KR101393945B1 - 사이클릭 티오우레아의 사용에 의한 바이사이클릭 구아니딘의 제조방법 - Google Patents

사이클릭 티오우레아의 사용에 의한 바이사이클릭 구아니딘의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 사이클릭 티오우레아를, 실질적 비-탄화수소 용매 중에서 140℃ 이상의 온도로 가열하여 바이사이클릭 구아니딘을 형성하는 단계를 포함하는, 바이사이클릭 구아니딘의 제조방법에 관한 것이다.

Description

사이클릭 티오우레아의 사용에 의한 바이사이클릭 구아니딘의 제조방법{METHOD FOR PRODUCING BICYCLIC GUANIDINES BY USE OF A CYCLIC THIOUREA}
본 발명은 바이사이클릭 구아니딘의 제조방법에 관한 것이다.
바이사이클릭 구아니딘, 예를 들어, 1,5,7-트리아자바이사이클로[4.4.0]데크-5-엔(TBD)은 화학적으로 활성이어서, 다양한 화학 반응을 촉매작용하는데 사용될 수 있다. (임의의 반응용) 촉매로서 바이사이클릭 구아니딘의 상업적인 개발에 있어서 중요한 고려사항은, 바이사이클릭 구아니딘이 구입하기에 비교적 저렴해야 하거나 용이하게 생산되어야 한다는 점이다. 그러나, 바이사이클릭 구아니딘의 공지된 합성 방법은 종종 복잡하고/하거나, 다단계의 합성 공정의 사용을 종종 포함하고/하거나, 다양한 방면에서 해로울 수 있는 매우 값비싼 출발 물질의 사용을 요구한다.
본 발명은, 사이클릭 티오우레아를, 실질적 비-탄화수소(non-hydrocarbon solvent) 용매 중에서 140℃ 이상의 온도로 가열하여 바이사이클릭 구아니딘을 형성하는 단계를 포함하는, 바이사이클릭 구아니딘의 제조방법에 관한 것이다.
본원에서 사용하는 경우, 구체적으로 다르게 언급하지 않는 한, 모든 수치, 예를 들어 값, 범위, 양 또는 %를 나타내는 수치는, "약" 이라는 용어가 명확하게 기재되어 있지 않아도, 상기 "약"이라는 표현이 앞에 존재하는 것 같이 이해될 것이다. 복수형은 단수형을 포함하고, 그 반대도 마찬가지이다. 예를 들어, (청구의 범위를 포함하는) 본원에서 "단수형"인 (아미노알킬) 아민 및 "단수형"인 카보네이트가 지칭되어 있어도, (복수 종의) (아미노알킬) 아민 및/또는 카보네이트의 조합이 사용될 수 있다.
본원에서 사용시 "복수"란 2개 이상을 의미한다.
본원에서 사용시 "포함한다" 등은 "제한없이 포함함"을 의미한다.
임의의 수치 범위의 값을 지칭하는 경우, 이러한 범위는 언급된 최소값과 최대값 사이의 범위 내의 각각 및 모든 수 및/또는 분수를 포함하는 것으로 이해되어야만 한다.
본 발명은 바이사이클릭 구아니딘의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은, 사이클릭 티오우레아를, 실질적 비-탄화수소 중에서 140℃ 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 바이사이클릭 구아니딘의 제조방법에 관한 것이다. 본원에서 개시된 방법에 의한 바이사이클릭 구아니딘의 제조가 85% 이상, 예를 들어 90 내지 95%의 바이사이클릭 구아니딘 반응 생성물의 수율을 제공할 수 있다는 점이 놀랍게도 발견되었다. 임의의 특정한 이론으로 한정하고자 하는 것은 아니지만, 개시된 방법을 사용하여 수득될 수 있는 높은 수율은, 상기 사이클릭 티오우레아의 가열 공정 동안 비-탄화수소 용매가 사용되는 것에 기인하는 것으로 여겨진다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서 개시된 방법은, 바이사이클릭 구아니딘 반응 생성물을 수득하기 위해서, 실질적 비-탄화수소 용매 중에서 140℃ 이상, 예를 들어 140℃ 내지 250℃, 또는 250℃ 이상의 온도로 사이클릭 티오우레아를 가열시키는 단계를 포함한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 적합한 실질적 비-탄화수소 용매는, 이로서 한정하는 것은 아니지만, 에터계(ethereal) 용매 또는 알콜 용매 또는 이들의 조합 중에서 수행된다. 본 발명에서 사용될 수 있는 적합한 에터계 용매로는, 이로서 한정하는 것은 아니지만, 트라이에틸렌 글리콜 다이메틸에터, 다이에틸렌 글리콜 다이부틸 에터, 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 적합한 알콜로는, 이로서 한정하는 것은 아니지만, 에터 작용성 알콜, 부틸 카비톨, 비스페놀 A 폴리올, 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 특정 실시양태에서, 에터 작용성 알콜은 글리콜 에터를 포함한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 적합한 글리콜 에터로는, 이로서 한정하는 것은 아니지만, 다이에틸렌 글리콜 모노부틸 에터, 다이프로필렌 글리콜 모노부틸 에터, 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
특정 실시양태에서, 상기 사이클릭 티오우레아는, (아미노알킬) 아민을 이황화탄소와 반응시킴으로써 형성된다. 본원에서 사용될 때, "(아미노알킬) 아민"이라는 용어는 화학식 H2N(CR3R4)nNH(CR5R6)mNH2(여기서 n 및 m은 독립적으로 2 내지 6의 정수이고, R3, R4, R5 및 R6은 독립적으로 수소 또는 치환되거나 비치환된 알킬 또는 아릴기이다)의 화합물을 지칭한다. 추가로, 각각의 개별적인 --CR3R4-- 및 --CR5R6--의 단위체의 조성도 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, R3기가 -CH2-를 포함하면서 R5가 -CH2CH2CH2-를 포함할 수 있다. 특히, 적합한 (아미노알킬) 아민은 R3, R4, R5 및 R6이 독립적으로 수소 또는 C1-3의 알킬기인 것이다. 본 문단에서 기술하고 본 발명에서 사용할 수 있는, 상기 화학식내의 적합한 (아미노알킬) 아민은, 이로서 한정하는 것은 아니지만, 비스(2-아미노에틸)아민, 비스(3-아미노프로필)아민, 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
특정 실시양태에서, 상기 이황화탄소가 (아미노알킬) 아민에 첨가되기 전에,상기 (아미노알킬) 아민을 100℃ 이상의 온도로 가열함을 주목해야만 한다. 선택적으로, 특정 실시양태에서, 상기 이황화탄소는, 상기 (아미노알킬) 아민이 40℃ 이하의 온도일 때, 상기 (아미노알킬) 아민에 첨가된다.
특정 실시양태에서, 산 또는 염기 촉매와 같은 촉매가 (아미노알킬) 아민 및 이황화탄소의 반응 혼합물에 첨가될 수 있다. 당업계에 공지된 임의의 촉매가 사용될 수 있다. 예를 들어, 적합한 촉매로는, 이로서 한정하는 것은 아니지만, 무기산, 유기산, 루이스 산, 파라-톨루엔설폰산, 다이메틸아미노피리딘, 이미다졸, TBD 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
특정 실시양태에서, 상기 방법은 반응 용기를 (아미노알킬) 아민 및 실질적 비-탄화수소 용매로 충전시킴으로써 개시된다. 특정 실시양태에서, 상기 비-탄화수소 용매는 도와놀(DOWANOL) DPnB이다.
반응 용기에 부가될 수 있는 이황화탄소의 총량은 반응에 사용되는 (아미노알킬) 아민의 총량에 좌우될 것이고, 따라서 임의의 값일 수 있고, 상기 이황화탄소의 첨가 속도는, 반응 용기에 첨가될 이황화물의 총량에 좌우될 것이다. 특정 실시양태에서, 상기 이황화탄소는 120g 내지 130g, 예를 들어 128g의 총 중량으로, 1그램(g)/분 내지 3g/분의 속도로 상기 반응 용기에 첨가된다.
(아미노알킬) 아민이 100℃ 이상, 예를 들어 115℃까지 가열된 후, 상기 이황화탄소가 상기 (아미노알킬) 아민에 첨가되는 경우, 상기 (아미노알킬) 아민과 함께 초기에 충전된 비-탄화수소 용매와 동일하거나 상이할 수 있는 실질적 비-탄화수소 용매의 제 2 분량을 상기 반응 용기에 첨가하고, 상기 반응 용기를, 상기 사이클릭 티오우레아를 형성하고 상기 반응 용기로부터 황화수소(H2S)를 발생시키기에 충분한 온도로 충분한 시간 동안 유지한다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 상기 반응 용기는 100℃ 내지 120℃, 예를 들어 115℃의 온도에서 20분 이상, 예를 들어 30분 내지 50분의 시간 동안 유지된다.
선택적으로, 상기 이황화탄소가 상기 (아미노알킬) 아민에 40℃ 이하, 예를 들어 25℃의 온도에서 첨가되면, 상기 반응 용기는 100℃ 이상, 예를 들어 120℃의 온도에서, 상기 반응 용기로부터 황화수소(H2S)를 완전히 발생시키기에 충분한 시간 동안 가열한다. 모든 황화수소가 상기 반응 용기로부터 발생된 후, 상기 (아미노알킬) 아민과 함께 초기에 충전된 비-탄화수소 용매와 동일하거나 상이할 수 있는 실질적 비-탄화수소 용매의 제 2 분량을 상기 반응 용기에 첨가하고, 상기 반응 용기를 상기 사이클릭 티오우레아를 형성하기에 충분한 온도로 충분한 시간 동안 유지한다.
상기 사이클릭 티오우레아를 형성한 후, 상기 사이클릭 티오우레아를 140℃ 이상, 예를 들어 140℃ 내지 225℃의 온도까지 가열하여, 바이사이클릭 구아니딘 반응 생성물을 형성한다. 특정 실시양태에서, 상기 사이클릭 티오우레아를 200℃ 초과, 예를 들어 220℃ 내지 240℃의 온도로 가열한다. 상기 바이사이클릭 구아니딘 반응 생성물을 형성하는 단계가 실질적 비-탄화수소 용매에서 수행됨에 주목해야 한다.
바이사이클릭 구아니딘이 형성된 후, 상기 반응 용기로부터 비-탄화수소 용매를 제거함으로써, 이를 회수할 수 있다. 그다음, 고체형태인 단리된 바이사이클릭 구아니딘을, 바이사이클릭 구아니딘이 사용될 수 있는 임의의 조성물에 첨가할 수 있다. 바이사이클릭 구아니딘은 침전 및/또는 결정화에 의해서도 단리될 수 있음에 주목해야 한다. 따라서, 특정 실시양태에서는, 바이사이클릭 구아니딘이 불용성이어서 상기 바이사이클릭 구아니딘을 침전시킬 수 있는, 헵탄, 헥산 또는 이들의 조합과 같은 용매가 첨가된다.
달리, 미단리된 바이사이클릭 구아니딘은, 코팅 조성물 같이, 바이사이클릭 구아니딘이 사용되는 임의의 조성물과 혼합될 수도 있다. 따라서, 특정 실시양태에서는, 미단리된 바이사이클릭 구아니딘을 상온으로 냉각시키고, 희석제, 예를 들어 고비점 희석제를 상기 반응 용기에 첨가한 후, 상기 반응 용기로부터 비-탄화수소 용매를 제거한다. 이 단계에서 사용될 수 있는 적합한 희석제는, 이로서 한정하는 것은 아니지만, 에톡실화 비스페놀 A, 부틸 카비톨 폼알, 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 반응 용기로부터 비-탄화수소 용매를 제거한 후, 그다음 바이사이클릭 구아니딘 및 희석제의 혼합물을 코팅 조성물, 예를 들어 당업계에 공지된 전착성 코팅 조성물과 혼합할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 본원에서 기술한 방법으로부터 형성된 바이사이클릭 구아니딘은, 미국특허 제 11/835,600 호(본원에서 그 전체를 참고로 인용함)에서 기술한 전착성 코팅 조성물에 첨가될 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시양태는 상세하게 기술되었지만, 당업계의 숙련자라면, 이러한 세부사항에 대한 다양한 변경 및 변형이 상기 개시내용의 전체 교시에 비추어 개발될 수 있음을 알 것이다. 따라서, 개시된 구체적인 방식은 단지 설명하기 위한 것이지, 첨부된 청구의 범위의 전체 범위 및 이것의 임의의 및 모든 동등물에 의해 제공되는 본 발명의 범주를 한정하기 위한 것이 아니다.
실시예
실시예 1:
4구 플라스크에 온도 프로브, 스테인레스 강 기계식 교반기, 수면 밑으로 첨가하기 위한 테플론 튜브가 장착된 부가 깔때기, 및 빙수 응축기를 장착하였다. 건조 질소를, 상기 플라스크를 통해, 상기 응축기를 지나, 그다음 범프 트랩을 통해 스위핑하고, 물 중 NaOH 20% 용액을 통해 버블링하였다. 상기 플라스크를 비스(3-아미노프로필) 아민 및 비스페놀 A 헥사에톡실레이트로 충전하고, 그다음 115℃까지 승온시켰다. 상기 질소 유동을 감소시켜 상기 반응물이 불활성 기체의 패드 하에서 놓이도록 하였다. 부틸 카비톨 폼알 중 이황화탄소의 용액을 약 2시간 동안 수면 밑으로 첨가하였다. 이황화탄소가 상기 부가 깔때기로부터 상기 반응 용기로 도입됨에 따라서, 밝은 색상의 침전물이 형성되고, 그다음 빠르게 재용해됨이 관찰되었다. CS2의 첨가를 완료한 후, 다와놀 PnB를 15분 동안 적가하고, 그다음 티오우레아 중간체가 완전히 소모될 때까지 상기 반응 혼합물을 225℃까지 승온시켰다. 그다음, 상기 균일한 고온 혼합물을 냉각시키고, 상기 반응 용기에 붓고, 추가의 정제 없이 사용하였다. 최종 용액의 BCG의 농도는 전체 염기의 적정 및 HPLC에 의해 측정하였다. 13C NMR 분석은 상기 물질이 희석액 중 1,5,7-트리아자바이사이클로[4.4.0]데크-5-엔으로만 구성됨을 나타냈다.
실시예 2:
상기 공정은 실시예 1과 동일하되, 단 CS2-부틸 카비톨 폼알 혼합물 첨가 동안, 상기 용기(pot)의 온도는 40℃ 미만이었다.

Claims (18)

  1. (i) 비-탄화수소 용매 중에서 100℃ 이상 또는 40℃ 이하의 온도의 비스(3-아미노프로필) 아민에 이황화탄소를 첨가하여 사이클릭 티오우레아를 제조하는 단계; 및
    (ii) 상기 사이클릭 티오우레아를 비-탄화수소 용매 중에서 200℃ 초과의 온도로 가열하여 1,5,7-트리아자바이사이클로[4.4.0]데크-5-엔(TBD)을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 비-탄화수소 용매가 에터, 알콜 또는 이들의 혼합물인, TBD 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    비스(3-아미노프로필) 아민이 100℃ 이상의 온도에 있을 때 이황화탄소를 상기 비스(3-아미노프로필) 아민에 첨가하는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    비스(3-아미노프로필) 아민이 40℃ 이하의 온도에 있을 때 이황화탄소를 상기 비스(3-아미노프로필) 아민에 첨가하는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 비스(3-아미노프로필) 아민과 이황화탄소의 반응이 비-탄화수소 용매중에서 수행되고,
    상기 비-탄화수소 용매는 에터, 알콜 또는 이들의 혼합물이되, 상기 사이클릭 티오우레아를 가열시키는 단계 동안 사용되는 비-탄화수소 용매와 동일하거나 상이할 수 있는, 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (ii)의 온도 범위가 220℃ 내지 250℃인, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (ii)의 온도가 250℃ 이상인, 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 에터가 다이에틸렌 글리콜 다이메틸 에터, 다이에틸렌 글리콜 다이부틸 에터, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 알콜이 글리콜 에터, 부틸 카비톨, 비스페놀 A, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 글리콜 에터가 다이에틸렌 글리콜 모노부틸 에터, 다이프로필렌 글리콜 모노부틸 에터, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법이, 상기 비스(3-아미노프로필) 아민과 이황화탄소의 반응 혼합물에 산 촉매를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는, 방법
  17. 삭제
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 산 촉매가 파라-톨루엔설폰산을 포함하는, 방법.
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