KR101645675B1 - 시스테아민 염산염으로부터 전기분해에 의해 유리 시스테아민을 분리하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시스테아민 염산염으로부터 전기분해에 의해 고순도의 유리 시스테아민을 분리하는 방법시스테아민 염산염으로부터 유리 시스테아민을 제조하는 방법에 관한 것으로, 양극이 포함된 양극셀과 음극이 포함된 음극셀이 음이온 교환막에 의해 구획된 전해장치를 이용하여 시스테아민 염산염으로부터 고순도의 유리 시스테아민을 분리하는 방법에 있어서, (S1) 상기 음극셀에 시스테아민 염산염 수용액을 투입하는 단계; (S2) 상기 양극셀에 수용액을 투입하는 단계; 및 (S3) 전류를 인가하여 음극셀에서 분리된 염소 이온을 상기 양극셀로 이동시켜 전기분해하는 단계를 포함하는 본 발명에 따르면 전기분해에 의해 시스테아민 염산염으로부터 염산의 95%를 제거할 수 있어 고순도의 시스테아민을 분리해낼 수 있다. 특히 바람직하게 전기분해시 양극판으로 DSA (dimentionally stable anode)을 사용하고, 음극판으로 스레인레스를 사용함으로써 염소에 의한 부식 없이 시스테아민을 높은 수율로 수득할 수 있다.

Description

시스테아민 염산염으로부터 전기분해에 의해 유리 시스테아민을 분리하는 방법{A method for isolating free cysteamine from cysteamine hydrochloride by using electrolysis}
본 발명은 유리 시스테아민을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 시스테아민 염산염으로부터 전기분해에 의해 고순도의 유리 시스테아민을 고순도로 분리하는 방법에 관한 것이다.
시스테아민 염산염(cysteamine hydrochloride)은 베타-메르캅토에칠아민염산염이라 불리며, 분자량은 113.6이다. 시스테아민 자체는 생체중에 작용하는 성분의 하나이기 때문에 안전성에는 큰 문제 없지만 보존중에 괴상화 현상을 일으켜 취급이 까다롭기 때문에 염산을 첨가한 시스테아민염산염이 퍼머넨 트웨이브용로 가공되고 있다.
시스테아민 (HS-CH2-CH2-NH2)은 높은 생리활성작용을 가진 의농약 중간체로 사용되고 헤어케어용, 섬유처리제, 폴리머 개선제, 킬레이트제(금속이온의 활성을 봉쇄하는 화합물),사진현상 보조제 등으로 폭넓은 분야에서 사용되고 있다. 이는 70℃에서 녹는 백색결정이지만, 강한 조해성(고체가 공기와 만나 액체로 되는 현상)때문에 보존 중 괴상화(덩어리가 지는 현상)가 되는 문제점이 있다. 경구독성은 LD50135mg/kg(입)이므로 입으로 섭취해도 그다지 문제되지 않는다.
시스테아민이 생체에서는 보조효소 A(CoA)의 구성성분으로 럿트 간장,신장에는 CoA의 분해과정에서 판텐에서 판테나아제로 판토테인산과 함께 생성된다.
시스테아민은 크기가 작아서 세포막을 쉽게 통과할 수 있는 작은 술프히드릴 화합물이다. 시스테아민은 단백질 글루타티온 (GSH) 전구체의 형성에서 역할을 수행하고, 최근에는 시스틴증, 즉, 리소좀내 시스틴 저장 장애의 치료용으로 FDA 승인을 받았다. 시스틴증에서, 시스테아민은 시스틴을 시스테인 및 시스테인-시스테아민 혼합형 디술피드로 전환시킴으로써 작용하며, 이후에 이것들 둘 다는 각각 시스테인 및 리신 수송자를 통해 리소좀을 빠져나갈 수 있다 (문헌 [Gahl et al., N Engl J Med 2002;347(2):111-21]). 시토졸 내에서 혼합형 디술피드는 글루타티온과의 반응에 의해 환원될 수 있고, 방출된 시스테인은 추가의 GSH 합성에 사용될 수 있다. 시스테아민 처치는 순환 백혈구 중 세포내 시스틴 수준의 저하를 야기하는 것으로 나타났다 (문헌 [Dohil et al., J. Pediatr 148(6):764-9, 2006]).
시스테아민은 국제 특허 출원 제WO 2009/070781호 및 제WO 2007/089670호, 및 미국 특허 공개 제20110070272호, 제20090048154호 및 제20050245433호에서 다루어지고 있으며, 현재 시스테아민 염산염은 위장약 원료, 사료 등에 널리 사용되고 있다.
이에 본 발명자들은 시스테아민 염산염으로부터 시스테아민을 분리하는 방법을 개발하기 위해 계속 연구를 진행하던 중 전기분해 방법을 이용하여 시스테아민 염산염으로부터 유리 시스테아민을 고순도로 분리할 수 있음을 발견함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 시스테아민 염산염으로부터 고순도의 시스테아민을 분리하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 양극이 포함된 양극셀과 음극이 포함된 음극셀이 음이온 교환막에 의해 구획된 전해장치를 이용하여 시스테아민 염산염으로부터 고순도의 유리 시스테아민을 분리하는 방법에 있어서, 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다:
(S1) 상기 음극셀에 시스테아민 염산염 수용액을 투입하는 단계;
(S2) 상기 양극셀에 수용액을 투입하는 단계; 및
(S3) 전류를 인가하여 음극셀에서 분리된 염소 이온을 상기 양극셀로 이동시켜 전기분해하는 단계.
이와 같이, 본 발명에 따르면 전기분해에 의해 시스테아민 염산염으로부터 염산의 95%를 제거할 수 있어 고순도의 시스테아민을 분리해낼 수 있다. 특히 바람직하게 전기분해시 양극판으로 DSA (dimentionally stable anode)을 사용하고, 음극판으로 스레인레스를 사용함으로써 염소에 의한 부식 없이 시스테아민을 높은 수율로 수득할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 시스테아민 염산염으로부터 시스테아민을 전기분해로 분리하는 공정을 나타낸 것이다.
본 발명은 양극이 포함된 양극셀과 음극이 포함된 음극셀이 음이온 교환막에 의해 구획된 전해장치를 이용하여 시스테아민 염산염으로부터 고순도의 유리 시스테아민을 분리하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다:
(S1) 상기 음극셀에 시스테아민 염산염 수용액을 투입하는 단계;
(S2) 상기 양극셀에 수용액을 투입하는 단계; 및
(S3) 전류를 인가하여 음극셀에서 분리된 염소 이온을 상기 양극셀로 이동시켜 전기분해하는 단계.
본 발명은 시스테아민 염산염 수용액을 전기분해하여 시스테아민을 제조하는 방법에 관한 것으로, 양극이 포함된 양극셀과 음극이 포함된 음극셀이 양이온 교환막에 의해 구획된 전해장치를 이용하여 시스테아민 염산염 수용액을 전기분해함으로써, 전력의 소모가 낮고 염소가스가 발생하지 않는 시스테아민을 저비용, 고순도로 얻을 수 있는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 전기분해 장치의 일 실시예를 도 1을 참조하여 설명하면, 고농도의 시스테아민 염산염 수용액을 제조하고, 양극이 설치된 양극셀과 음극이 설치된 음극셀을 음이온 교환막에 의해 구획되도록 구성함으로써, 종래의 염실, 산실, 알칼리실의 3개의 셀을 이용한 복잡한 구조로 인하여 전극간의 간격이 넓어져 저항이 증가되어 전해에 필요한 전력의 소모가 크게 증가하는 문제를 해결하였다.
또한, 상기 양극셀에 공급되는 수용액은 가성소다용액이 바람직하며, 특히 40%의 가성소다용액이 더욱 바람직하다.
여기서, 상기 음극은 소모 전극으로서 음극셀의 전해욕에 녹을 수 있기 때문에 염소 이온과 반응으로 부식할 가능성이 있는 바, 염소 이온과 반응성이 적은 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 일 예로 음극으로 스테인레스를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 양극도 염소의 회수율을 높이기 위하여 염소 이온과 반응성이 적은 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 그 양극재로는 DSA(dimentionally stable anode)로 이루어지거나 상기 선택된 도금층이 형성된 것으로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 음이온 교환막은 음극셀의 시스테아민 염산염 수용액과 양극셀의 수용액과 접촉하고, 염소 이온의 이동을 가능하게 하는 다공질 재료로 구성되는 것이 바람직하고, 그 공공율(空孔率)은 10 ~ 50%인 것이 바람직하다. 음이온 교환막의 공공율이 50%를 초과하는 경우에는 음극셀로부터 양극셀로 시스테아민 염산염 수용액의 이동이 생겨 전해 효율이 저하될 수 있고, 그 공공율이 10% 미만인 경우에는 전류의 통전이 곤란해지고 염소 이온의 이동율이 저하되는 문제점이 있다.
상기 음이온 교환막은 NH3+, NRH2+, NR2H+, NR3+ 등의 양전하를 띠는 이온그룹을 가지고 있는 고분자막인 것이 바람직한데, 상기 고분자막은 원자가가 하나인 염소 음이온의 선택 투과도성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기분해 장치는 음극셀 및 양극셀에 시스테아민 염산염 수용액과 수용액을 각각 공급하는 탱크를 마련하여 각각의 전해액을 순환시키는 것이 바람직하다. 즉, 상기 탱크를 순환라인으로 연결하고 각 셀로부터 배출된 전해액을 탱크를 통해 다시 각 셀로 순환하면서 전기분해한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 음극셀에 시스테아민 염산염 수용액을 투입하고, 양극셀에 수용액을 투입한 후에 전기분해 장치에 전류를 인가하게 되면, 음극셀에서는 시스테아민 염산염 수용액이 분해되어 염소 이온과 수소 이온으로 분리되며, 이 때 음극셀에서 분리된 염소 이온은 음이온 교환막을 통과하여 양극셀로 이동하여 염소으로 회수된다.
이 때 상기 전류밀도가 2~4A/dm이고, 전류량이 300 내지 350A인 것이 바람직하다.
상기 전류밀도가 2A/dm 미만인 경우에는 양극에서의 염소의 회수율이 낮고, 전류밀도가 4A/dm을 초과하는 경우에는 음극의 발열량이 과다해 지고 전해욕의 온도 관리가 곤란해지는 문제가 있다.
또한, 양극에서는 수용액의 염소 이온이 염소 가스로 되면서 전자를 내어 놓게 되고, 음극에서는 수용액의 수소이온이 그 전자를 받아 수소 가스가 발생하게 되며, 발생된 염소 및 수소 가스는 상부의 배출구를 통해 외부로 배출된다.
이와 같이, 음극셀에서는 시스테아민 염산염 수용액이 전기분해되고 염소 이온이 음이온 교환막을 통해 선택적으로 투과되어 양극셀에서는 염소 이온의 농도가 점점 증가하게 되고, 음극셀에서는 수용액의 수소 이온이 수소가스로 방출됨에 의해, 전해액의 pH가 점점 증가하게 되며, 양극셀에는 염소 이온이 고농축된 수산화 염소 수용액이 생성되게 된다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
하기와 같은 조건으로 전기분해를 하여 시스테아민 염산염으로부터 시스테아민을 분리하였다.
음극액 : 시스테아민 염산염 40% 용액 800 ml
양극액 : 20% 가성소다용액 700 ml
양극판 : 스테인레스 306
음극판 : 구리판
전해막 : 음이온막
전류밀도 : 3A/dm
전류량 : 315A
반응 완료 후 잔류 염소 분석결과, 전류효율은 98.7%였다. 시스테아민의 최종 수득율은 92.7%였다. 음극 구리판에 부식이 발생하였고, 양극 스테인레스판에도 부식이 발생하였다.
<실시예 2>
하기와 같은 조건으로 전기분해를 하여 시스테아민 염산염으로부터 시스테아민을 분리하였다.
음극액 : 시스테아민 염산염 40% 용액 800 ml
양극액 : 20% 가성소다용액 700 ml
양극판 : 스테인레스 306
음극판 : 스테인레스 306
전해막 : 음이온막
전류밀도 : 3A/dm
전류량 : 315A
반응 완료 후 잔류 염소 분석결과, 전류효율은 99.1%였다. 시스테아민의 최종 수득율은 92.9%였다. 음극 스테인레스판은 이상이 없었으며, 양극 스테인레스판에는 부식이 발생하였다.
<실시예 3>
하기와 같은 조건으로 전기분해를 하여 시스테아민 염산염으로부터 시스테아민을 분리하였다.
음극액 : 시스테아민 염산염 40% 용액 800 ml
양극액 : 20% 가성소다용액 700 ml
양극판 : DSA 전극(RuO2 코팅 티타늄)
음극판 : 스테인레스 306
전해막 : 음이온막
전류밀도 : 3A/dm
전류량 : 315A
반응 완료 후 잔류 염소 분석결과, 전류효율은 99.3%였다. 시스테아민의 최종 수득율은 93.5%였다. 음극 스테인레스판과 양극 DSA 전극에 모두 이상이 없었다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 전기분해에 의해 시스테아민 염산염으로부터 염산의 95%를 제거할 수 있어 고순도의 시스테아민을 분리해낼 수 있다. 특히 바람직하게 전기분해시 양극판으로 DSA (dimentionally stable anode)을 사용하고, 음극판으로 스레인레스를 사용함으로써 염소에 의한 부식 없이 시스테아민을 높은 수율로 수득할 수 있다.

Claims (5)

  1. 양극이 포함된 양극셀과 음극이 포함된 음극셀이 음이온 교환막에 의해 구획된 전해장치를 이용하여 시스테아민 염산염으로부터 고순도의 유리 시스테아민을 분리하는 방법에 있어서, 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    (S1) 상기 음극셀에 시스테아민 염산염 수용액을 투입하는 단계;
    (S2) 상기 양극셀에 가성소다용액을 투입하는 단계; 및
    (S3) 전류를 인가하여 음극셀에서 분리된 염소 이온을 상기 양극셀로 이동시켜 전기분해하는 단계.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극이 DSA(dimentionally stable anode)인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극이 스레인레스인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (S3)에서 전류밀도가 2~4A/dm이고, 전류량이 300 내지 350A인 것을 특징으로 하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05140087A (ja) * 1991-09-24 1993-06-08 Mitsui Toatsu Chem Inc システアミンの精製方法
KR20110034006A (ko) * 2008-06-24 2011-04-04 솔트워크스 테크놀로지스 인코포레이티드 농도차 에너지를 이용하여 염수를 탈염하는 방법, 장치 및 플랜트

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