의 수율 저하는 없지만, 미반응된 황화 수소의 회수를 위한 설비가 대규모가 되고, 이러한 대규모 설비는 실용적이지 않다.

반응전에 황화 수소 가스가 용매에 용해되어 있는 경우, 반응액의 온도를 10℃이하로 유지하면서 황화 수소 가스가 반응액 중에 공급되어 용해되어 있는 것이 바람직하다.

[용매]

본 발명의 반응에 사용하는 용매는 식(1)로 나타내어지는 구조를 지닌 화합물이다:

[식(1) 중 R¹은 수소 원자, 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알콕시기, 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알킬기, 아미노기 및 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알킬아미노기 중 어느 하나를 나타내고; R² 및 R³은 각각 독립적으로 수소 원자 및 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알킬기 중 어느 하나를 나타내고; R² 및 R³이 각각 수소 원자가 아닐 경우, R²와 R³은 서로 알킬렌기를 통하여 환구조를 형성하여도 좋고; 또한 R¹과 R²가 각각 수소 원자가 아닐 경우, R¹과 R²가 알킬렌기를 통하여 환구조를 형성해도 좋다.]

상기의 용매로서는 아미드기 또는 아미드기의 수소가 알킬기로 치환된 기(이하, 이들을 합쳐서 단지 아미드기라고 한다), 우레아기 및 우레탄기로부터 선택되는 1종 이상의 기를 분자내에 갖는 용매를 포함한다.

상기 용매는 단독으로 또는 2종이상의 혼합물로서 사용해도 좋고, 또한 물을 함유해도 좋다.

상기 용매는 상기 용매의 종류에 대한 어떠한 한정없이 황화 수소 및 원료 화합물로서 사용되는 α,β-불포화 카르복실산류의 용해도 및 반응성 등을 감안해서 선택하면 된다.

상기 식(1)로 나타내어지는 구조를 갖는 용매로서는 직쇄 구조를 갖는 용매 이외에, 환상 구조를 갖는 용매도 포함한다.

상기 용매는 상온에서 액상인 용매가 바람직하다. 그러나, 상온에서 액상인 아미드기, 우레아기 및 우레탄기로부터 선택되는 1종 이상의 기를 갖는 용매와의 혼합물로서 사용되는 경우 또는 물에 용해된 후 사용되는 경우에는 실온에서 결정화되는 화합물이 용매로서 사용되어도 좋다.

R²와 R³이 서로 알킬렌기를 통하여 환구조를 형성하는 용매는 N-아세틸모르폴린, N-아세틸피페리딘, N-아세틸피롤리딘 및 N-아세틸피페라진을 포함한다.

또한, R¹과 R²가 알킬렌기를 통하여 환구조를 형성하는 용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N-에틸-2-피롤리돈, N-부틸-2-피롤리돈 및 N-아세틸-2-피롤리돈을 포함한다.

본 발명의 반응에 사용할 수 있는 바람직한 용매는 이하를 포함한다.

그 구체예로는 N,N-디메틸포름아미드(DMF), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 1-에틸-2-피롤리디논, 1-메틸-2-피페리돈, 1-부틸-2-피롤리디논, 1-에틸-2-피페리돈, 1,3-디메틸피페리돈, 1,3-디메틸-3,4,5,6-테트라히드로-2(1H)-피리미디논, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논(DMI), 1,3-디에틸-2-이미다졸리디논, 2-피롤리디논, γ-부티로락탐, 포름아미드, N-메틸포름아미드, N-에틸포름아미드, 아세트아미드, N-메틸아세트아미드, N-에틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디에틸아세트아미드, N-메틸프로판아미드 및 N-에틸프로판아미드를 포함한다.

이들의 용매 중에서 N,N-디메틸포름아미드(DMF), 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논(DMI) 및 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)이 보다 고수율로, 또한 보다 높은 생산성으로 β-메르캅토 카르복실산류를 공업적으로 생산할 수 있는 점에서 특히 바람직하다.

상기한 바와 같이 본 발명의 방법에 따라서 이들 용매가 물을 함유해도 좋다.

상기 용매가 물을 함유하는 경우, 상기 용매 중의 물의 양은 1∼50질량%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1∼30질량%, 가장 바람직하게는 10∼20질량%이다.

상기 용매는 α,β-불포화 카르복실산류 100질량부에 대하여, 200∼3500질량부의 비율로 사용되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 300∼2000질량부, 가장 바람직하게는 400∼1500질량부이다.

상기 용매의 사용량이 200질량부 미만이면 부반응이 쉽게 진행되고, 그 경우에는 β-메르캅토 불포화 카르복실산류의 수율이 저하될 우려가 있다.

상기 용매의 사용량이 3500질량부를 초과하면 상기 부반응이 억제되어, β -메르캅토 불포화 카르복실산류의 수율이 향상한다. 그러나, 상기 반응액의 농도가 희석되기 때문에 생산성이 저하한다. 따라서, 상기 용매의 사용량은 반응 수율과 생산성간의 균형을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.

[수소 이온 농도]

본 발명에서 사용되는 반응에 있어서, 상기 반응액의 수소 이온 농도(반응액의 pH)가 중요하다.

상기 반응 전의 pH는 반응액에 함유되는 황화 수소가 가스화가 되는 것을 억제하기 위해 모든 원료 화합물을 함유하는 반응액의 온도가 6℃로 조정될 때, 측정된다.

상기 반응 후의 pH는 과잉의 황화 수소 가스가 기화하고, 상기 반응액이 포화 상태가 될 때까지 반응 용기를 열어 25℃에서 상기 반응 용액을 충분히 방치한 후에 측정된다.

상기 반응 전 및 반응 후의 pH는 각각 pH 6.0∼8.5의 범위인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 각각 pH 6.5∼8.0의 범위이다.

상기 반응 전 및 반응 후의 pH가 6.0∼8.5의 범위에 있을 경우, 특별히 pH의 조정은 필요 없다. 그러나, 상기 pH의 상기 범위외일 때는 pH 조정제를 이용하여 pH값을 조절해서 상기 범위내로 하는 것이 보다 바람직하다.

모든 원료의 첨가 후의 상기 반응액의 pH가 6.0미만일 때는 pH 조정제로서 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 함유하는 염기성 물질 또는 유기 염기를 사용해서 상기 pH를 조정하는 것이 바람직하다.

상기 pH가 8.5를 초과할 때는 광물산 또는 저급 카르복실산 등으로 대표되는 유기산을 사용하여 pH를 조정하는 것이 바람직하다.

상기 pH가 6.0미만일 때는 반응이 느리게 진행되고, 상기 pH가 8.5를 초과할 때는 부반응이 빠르게 진행된다. 어느 쪽의 경우도 목적이 되는 화합물의 수율을 저하한다.

그 이유는 명백하지 않지만, 상기 반응액의 pH가 6.0미만일 경우에는 그 이유는 이하와 같다고 추정된다. 상기 pH에 대응하는 반응액의 산해리 정수(pKa)가 상기 황화 수소의 pKa 보다 낮기 때문에 활성종인 수황화물 음이온(HS^-)의 생성이 적어져 수율이 저하된다.

상기 반응액의 pH가 8.5를 초과할 경우, 그 이유는 이하와 같다고 추정된다. 상기 pH에 대응하는 반응액의 pKa가 황화 수소로부터 유래된 수황화물 음이온과 생성물인 β-메르캅토 카르복실산류로부터 유래된 수황화물 음이온의 양자의 pKa보다 높게 된다. 따라서, 각각의 음이온이 원료 화합물인 α,β-불포화 카르복실산류와 반응해서 황화 수소와 반응하는 α,β-불포화 카르복실산류의 양을 감소시켜 수율이 저하된다.

[pH 조정제]

pH 조정제로서 염기성 물질을 사용할 경우, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 함유하는 염기성 물질(이하, "금속 함유 염기성 물질"이라고도 한다) 또는 유기 염기성 물질 등을 포함한다. 산성 물질을 사용할 경우, 상기 산성 재료의 예로는 광물산, 저급 카르복실산 등을 포함한다.

상기 금속 함유 염기성 물질에 함유되는 알칼리 금속으로서는 리튬, 나트륨 및 칼륨을 포함한다. 상기 금속 함유 염기성 물질에 함유되는 알칼리 토류 금속은 마그네슘 및 칼슘이 바람직하다. 이들의 금속은 1종만으로 또는 2종류 이상의 혼합물로서 사용해도 좋다.

상기 알칼리 금속 또는 상기 알칼리 토류 금속은 수산화물, 산화물, 유기 금속, 알콕시드 화합물, 질산염, 황산염, 시안화물, 황화물 또는 황화 수소로서 입수할 수 있고, 이들 중 어느 것이나 사용할 수 있다.

이들 중에서도 수산화물, 산화물, 유기 금속, 알콕시드 화합물, 황화물 및 황화 수소 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.

유기 염기성 물질로서는 일반적으로 아민류를 사용할 수 있다. 상기 아민류는 암모니아, 에틸아민, 프로필아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 디이소프로필아민, 디프로필아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 피리딘 및 모르폴린을 포함한다. 바람직하게는 디메틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민 및 피리딘이 사용된다.

광물산은 황산, 염산, 질산 등을 포함한다. 저급 카르복실산은 포름산, 아세트산 등을 포함한다.

상기 α,β-불포화 카르복실산과 아미드계 용매, 즉 상술한 바와 같이 아미드기를 함유하는 용매 또는 아미드기의 수소가 알킬기로 치환된 용매를 혼합했을 때의 상기 pH가 특정 범위에 있는 경우에는, 상기 반응이 상기 pH 그대로 행해져도 좋다. 이 경우, 어떠한 pH 조정제를 함유하지 않고 반응을 진행한다.

한편, 상기 pH 조정제가 상기 촉매량에 함유되는 경우에는 상기 반응이 가속된다. 따라서, 소량의 pH 조정제가 첨가되는 것이 바람직하다.

상기 pH 조정제의 첨가량은 원료인 α,β-불포화 카르복실산류 1몰에 대하여, 0.01당량∼0.3당량이 일반적이고, 상기 범위내에서 상기 반응이 신속히 진행한다.

그 이유는 확실하지는 않지만, pH 조정제로서의 금속류 또는 유기 염기류가 수황화물 음이온의 생성을 촉진하도록 작용하여 용매만을 첨가했을 때와 비교해서 반응성이 향상한다고 추정된다.

[반응 농도]

상기 α, β-불포화 카르복실산류의 반응액 중의 농도는 3∼35질량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 5∼30질량%이며, 7∼20질량%가 가장 바람직하다.

3질량%미만의 반응 농도에서는 상기 반응이 매우 느리게 진행되고, 35질량%보다 높은 반응 농도에서는 부반응으로 인하여 수율이 저하된다.

[반응 온도]

반응 온도는 70∼200℃가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 90∼150℃이고, 가장 바람직한 것은 95∼120℃이다.

70℃미만의 온도에서는 반응이 느리게 진행되고, 200℃를 초과하는 온도에서는 부반응으로 인하여 수율이 저하되는 경우가 있다.

가열에 의해 휘발성 가스가 발생하기 때문에, 유기 용제 및 황화 수소 가스가 외부로 누출되는 것을 억제하기 위해서 폐쇄계의 반응기가 사용되는 것이 바람직하다.

반응 온도가 70℃미만 일 때, 그 이유는 확실하지는 않지만, 상기 반응의 활성화 에너지를 초월하는 것이 곤란하고, 그 결과, 상기 반응이 효율적으로 진행되지 않는 것이라 추정된다.

상기 반응 온도가 200℃를 초과하는 경우, 이하와 같이 추정된다. α,β-불포화 카르복실산류에 대한 황화 수소의 부가반응과 α,β-불포화 카르복실산류에 대한 반응에 의해 생성되는 β-메르캅토 카르복실산류의 부가 반응의 양자의 활성화 에너지는 초월된다. 따라서, 양 반응이 동시에 진행하고, 그 결과, 양쪽 반응이 되어 수율이 저하된다.

[반응 시간]

상기 반응 시간은 0.1∼12시간의 범위로 조절할 수 있다. 일반적으로는 2∼8시간으로 반응은 종료한다.

예를 들면, 원료 화합물로서 크로톤산을 사용하는 반응에 있어서, 통상 약 4시간으로 원료의 전화율이 95%이상이 된다.

상기 반응의 종점은 예를 들면 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC), 가스 크로마토그래피(GC) 등에 의한 상기 원료 화합물의 전화율 또는 β-메르캅토 카르복실산류의 반응액 중의 농도의 분석으로 판단할 수 있다.

[반응 압력]

반응 압력은 0.1∼3MPa가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.2∼2MPa이며, 가장 바람직한 것은 0.4∼1.5MPa이다.

0.1MPa미만의 압력에서는 반응이 느리게 진행된다. 3MPa를 초과하는 압력은 반응 장치의 설비 관리 및 안전성의 점에서 바람직하지 않다.

[정제]

반응 후의 반응계로부터 β-메르캅토 카르복실산류를 정제(단리)하는 방법에 대해서는 특별히 제한은 없다. 그러나, 반응액으로부터 발생되는 폐액의 제어 및 공정 단축의 관점으로부터 반응액을 직접 증류하는 정제법 또는 재결정에 의한 정제법이 바람직하다.

예를 들면, 용매에 불용한 고형 성분을 여과에 의해 제거한 후, 반응 혼합물전체를 증류하는 방법(직접 증류법)을 채용할 수 있다. 그 밖의 방법으로서는 예를 들면, 상기 반응 혼합물에 아세트산 에틸이나 톨루엔 등의 유기 용제를 첨가함으로써 상기 β-메르캅토 카르복실산류가 추출되고, 그 얻어진 것이 유기상과 수상으로 분리된 후, 유기상을 증류하는 방법(추출/증류법) 등을 포함한다.

본 발명에서는 β-메르캅토 카르복실산류의 물성에 상관없이 어느 쪽의 방법도 채용할 수 있다. 그러나, 수용성이 높은 β-메르캅토 카르복실산류에 대해서는 직접 증류법이 바람직하고, 유기 용제로 추출할 수 있는 β-메르캅토 카르복실산류에 대해서는 추출/증류법이 바람직하다.

상기 β-메르캅토 카르복실산을 함유하는 반응액이 직접 증류법에 의해 처리될 경우, pH 조정제로서 사용되는 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 수산화물이나 산화물 또는 유기 염기와 β-메르캅토 카르복실산의 반응으로 인하여 β-메르캅토 카르복실산의 염이 형성되는 경우가 있다.

상기 β-메르캅토 카르복실산의 염이 형성되면, 증류로부터 회수된 산의 양이 감소된다. 이것을 회피하기 위해서, 사용되는 pH 조정제의 양과 동등한 양에서 약간 과량으로 황산, 질산, 염산 등을 첨가함으로써 반응액을 산성으로 한 후 상기 반응액을 증류시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 α,β-불포화 카르복실산 또는 α,β-불포화 카르복실산 아미드로부터 합성된 β-메르캅토 카르복실산 및 β-메르캅토 카르복실산 아미드 중에는 높은 결정성을 지닌 화합물이 있다.

합성된 β-메르캅토 카르복실산 및 β-메르캅토 카르복실산 아미드가 높은 결정성을 가질 경우, 합성된 β-메르캅토 카르복실산류와 높은 친화성을 갖는 용제로 추출하고, 그 얻어진 것을 결정화함으로써 목적으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류가 정제(단리)될 수 있다.

증류에 의한 정제의 경우, 증류에 사용하는 증류 장치는 특별히 제한되지 않고, 배치식 증류장치, 연속식 증류장치, 탑형식 증류장치 등의 공지의 증류장치를 사용할 수 있다.

공업적으로 대량으로 증류가 행해질 경우에는 품질 안정화 및 생산성 향상 등의 관점으로부터 가열기, 정류탑 및 응축기로 이루어지는 연속 정류장치를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 재결정법은 통상, 목적으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류가 상온에서 고체인 화합물인 경우에 적용 가능하다.

상기 재결정법은 상기 β-메르캅토 카르복실산류가 낮은 용해도를 갖는 빈용매의 첨가에 의한 빈용매 정석, 산 또는 염기의 첨가에 의한 중화 정석, 상기 반응액의 냉각에 의한 냉각 정석 등에서 선택되는 어느 쪽의 형태라도 좋다.

상술한 바와 같은 조건을 만족시킴으로써 상기 β-메르캅토 카르복실산류가 높은 생산성으로 제조된다.

(실시예)

이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 참조하여 본 발명이 더욱 구체적으로 설명되지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이하의 예 중 특별히 명시하지 않는 한, 「%」는 질량 기준이다.

또한, 반응 개시 시간 및 반응 개시 압력에 대해서는, 상기 반응 시간은 상기 반응액의 온도가 소정의 반응온도에 도달했을 때이고, 그 반응 개시시의 압력이 상기 반응 개시 압력으로서 기재된다.

또한, 반응 시간은 반응 온도가 소정 온도에 도달한 이후의 경과된 시간을 나타낸다.

또한, H₂S당량/크로톤산은 크로톤산의 1당량에 대해 공급된 H₂S의 당량수를 나타낸다.

또한, 염기 당량/크로톤산은 크로톤산 1당량에 대해 첨가된 염기(pH 조정제)의 당량수를 나타낸다.

또한,「pH」는 이하의 pH 미터를 이용하여 측정했다.

pH계: 디지털 pH 컨트롤러 타입 FD-02, Tokyo Glass Kikai Co., Ltd. 제작

pH전극: pH 컨트롤러용 전극 타입 CE-108C, Tokyo Glass Kikai Co., Ltd. 제작

실시예에 있어서, 각 성분은 고성능 액체 크로마토그래피 분석(이하,「HPLC 분석」이라고 한다.)으로 측정되었다. 그 분석 조건은 이하와 같다.

컬럼: Shodex NN-814(길이 20cm, 내경 0.5cm, Showa Denko K.K. 제작);

컬럼 온도: 40℃;

용리액: 0.1% H₃PO₄, 8mM KH₂PO₄;

유량: 1.5mL/min,

검출: RI, UV(검출 파장, 210nm).

「용매 검토」

실시예 1

하스텔로이 C(등록상표)재질의 500mL 오토클레이브에 N,N-디메틸포름아미드 (357g, Junsei Chemical Co., Ltd. 제작)을 넣고, 크로톤산(34.0g, 0.40몰, Tokyo Chemical Ind. Co., Ltd. 제작) 및 pH 조정을 위한 염기로서 10% 수산화 나트륨 수용액(이온 교환수를 증류함으로써 얻어진 정제수에 용해된 고체의 수산화 나트륨의 용액)을 4.7g 첨가했다. 이어서, 얻어진 것을 교반하여 균일한 액체를 제조했다.

상기 용액의 온도를 2℃부터 7℃의 범위로 유지하면서, 상기 용액은 황화 수소(26.9g, 0.79몰; H₂S당량/크로톤산 2.0, Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd. 제작)를 흡수했다.

또한, 황화 수소의 흡수 후의 액체에 pH 전극이 침지된 후, 6℃에서 pH가 측정되고 7.3의 값을 나타내었다.

이어서, 상기 오토클레이브가 밀폐되었고, 온도가 100℃로 상승되어 5시간 동안 상기 반응이 행했졌다.

상기 반응 종료 후, 상기 반응기가 25℃까지 냉각되었다. 이어서 오토클레이브내의 용액으로부터 샘플을 취하고, HPLC를 이용하여 분석해서 3-메르캅토부탄 산(40g, 0.33몰; 수율 84%)의 생성을 확인했다. 크로톤산의 전화율은 99%이었다.

또한, 상기 반응 압력은 상기 반응 개시시에 0.5MPa이고, 상기 반응 종료시에는 0.4MPa이었다. 상기 반응 장치를 열고, 용해된 황화 수소가 남은 반응액의 pH를 측정하면, 25℃에서의 pH는 6.7이었다.

실시예 2∼5

크로톤산량, 용매량 및 황화 수소량(H₂S당량/크로톤산)은 변경하지 않지만, 용매의 종류 및 반응 온도를 변경하여 검토를 행했다.

즉, 용매의 종류, 황화 수소량(H₂S당량/크로톤산) 및 반응 온도가 표 1에 기재된 바와 같이 변경된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 반응이 행해졌다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

비교예 1∼4

크로톤산량 및 용매량은 변경하지 않지만, 용매의 종류, 황화 수소량(H₂S당량/크로톤산) 및 반응 온도를 변경하여 검토를 행했다.

즉, 용매의 종류, 황화 수소량(H₂S당량/크로톤산) 및 반응 온도를 표 1에 기재된 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 반응이 행해졌다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

「염기(pH 조정제)의 검토」

실시예 6

하스텔로이 C(등록 상표)재질의 500mL 오토클레이브에 N-메틸피롤리돈(303g, Junsei Chemical Co., Ltd. 제작) 및 정제수(54g)를 넣고, 크로톤산(34.0g, 0.40몰) 및 pH 조정을 위한 염기로서 10% 수산화 나트륨 수용액(정제수에 용해된 고체의 수산화 나트륨의 용액)을 4.7g 첨가했다, 이어서, 그 얻어진 것을 실온에서 교반하여 균일한 용액을 제조했다. 상기 용매 중의 물의 함량은 16.1%이었다.

상기 용액의 온도를 2℃∼7℃의 범위로 유지하면서, 상기 용액은 황화 수소 (26.9g, 0.79몰; H₂S당량/크로톤산 2.0, Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd. 제작)를 흡수했다.

또한, 황화 수소 흡수 후의 액체에 pH 전극이 침지된 후, 6℃에서 상기 pH를 측정했고, 7.3의 값을 나타냈다.

이어서, 상기 오토클레이브가 밀폐되었고, 온도를 100℃로 상승시켰고, 그 반응을 5시간 동안 행했다.

반응 종료 후, 상기 반응기가 25℃까지 냉각되었다. 이어서, 오토클레이브내의 용액으로부터 샘플이 취해졌고, HPLC를 이용하여 분석해서 3-메르캅토부탄산 (39g, 0.33몰; 수율 82%)의 생성을 확인했다. 크로톤산의 전화율은 97%이었다.

또한, 반응 압력은 반응의 개시시에 0.5MPa이었고, 반응의 종료시에 0.4MPa이었다. 상기 반응장치를 열고, 용해된 황화 수소가 남은 반응액의 pH를 측정하면, 25℃에서의 pH는 6.7이었다.

실시예 7∼15

크로톤산량 및 용매량은 변경하지 않지만, 염기(pH 조정제)의 종류 및 염기 당량/크로톤산을 변경하여 검토를 행했다.

즉, 염기(pH 조정제)의 종류 및 염기량(염기 당량/크로톤산)을 표 2에 기재된 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 반응을 행했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

[pH의 검토]

실시예 16∼18, 실험예 1∼3

크로톤산량 및 용매량은 변경하지 않지만, 염기량을 변경하여 검토를 행했다.

즉, 염기량(염기 당량/크로톤산)을 표 3에 기재된 바와 같이 변경한 것 이외는 실시예 6과 동일한 방법으로 반응을 행했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

[크로톤산(α,β-불포화 카르복실산류) 농도의 검토]

실시예 19∼21

용매량은 변경하지 않지만 상기 크로톤산량을 표 4에 기재된 바와 같이 변경하여 검토를 행했다. 또한, 염기량(염기 당량/크로톤산) 및 황화 수소량(H₂S당량/크로톤산)은 변경하지 않고 검토를 행했다.

즉, 크로톤산량을 표 4에 기재된 바와 같이 변경하는 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 반응을 행했다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.

[온도의 검토]

실시예 22

하스텔로이 C(등록상표)재질의 500mL 오토클레이브에 N-메틸피롤리돈(242g) 및 정제수(44g)을 넣고, 크로톤산(59g, 0.69몰) 및 10% 수산화 나트륨 수용액(정제수에 용해된 고체의 수산화 나트륨의 용액)을 8.5g 첨가했다. 얻어진 것을 실온에서 교반하여 균일한 용액을 제조했다.

상기 용액의 온도를 2∼7℃의 범위로 유지하면서, 상기 용액이 황화 수소(48g, 1.4몰, H₂S당량/크로톤산, Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd. 제작)를 흡수했다.

또한, 황화 수소 흡수 후의 액체에 pH 전극을 침지하고, 이어서 6℃에서 pH를 측정하였고, 7.3의 값을 나타냈다.

이어서, 오토클레이브를 밀폐시키고, 온도를 70℃로 올려서 상기 반응을 4시간 동안 행했다.

상기 반응 종료 후, 반응기를 25℃까지 냉각했다. 이어서 오토클레이브내의 용액으로부터 샘플이 취해져 HPLC를 이용하여 분석해서 3-메르캅토부탄산(48.6g, 0.40몰, 수율 59%)의 생성을 확인했다. 상기 크로톤산의 전화율은 65%이었다.

또한, 반응 압력은 반응의 개시시에 1.2MPa이었고, 반응의 종료시에 0.8MPa이었다. 상기 반응 장치를 열고, 용해된 황화 수소가 남은 반응액의 pH를 측정하면, 25℃에서의 pH는 6.8이었다.

실시예 23∼24

크로톤산량 및 용매량은 변경하지 않고 반응 온도만을 변경해서 검토를 행했다.

즉, 반응 온도를 표 5에 기재된 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 22와 동일한 방법으로 반응을 행했다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

[H₂S당량/크로톤산(크로톤산 1당량에 대한 황화 수소의 당량수)의 검토]

실시예 25

하스텔로이 C(등록상표)재질의 500mL 오토클레이브에 N-메틸피롤리돈(357g) 및 정제수(55.1g)를 넣고, 크로톤산(5.7g, 0.066몰) 및 10% 수산화 나트륨 수용액(정제수에 용해된 고체의 수산화 나트륨의 용액)을 0.3g 첨가했다. 이어서, 얻어진 것을 실온에서 교반하여 균일한 용액으로 제조했다.

상기 용액의 온도를 2∼7℃의 범위로 유지하면서 상기 용액이 황화 수소(4.5g, 0.13몰, H₂S당량/크로톤산 2.0, Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd. 제작)를 흡수하였다.

또한, 황화 수소 흡수 후의 액체에 pH 전극을 침지하고, 이어서, 6℃에서 pH를 측정하였고, 7.2의 값을 나타내었다.

이어서, 오토클레이브가 밀폐되고, 온도가 130℃로 상승되고, 반응이 4시간 동안 행해졌다.

반응 종료 후, 반응기가 25℃까지 냉각되었다. 이어서, 오토클레이브내의 용액으로부터 샘플을 취하고, HPLC를 사용하여 분석해서 3-메르캅토부탄산(6.0g, 0.050몰, 수율 75%)의 생성을 확인했다. 크로톤산의 전화율은 80%이었다.

또한, 상기 반응 압력은 반응의 개시시에 0.13MPa이었고, 반응의 종료시에 0.06MPa이었다. 상기 반응장치를 열고, 용해된 황화 수소가 남은 상기 반응액의 pH를 측정하면, 25℃에서의 pH가 7.1이었다.

실시예 26∼27

크로톤산량 및 용매량은 변경하지 않지만 황화 수소량(H₂S당량/크로톤산)만을 변경해서 검토를 행했다.

즉, 황화 수소량(H₂S당량/크로톤산)을 표 6에 기재된 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 25와 동일한 방법으로 반응을 행했다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명의 방법에 따라서, 상기 β-메르캅토 카르복실산류가 고순도로 제조된다. 본 발명의 방법에 의해 얻어지는 β-메르캅토 카르복실산류는 고분자 화합물의 첨가제, 다른 반응성 화합물의 제조 원료 등으로서 유용하다.

Claims

황화 수소, 용매, 및 α,β-불포화 카르복실산, α,β-불포화 카르복실산 에스테르, α,β-불포화 아미드, α,β-불포화 알데히드 및 α,β-불포화 케톤으로부터 선택되는 α,β-불포화 카르복실산류 중 어느 하나로 이루어지는 액체, 또는
황화 수소, 용매, pH 조정제, 및 α,β-불포화 카르복실산, α,β-불포화 카르복실산 에스테르, α,β-불포화 아미드, α,β-불포화 알데히드 및 α,β-불포화 케톤으로부터 선택되는 α,β-불포화 카르복실산류 중 어느 하나로 이루어지는 액체를 조제하는 공정; 및
이어서, 상기 액체를 90∼150℃ 범위에서 고체촉매 없이 가열하여, 상기 α,β-불포화 카르복실산류 중 어느 하나와 상기 황화 수소를 반응시킴으로써, 사용되는 상기 α,β-불포화 카르복실산류에 대응하는 β-메르캅토 카르복실산, β-메르캅토 카르복실산 에스테르, β-메르캅토 아미드, β-메르캅토 알데히드 및 β-메르캅토 케톤으로부터 선택되는 β-메르캅토 카르복실산류 중 어느 하나를 제조하는 공정을 포함하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법으로서,
상기 α,β-불포화 카르복실산류 중 어느 하나와 상기 황화 수소가 반응하기 전에 상기 액체는 6℃에서 측정된 pH가 6.0∼8.5의 범위에 있고,
상기 pH 조정제는 광물산, 저급 카르복실산, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속을 함유하는 염기성 물질, 및 암모니아, 에틸아민, 프로필아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 디이소프로필아민, 디프로필아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 피리딘 및 모르폴린 중에서 선택되는 유기 염기성 물질 중에서 선택되고,
상기 용매는 식(1)로 나타내어지는 화합물 및 상기 식(1)로 나타내어지는 화합물과 물을 포함하는 혼합 용매로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.

[식 중 R¹은 수소 원자, 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알콕시기, 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알킬기, 아미노기 및 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알킬아미노기 중 어느 하나를 나타내고; R² 및 R³은 각각 독립적으로 수소 원자 및 탄소 원자 1∼5개를 갖는 알킬기 중 어느 하나를 나타내고; R²와 R³이 모두 수소 원자가 아닐 경우, R²와 R³은 서로 알킬렌기를 통하여 환구조를 형성해도 좋고; 또한, R¹과 R²가 모두 수소 원자가 아닐 경우, R¹과 R²는 알킬렌기를 통하여 환구조를 형성해도 좋다.]
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제 1 항에 있어서,
상기 혼합 용매에 함유된 물의 양은 1∼50질량%인 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 식(1)로 나타내어지는 화합물은 N-메틸포름아미드(MFA), N,N-디메틸포름아미드(DMF), N-에틸포름아미드(EFA), N,N-디에틸포름아미드(DEF), N,N-디메틸아세트아미드(DMA), 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논(DMI) 및 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.
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제 1 항에 있어서,
상기 α,β-불포화 카르복실산류는 α,β-불포화 카르복실산 또는 α,β-불포화 카르복실산 에스테르인 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.
제 1 항, 제 4 항, 제 5 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 α,β-불포화 카르복실산은 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 2-펜텐산, 신남산, 2-메틸신남산, 3-메틸신남산, 4-메틸신남산, 2,3-디메틸신남산, 2,4-디메틸신남산, 3,4-디메틸신남산, 2-히드록시신남산, 3-히드록시신남산, 4-히드록시신남산, 2,3-디히드로신남산, 2,4-디히드로신남산, 3,4-디히드로신남산, 2-헥센산 및 4-메틸-2-펜텐산 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.
제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 α,β-불포화 카르복실산 에스테르는 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 프로필, 아크릴산 부틸, 메타크릴산 메틸, 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 프로필, 메타크릴산 부틸, 크로톤산 메틸, 크로톤산 에틸, 크로톤산 프로필, 크로톤산 부틸, 2-펜텐산 메틸, 2-펜텐산 에틸, 2-펜텐산 프로필 및 2-펜텐산 부틸 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 α,β-불포화 케톤은 시클로펜테논, 시클로헥세논 및 시클로헵테논 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 β-메르캅토 카르복실산류의 제조방법.