KR101652539B1 - 알케논의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

(a) 비닐에테르를 카복실산 할로겐화물이 함유된 액체 반응매질에 도입함으로써 카복실산 할로겐화물과 비닐에테르를 반응시켜 알케논의 할로겐화 전구체를 형성하는 단계; 및 (b) 상기 전구체로부터 할로겐화수소를 제거하여 알케논을 형성하는 단계를 포함하는, 알케논의 제조 방법.

Description

알케논의 제조 방법{PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF ALKENONES}
본 발명은 알케논 에테르를 제조하는 방법에 관한 것이다.
4-에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부테논(ETFBO)과 같은 할로겐화 알케논 에테르는, 예를 들어, 미국특허 제5,708,174호에 개시된 바와 같이 화학적 합성에 있어서 구성 단위체(building block)이다. 이들은 위에 언급한 미국특허에 기재된 바와 같이 산염화물을 염기의 존재 하에서 비닐에테르와 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 이러한 반응의 경우에는 염기를 용매로서 초과하여 사용하여도 된다.
WO 03/066558은 오니윰염의 존재 하에 비닐에테르 및 산할로겐화물/산무수물로부터 알케논을 제조하는 것에 대해 개시하고 있다. 트리플루오로아세트산 무수물을 에틸비닐에테르에 첨가하는 경우에는, 에틸비닐에테르를 트리플루오로아세트산 무수물이 함유된 반응매질에 첨가하는 경우와 트리플루오로아세트산 무수물을 에틸비닐에테르가 함유된 반응매질에 첨가하는 경우 모두가 기재되어 있다.
WO 2004/108647은, 카복실산 할로겐화물을 비닐에테르에 첨가하는 단계를 포함하는, 단순화된 알켄 제조법에 대해 개시하고 있다. 실시예에서는, 염화 트리플루오로아세틸을 에틸비닐에테르에 첨가하였다.
본 발명의 목적은 향상된 알케논 제조 방법을 제공하는 데에 있으며, 구체적으로는 선택성 및 생성 수율에 관한 것으로, 특히 생성물의 분리조작을 단순화할 수 있고, 재료 손실 및 부생성물의 폐기에 대한 필요성을 감소시킬 수 있다.
따라서 본 발명은 알케논의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 (a) 비닐에테르를 카복실산 할로겐화물이 함유된 액체 반응매질에 도입함으로써 카복실산 할로겐화물과 비닐에테르를 반응시켜 알케논의 할로겐화 전구체를 형성하는 단계; 및 (b) 상기 전구체로부터 할로겐화수소를 제거하여 알케논을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 화학식(I): R1-C(O)-C(H)=C(H)-OR2 (식 중, R1은 1개 이상의 할로겐 원자로 임의 치환되는 C1-C10 알킬기를 나타내거나 또는 R1은 CF3, CF2Cl, CF2H를 나타내고; R2는 아릴기, 치환아릴기, 또는 1개 이상의 할로겐 원자로 임의 치환되는 C1-C10 알킬기를 나타냄)에 해당하는 알케논의 제조 방법에 유리하게 적용될 수 있으며, 상기 방법에서는 화학식(II): R1-C(O)X (식 중, X는 불소, 염소 또는 브롬을 나타내고, R1은 위에 주어진 의미를 가짐)에 해당하는 산할로겐화물을 화학식(III): CH2=C(H)-OR2 (식 중, R2는 위에 주어진 의미를 가짐)에 해당하는 비닐에테르와 반응시킨다.
R1은 종종 불소화 C1-C4 알킬기이다. R1은 바람직하게 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필이거나, 또는 1개 이상의 불소 원자로 치환된 메틸, 에틸, n-프로필 또는 이소프로필을 나타낸다. R1이 메틸, 에틸, 또는 1개 이상의 불소 원자로 치환되는 메틸 또는 에틸인 것이 특히 바람직하다. R1으로는 CF3, CF2H, CF2Cl, C2F5, C3F7이 특히 바람직하다. R1으로는 CF3, CF2Cl 및 CF2H가 더 바람직하다.
R2는 예를 들어 아릴, 예컨대, 페닐, C1-C4 알킬기 및/또는 할로겐 원자들로 치환되는 페닐 중에서 선택될 수 있다. R2는 종종 C1-C4 알킬기이다. 바람직하게, R2는 선형 또는 분지형 C1-C4 알킬기를 나타내며, 특히 바람직하게 R2는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필을 나타내고, 가장 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기를 나타낸다.
X는 바람직하게 불소 및 염소 중에서 선택되며, 더 바람직하게 X는 염소이다.
제1 특정 구현예에서, 카복실산 할로겐화물은 염화 트리플루오로아세틸이다.
제2 특정 구현예에서, 카복실산 할로겐화물은 염화 클로로디플루오로아세틸이다.
제3 특정 구현예에서, 카복실산 할로겐화물은 염화 디플루오로아세틸이다.
제4 특정 구현예에서, 카복실산 할로겐화물은 불화 트리플루오로아세틸이다.
제5 특정 구현예에서, 카복실산 할로겐화물은 불화 (트리플루오로아세토)아세틸이다.
본 발명에 따른 방법 및 그의 특정 구현예들에서, 액체 반응매질은 일반적으로 반응매질 총 중량에 대해 카복실산 할로겐화물을 20 중량% 이상 함유한다. 바람직하게 이 함량은 50 중량% 이상이다. 본 발명에 따른 방법 및 그의 특정 구현예들에서, 액체 반응매질은 본질적으로 카복실산 할로겐화물로 구성될 수 있다. 상기 액체는 반응매질 총 중량에 대해 카복실산 할로겐화물을 약 100 중량% 미만(예를 들어, 약 99 중량% 미만) 함유한다.
다른 양태에 의하면, 액체 반응매질은 일반적으로 반응매질 총 중량에 대해 카복실산 할로겐화물을 1 중량% 이상 함유한다. 바람직하게 이 함량은 5 중량% 이상이다. 이러한 구현예에서, 액체 반응매질은 일반적으로 반응매질 총 중량에 대해 카복실산 할로겐화물을 약 20 중량% 미만 함유한다. 바람직하게 이 함량은 10 중량% 미만이다. 바람직하게, 상기 액체는 반응매질 총 중량에 대해 카복실산 할로겐화물을 5 내지 10 중량% 함유한다. 이러한 특정 양태는 여기에 기술되는 본 발명에 따른 방법의 다양한 구현예들에도 적용가능하다. 이러한 특정 양태는 용매를 사용하는 경우에 특히 유리하다.
단계(a) 또는 (b)의 반응을 염기의 존재 하에서 수행할 수 있다. 사용되는 염기는, 예를 들어, 피리딘, 퀴놀린 또는 피콜린 같은 질소-함유 헤테로사이클릭 화합물이거나; 또는 트리에틸아민, 디메틸아닐린, 디에틸아닐린 또는 4-디메틸아미노피리딘 같은 3차 염기일 수 있다. 이들 중에서, 피리딘, 트리에틸아민, 디메틸아닐린, 디에틸아닐린 또는 4-디메틸아미노피리딘이 바람직하다. 이들 중에서, 피리딘이 특히 바람직하다. 이들 염기를 단독으로 또는 혼합물로서 조합하여 사용할 수 있다. 적절하다면, 카복실산 할로겐화물 1몰 당 염기를 보통 1.0 내지 3.0 당량으로, 바람직하게는 1.05 내지 1.5 당량에 해당하는 양으로 사용한다.
단계(a) 또는 (b)의 반응을 추가 용매의 존재 하에서 수행할 수 있다. "추가 용매"는 상기 반응의 반응물 및 생성물과는 상이한 용매를 가리키는 것으로 이해하면 된다. 사용되는 용매는, 예를 들어, 벤젠, 톨루엔 또는 자일렌 같은 방향족 탄화수소이거나; 또는 펜탄 또는 헥산 같은 지방족 탄화수소이거나; 염화메틸렌, 클로로포름 또는 이염화 에틸렌 같은 할로겐화 탄화수소이거나; 디에틸 에테르, 디부틸 에테르 또는 테트라하이드로퓨란 같은 에테르일 수 있다. 이들 중에서, 방향족 탄화수소가 바람직하다. 이들 중 특히 바람직한 것은 벤젠이거나 또는 톨루엔이다. 이들 용매를 단독으로 또는 혼합물로서 조합하여 사용할 수 있다. 적절하다면, 카복실산 할로겐화물 1 중량부 당 용매를 보통 1 내지 35 중량부로, 바람직하게는 3 내지 16 중량부에 해당하는 양으로 사용한다.
단계(a) 및 (b)의 반응의 유기 생성물, 특히 알케논의 할로겐화 전구체 및, 바람직하게는, 알케논을 단계(a) 및/또는 (b)의 반응을 위한 용매로도 사용가능하다.
본 발명은 또한 알케논의 할로겐화 전구체 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 알케논 또는 알케논의 할로겐화 전구체를 포함한 액체 반응매질 중에 카복실산 할로겐화물을 비닐에테르와 반응시키는 단계를 포함한다.
알케논(특히는 ETFBO) 및 할로겐화 전구체(특히는 CETFBO(1,1,1-트리플루오로-4-클로로-4-에톡시부탄-2-원))를 카복실산 할로겐화물과 비닐에테르의 반응을 위한 용매로서 유리하게 사용할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
바람직한 일 구현예에 의하면, 상기 반응을 위한 액체 반응매질은 알케논, 특히 ETFBO를 포함한다. 알케논은 일반적으로 반응매질의 총 중량에 대해 50 내지 99 중량%, 바람직하게는 60 내지 99 중량%, 더 바람직하게는 75 내지 99 중량%에 해당하는 양으로 사용된다.
이러한 구현예는 상기 반응의 개시용으로 특히 유리하다.
바람직하게 알케논은 예를 들어 알케논의 초기 회분식(batch) 제조시 외부 공급원으로부터 반응에 제공되는 추가 알케논을 포함한다. 이 구현예의 일 양태에서는, 카복실산 할로겐화물을, 특히는 제조 공정이 개시될 때, 상기 알케논-함유 액체 반응매질에 도입함으로써 상기 반응을 수행한다. 알케논 및 카복실산 할로겐화물이 포함된 액체 반응매질에 비닐에테르를 도입시켜 알케논의 할로겐화 전구체가 형성되면서, 일반적으로 할로겐화 전구체 및 알케논을 함유하는 액체 반응매질이 제공된다.
이러한 구현예는 또한 카복실산 할로겐화물이 함유된 반응매질에 비닐에테르를 첨가하지 않는 전술된 반응과 동일한 유형의 반응에 적용될 수 있는데, 예를 들자면, 비닐에테르를 알케논-함유 반응매질에 용해시키고나서 카복실산 할로겐화물을 비닐에테르 및 알케논이 함유된 상기 반응매질에 첨가시킬 수 있음을 이해한다.
다른 구현예에서는, 카복실산 할로겐화물과 비닐에테르의 반응을 위한 액체 반응매질이 알케논의 할로겐화 전구체(특히, CETFBO)를 포함한다. 할로겐화 전구체는 일반적으로 반응매질의 총 중량에 대해 50 내지 99 중량%, 바람직하게는 60 내지 99 중량%, 더 바람직하게는 75 내지 99 중량%에 해당하는 양으로 사용된다.
이 구현예의 바람직한 일 양태에 의하면, 본 발명의 방법은 연속식 모드로 수행된다. 연속식 공정에서, 액체 반응매질 내 알케논의 할로겐화 전구체의 양은 일반적으로 반응매질의 총 중량에 대해 50 내지 99 중량%의 범위 내에, 바람직하게는 60 내지 99 중량%의 범위 내에, 더 바람직하게는 75 내지 99 중량%의 범위 내에 유지된다. 이는 연속식 공정이 정상상태로, 예를 들어, 연속교반탱크 반응기(CSTR)에서 수행되는 경우에 특히 유리하다.
바람직한 일 양태에 의하면, 액체 반응매질의 잔류물에는 카복실산 할로겐화물이 포함된다.
바람직한 제6 특정 구현예에 의하면, 단계(a) 또는 (b)의 반응은 특히 전술된 바와 같이 카복실산 염화물이 사용되는 경우에는 염기가 실질적으로 또는 완전히 부재인 상태에서 수행된다.
바람직한 제7 특정 구현예에 의하면, 단계(a) 또는 (b)의 반응은 추가 용매가 실질적으로 또는 완전히 부재인 상태에서 수행된다.
바람직한 제8 특정 구현예에 의하면, 전술된 바와 같이, 단계(a) 또는 (b)의 반응은 염기 및 추가 용매가 실질적으로 또는 완전히 부재인 상태에서 수행된다.
제6 내지 제8 구현예, 특히 제8 구현예는 유리하게 제1 내지 제5 특정 구현예들 중 임의의 것과 조합될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 제6 내지 제8 특정 구현예에서, "실질적으로 부재"란 표현은 통상 반응 혼합물의 총 중량에 대해 염기 및/또는 용매의 임의 함량이 1 중량% 이하, 더 구체적으로는 0.5 중량% 이하임을 가리킨다. 이러한 맥락에서 "완전히 부재"란 표현은 통상 반응 혼합물에 염 및/또는 용매의 자발적 첨가가 행해지지 않는 방법을 가리킨다. 통상 "완전히 부재"란 표현은 반응 혼합물의 GC에서 어떠한 염기 및/또는 용매도 검출될 수 없음을 의미한다.
특히 본 발명에 따른 방법의 제6 내지 제8 특정 구현예는, 원한다면, 알케논의 할로겐화 전구체 및, 특히 반응이 진행됨에 따라, 선택적으로는, 원하는 알케논을 효율적으로 분리시킬 수 있게 하며, 이러한 분리 조작은 출발물질과 반응 생성물과는 상이한 성분들이 실질적으로 부재하지만 이들을 제한함으로써 용이해진다.
본 발명에 따른 방법 및 그의 특정 구현예들에서, 일반적으로 비닐에테르에 대한 산할로겐화물의 몰비는 바람직하게 0.8 내지 1.2이고, 더 바람직하게는 0.8:1(산할로겐화물 : 비닐에테르) 내지 약 1이다. 가장 바람직하게, 몰비는 약 1이다.
본 발명에 따른 방법 및 그의 특정 구현예들에서, 비닐에테르는 카복실산 할로겐화물 1몰 당 0.01 내지 2 몰/시간의 속도로 액체 반응매질에 투입된다. 바람직하게, 이 속도는 카복실산 할로겐화물 1몰 당 0.5 내지 1.5 몰/시간이다. 속도가 카복실산 할로겐화물 1몰 당 약 1 몰/시간일 때 양호한 결과를 얻었다.
본 발명에 따른 방법 및 그의 특정 구현예들을 회분식 또는 연속으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 그의 특정 구현예들에서, 구체적으로는 연속식 공정의 경우, 액체 반응매질 내 비닐에테르의 농도를 제어하는 것이 특히 유리하다. 일반적으로, 비닐에테르의 농도는 액체 반응매질의 총 중량에 대해 5 중량% 미만이다. 액체 반응매질 내 비닐 에테르의 농도는 종종 액체 반응매질의 총 중량에 대해 1 중량% 이하이다. 바람직하게, 이 농도는 액체 반응매질의 총 중량에 대해 0.5 중량% 이하이다. 일반적으로, 이 농도는 액체 반응매질의 총 중량에 대해 0.1 중량% 이상이다.
비닐에테르의 농도를 제어하면, 특히 클로로에테르 또는 고분자 물질을 비롯한 기타 원치않는 화합물이 형성되는 것이 방지되고, 알케논의 수율과 순도가 향상된다는 것이 밝혀졌다.
따라서 본 발명은 또한 알케논의 할로겐화 전구체 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 카복실산 할로겐화물을 액체 반응매질 중의 비닐에테르와 연속적으로 반응시키는 단계를 포함하며, 이때 액체 반응매질 내 비닐에테르의 농도를 제어하고 바람직하게는 전술된 범위 내에 유지시킨다.
본 발명은 또한 알케논의 할로겐화 전구체 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 카복실산 할로겐화물을 난류 상태(turbulent state)에 있는 액체 반응매질 중에 비닐에테르와 반응시키는 단계를 포함한다.
이러한 특정 구현예에 따른 방법은 일반적으로 반응을 0℃ 내지 40℃의 온도에서, 바람직하게는 10℃ 내지 30℃의 온도에서, 더 바람직하게는 약 25℃에서, 가장 바람직하게는 약 20℃에서 수행하는 것을 포함한다.
이러한 특정 구현예에서, 반응매질의 난류 상태는 예를 들어 교반 조작, 반응매질을 유동 저항체에 통과시키는 조작, 반응매질에 비활성 기체와 같은 가스 버블을 주입시켜 혼합하는 조작 중에서 선택되는 조작에 의해 얻을 수 있다.
반응매질 내의 교반 조작은 터빈 또는 교반기와 같은 내부 교반 조작을 통해서나, 또는 반응기에 외부적인 재순환관을 통해 실현될 수 있다.
유동 저항체의 전형적인 예로는, 유리 링 또는 라시히(Raschig) 링과 같이 반응기 내에 배치가능한 형태를 가진 몸체가 있다.
본 방법이 연속식 모드로 수행되는 경우에 특히 유리한 상기 특정 구현예의 구체적인 양태에 의하면, 내부 공급관 및 외부 공급관이 구비된 동심 노즐(concentric nozzle)을 통해 비닐에테르 및 카복실산 할로겐화물을 액체 반응매질에 도입할 수 있다. 이러한 양태에서는, 비닐에테르가 내부 공급관을 통해 공급되는 것이 바람직하고, 카복실산 할로겐화물은 외부 공급관을 통해 공급되는 것이 바람직하다.
놀랍게도, 액체 반응매질에 난류 상태를 형성함으로써, 상기 반응매질 내의 열점들(hot spots)을 실질적으로 방지할 수 있으며, 이로써 알케논의 할로겐화 전구체의 수율 및 순도와, 상기 전구체로부터 얻는 알케논의 수율 및 순도가 향상된다.
본 발명의 목적상, 특히 "열점"이란 용어는 반응이 수행되는 온도보다 상당히 높은 온도를 가진 반응매질 영역을 가리킨다. "상당히 높은 온도"는 액체 반응매질의 평균 온도보다 5℃ 이상, 종종 10℃ 이상 높은 온도로 이해하면 된다.
이러한 특정 구현예에 따른 방법에서, 반응은 바람직하게 연속교반탱크 반응기(CSTR)에서 수행된다.
특정의 일 양태에 의하면, 상기 연속교반탱크 반응기는 플러그 흐름 반응기(plug flow reactor)와 결합된다. 이 경우에는, 일반적으로, 액체 반응매질의 적어도 일부분을 연속교반탱크 반응기로부터 배출하여 플러그 흐름 반응기 내에서 추가로 반응시킨다. 이 경우에, CSTR은 보통 난류 상태에 있는 한편, 플러그 흐름 반응기는 난류 상태에 있거나 또는 층류(laminar flow) 상태에 있다.
CSTR의 특정 구현예에는 하나 이상의 원통형 또는 구형 탱크로 구성된 반응기가 포함되며, 이곳에서 액체 반응매질의 난류 상태가 전술된 수단 중 임의의 것에 의해 형성된다. 둘 이상(예를 들어, 2, 3 또는 4개)의 CSTR이 이용되는 경우에는, 비닐에테르의 공급물을 분할시켜 각 반응기에 비닐에테르를 공급하는 것이 유리하다.
플러그 흐름 반응기의 특정 구현예가 원통형 관의 형태를 취함에 따라, 공급물은 이러한 관을 통해 일단에 공급되고 타단에서 배출된다.
본 발명에 따른 방법 및 그의 특정 구현예들은 바람직하게 단계(a)의 반응을 이러한 특정 구현예에 따라 수행하는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 방법 및 그의 특정 구현예들은 일반적으로 단계(a)의 반응을 제1 온도에서 수행하고, 단계(b)를 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 수행하는 것을 포함한다.
제1 온도는 일반적으로 50℃ 미만이고, 종종 40℃ 미만이며, 바람직하게는 30℃ 이하이다. 일 양태에서, 이 온도는 바람직하게 약 25℃ 이하이다. 제1 온도는 일반적으로 -50℃ 이상이고, 종종 -40℃ 이상이며, 바람직하게는 -30℃ 이상이다.
제2 온도는 일반적으로 50℃ 이상이고, 종종 60℃ 이상이며, 바람직하게는 70℃ 이상이다. 제2 온도는 일반적으로 150℃ 미만이고, 종종 100℃ 미만이며, 바람직하게는 약 80℃ 이하이다.
본 발명에 따른 방법 및 그의 특정 구현예들은 일반적으로 단계(a)의 반응을 제1 압력에서 수행하고, 단계(b)를 제1 압력보다 낮은 제2 압력에서 수행하는 것을 포함한다.
제1 압력은 일반적으로 반응매질을 액체 상태로 유지하기 위해 선택된다. 예를 들어, 만일 염화 트리플루오로아세틸을 산할로겐화물로 사용한다면, 제1 압력은 약 -25℃ 이하의 반응 온도에서는 상압인 것이 유리하다. 20 내지 30℃의 반응 온도에서, 제1 압력이 유리하게는 약 4 절대바 이상, 바람직하게는 약 5 절대바 이상 내지 약 10 절대바 이하이다.
제2 압력은 바람직하게 반응매질로부터 알케논을 적어도 일부 분별증류할 수 있도록 선택한다. 전형적인 제2 압력은 1 내지 약 10-3 절대바이다.
본 발명에 따른 방법의 일 구현예 및 상기 방법을 회분식으로 수행하는 경우에 유리한 그의 특정 구현예들에서, 단계(a) 및 (b)는 동일한 반응 영역에서, 예를 들어, 증류탑이 상부에 장착된 용기에서 수행된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 구현예 및 상기 방법을 회분식으로 수행하는 경우에 유리한 그의 특정 구현예들에서, 단계(a)는 제1 반응 영역에서 수행되고, 단계(b)는 제1 반응 영역과는 상이한 제2 반응 영역에서 수행된다.
제1 반응 영역은 종종 임의교반탱크 반응기이다. 제2 반응기는 예를 들어 증류탑일 수 있다.
바람직한 제9 특정 구현예에 의하면, 본 발명에 따른 방법은 단계(b)에서 생성된 알케논을 할로겐화수소, 미반응된 카복실산 할로겐화물 및 미반응된 할로겐화 전구체(그리고, 고분자 물질의 일부 미량성분)로부터 분리시키는 단계와, 선택적으로는 카복실산 할로겐화물을 단계(a)로 재순환시키고 할로겐화 전구체를 단계(b)로 재순환시키는 단계를 더 포함한다.
알케논을 특히 단계(b)의 반응 혼합물로부터 분리시키기 위한 분리기법으로서 증류법, 특히 분별증류법이 바람직하다.
본 발명은 또한 알케논의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은:
(a) 카복실산 할로겐화물 및 비닐에테르로부터 바람직하게는 전술된 방법들 중 임의의 한 방법 또는 이들의 조합 방법에 따라 제조함으로써, 알케논의 할로겐화 전구체를 제공하는 단계; 및
(b) 플래쉬 열분해(flash thermolysis), 진공 열분해 및 비활성 기체를 이용한 탈거(stripping) 하에서의 열분해 중에서 선택된 열분해 처리법에 의해, 할로겐화수소를 상기 전구체로부터 제거시켜 알케논을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 목적상, "플래쉬 열분해"란 용어는 액체 반응매질을 단시간 내에 가열하는 공정을 가리킨다. 플래쉬 열분해를 위한 전형적인 가열시간은 1 시간 미만이고, 특히 30분 미만이며, 바람직하게는 약 15분이다. 일반적으로, 가열시간은 1초를 초과하며, 종종 15초를 초과한다.
이러한 구현예에 따른 방법의 특정 양태에 의하면, 플래쉬 열분해 공정은 -20℃ 내지 140℃ 범위의 온도에서 30초 내지 1 시간 범위의 기간 동안에 수행되며, 바람직하게는 0℃ 내지 130℃ 범위의 온도에서 30초 내지 30분 범위의 기간 동안에 수행되고, 더 바람직하게는 20℃ 내지 120℃ 범위의 온도에서 30초 내지 20분 범위의 기간 동안에 수행된다.
선택적으로 열분해 또는 플래쉬 열분해 공정은 질소 가스, 아르곤 가스와 같은 비활성 기체 스트림을 이용한 탈거 하에 수행된다.
본 발명의 목적상, "탈거"란 용어는 특히 1종 이상의 성분, 특히는 HCl을 기체 스트림에 의해 액체 반응매질로부터 제거시키는 물리적 분리 공정을 가리킨다. 액체 스트림 및 기체 스트림은 병행류 또는 대향류 방향으로 유동가능하다.
적절하다면, 질소 스트림을 이용하여 탈거 조작을 수행하는 것이 유리하다.
이러한 구현예에 따른 방법은 일반적으로 열분해 공정을 -20℃ 내지 140℃, 바람직하게는 60℃ 내지 130℃, 예를 들어, 약 80℃, 더 바람직하게는 약 120℃의 온도에서 수행하는 것을 포함한다.
열분해 또는 플래쉬 열분해 공정을 진공 하에서 수행할 수 있다. 이러한 경우, 진공은 바람직하게는 100 내지 600 mbar이다.
본원에 개시된 다양한 방법과 구현예는, 알킬-비닐에테르와 트리플루오로아세트산 할로겐화물로부터 클로로트리플루오로알콕시부타논을 제조하는데에, 특히는 염화 트리플루오로아세틸과 에틸비닐에테르를 출발물질로 하여 후속 제거단계를 거치면서 트리플루오로알콕시부테논, 특히는 ETFBO를 제조하는데에 가장 바람직한 방식으로 적용되는 것으로 여겨진다.
본원에 개시된 다양한 방법과 구현예는, 알킬-비닐에테르와 디플루오로아세트산 할로겐화물로부터 클로로디플루오로알콕시부타논을 제조하는데에, 특히는 염화 디플루오로아세틸과 에틸비닐에테르를 출발물질로 하여 후속 제거단계를 거치면서 디플루오로알콕시부테논, 특히는 EDFBO를 제조하는데에 가장 바람직한 방식으로 적용되는 것으로 여겨진다.
이하 실시예들은 본 발명을 제한하려는 의도 없이 본 발명을 예시하고자 함이다.
이들 실시예와 본 명세서에 걸쳐 이용된 약어들을 다음과 같다: TFAC는 염화 트리플루오로아세틸이고, EVE는 에틸비닐에테르이고, CETFBO는 4-클로로-4-에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부탄-2-온이고, ETFBO는 에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부텐-2-온이다.
실시예: 4-에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부텐-2-온의 2단계 제조
단계(a)
드라이아이스 냉각기가 상부에 장착되고, Pt100 내부 온도계가 구비된 100ml 3구 플라스크에, 염화 트리플루오로아세틸 66.24g(0.5몰)을 -30℃에서 응축시켰다. 에틸비닐에테르 36.06g(0.5몰)을 1 시간에 걸쳐 적하식으로 첨가하였다. 그런 후에는, 염화 트리플루오로아세틸 0.5몰을 추가로 첨가하였다. 시료의 GC 분석은 4-클로로-4-에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부탄-3-온의 거의 정량적인 수율을 보였다.
단계(b)
전술된 단계(a)의 반응 이후, 플라스크를 실온까지 데우고, 진공 내에서 분별증류시켰다. 제1 분획(47 mbar에서 B.P. 59.3℃ 내지 66.4℃)은 4-클로로-4-에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부탄-2-온 및 4-에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부텐-2-온의 혼합물을 함유하였으며, 이 분획을 재증류하여 4-에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부텐-2-온을 추가로 제공할 수 있다. 제2 분획(30 mbar에서 B.P. 66.4℃ 내지 70℃)은 순수 에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부텐-2-온(E/Z 비 = 98.5:1.5)을 함유하였다. 분리 수율은 이론적 수율의 97.5% 이었다.
실시예 2: ETFBO를 용매로 사용하고 난류 조건하에서의 4-클로로-4-에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부탄-2-온 및 4-에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부텐-2온의 제조
일반 과정: 이전의 합성 단계에서 수득한 순수 ETFBO를 재순환 시스템의 유동부 내에 배치시키고, 칠러(chiller)를 이용하여 냉각하였다. 이러한 재순환 시스템은 20L 플라스크, 10mm 유리 라시히 링들이 겹쳐서 배치된 1미터 증류탑 2개, 순환 펌프(1500 l/h), 각각 (직경이 1.5cm이고) 경로 길이가 3m인 튜브 반응기 3개를 포함한다. 일단 재순환 시스템 내부가 원하는 온도에 이르면, 기상 또는 액상의 염화 트리플루오로아세틸(15 kg/h; 113.2 몰/시간)을 첫 번째 3m 반응기 앞의 난류 순환에 도입한 후 적은 몰 과량의 에틸비닐에테르(TFAC/EVE = 1:1.01)를 첫 번째 3m 반응기 다음에 첨가하였다. 멤브레인 펌프를 이용하여 재료를 제2 장치에 펌핑함으로써, 재순환 장치의 20L 플라스크 내 수준을 일정하게 유지하였다. 이러한 제2 장치는 4-클로로-4-에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부탄-2-온(CETFBO)을 4-에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부텐-2-온(ETFBO)로 열분해시키는 기능을 수행하는 곳으로, 10mm 유리 라시히 링으로 충전된 1미터 증류탑 3개가 장착된 100L Pfaudler 세라믹 용기, 및 제거부를 구비한 냉각기를 포함한다. 세라믹 용기가 충전된 경우에 회분식 열분해시키거나 또는 재순환 장치로부터 CETFBO 스트림을 연속적으로 공급하면, HCl 손실이 발생하면서 CETFBO가 ETFBO로 전환된다. 이들 증류탑에서 미세증류(fine distillation)를 또한 연속으로 또는 회분식으로 수행하였다.
실시예 2a:
재순환 시스템을 순수 ETFBO로 충전시킨 후 10℃의 온도까지 냉각하였다. 일반 과정을 따라, TFAC 및 EVE를 각각 12.4 몰/시간 및 12.8 몰/시간의 속도로 투입하였다. 재순환 장치의 상부에서 매 시간마다 취한 GC 시료에 의하면, TFAC와 EVE가 완전히 반응함으로써 CETFBO 농도는 지속적으로 증가하였고, ETFBO 농도는 감소하였다. 8 시간 동안 TFAC와 EVE를 연속으로 투입하였으며, 모든 재료를 세라믹 용기 내에서 회수하였다. 열분해 공정을 질소 스트림 하에 80℃에서 수행하고, 후속으로는 분별증류시켜, 분리 수율이 이론적 수율의 87%이고 순도가 98%(cis + trans 이성질체)인 4-에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부텐-2-온을 제공하였다.
실시예 2b:
재순환 시스템을 20℃의 온도에 유지하였다는 점을 제외하고는 실시예 2a에서와 같은 과정을 따랐다. 분리 수율이 이론적 수율의 87%이고 순도가 98%(cis + trans 이성질체)인 에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부텐-2-온을 수득하였다.
실시예 3: 열분해 처리를 통해 CETFBO에서 ETFBO로의 전환
일반 과정: 실시예 1에 전술된 바와 같이, 단계(a)의 반응 이후에, 환류 응축기가 장착된 플라스크를 원하는 온도까지 오일 배쓰(oil bath)를 이용하여 가열하였다. 다양한 조건 하에서, 즉 다양한 온도, 비활성 기체 스트림의 존재 또는 부재, 또는 진공 하에서, 열분해 또는 플래쉬 열분해 공정을 수행하였다. CETFBO에서 ETFBO로의 전환을 GC로 분석하였다. 반응 혼합물의 조성물이 일정하게 유지되면, 반응 혼합물을 진공 내에서(70℃, 20 mbar) 추가로 증류시켜 에톡시-1,1,1-트리플루오로-3-부텐-2-온을 수득하였다. 표 1에 실험 데이터를 정리하였다. 열분해 시간은 반응 혼합물의 조성물이 일정하게 유지된 이후의 시간을 가리킨다.
실시예 1 조건 열분해 시간
[분]		 CETFBO 중량% ETFBO
(cis/trans) 중량%		 ETFBO의 분리 수율(%)
3a 80℃ 43 5.2 88.9/1.3 85.7
3b 80℃/질소 스트림(24 l/h) 80 0.3 97.6/1.6 91.5
3c 80℃/진공(400 mbar) 80 1.4 95.1/1.7 89.3
3d 120℃ 17 1.2 94.3/1.4 89.9
3e 플래쉬 열분해
120℃		 13 1.0 94.9/1.5 93.0
3f 플래쉬 열분해
100℃		 25 2.8 93.7/1.4 93.7
(CETFBO의 중량% 및 ETFBO(cis/trans)의 중량%는 GC 분석을 통해 측정하였음)

Claims (36)

  1. (a) 화학식(II): R1-C(O)X (식 중, X는 불소, 염소 또는 브롬을 나타내고, R1은 불소화 C1-C4 알킬 또는 CF3C(0)CH2기를 나타냄)에 해당하는 카복실산 할로겐화물이 함유된 액체 반응매질에, 화학식(III): CH2=C(H)-OR2 (식 중, R2는 아릴기, 치환아릴기, 또는 1개 이상의 할로겐 원자로 임의 치환되는 C1-C10 알킬기를 나타냄)에 해당하는 비닐에테르를 도입함으로써 카복실산 할로겐화물과 비닐에테르를 반응시켜, 알케논의 할로겐화 전구체를 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 전구체로부터 할로겐화수소를 제거하여 알케논을 형성하는 단계를 포함하는, 화학식(I): R1-C(O)-C(H)=C(H)-OR2 (식 중, R1은 및 R2는 위에 주어진 의미를 가짐)에 해당하는 알케논의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, R1은 불소화 C1-C4 알킬기인 방법.
  3. 제1항에 있어서, R1은 CF3기인 방법.
  4. 제1항에 있어서, R2는 C1-C4 알킬기인 방법.
  5. 제1항에 있어서, R2는 메틸기 또는 에틸기인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 카복실산 할로겐화물이 염화 트리플루오로아세틸인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 액체 반응매질이 카복실산 할로겐화물을 20 중량% 내지 100 중량% 미만으로 함유하는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 액체 반응매질이 카복실산 할로겐화물을 50 중량% 내지 100 중량% 미만으로 함유하는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 액체 반응매질이 카복실산 할로겐화물을 1 중량% 내지 20 중량% 미만으로 함유하는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 액체 반응매질이 카복실산 할로겐화물을 5 중량% 내지 20 중량% 미만으로 함유하는 것인 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 비닐에테르를 액체 반응매질에 카복실산 할로겐화물 1몰 당 0.01 내지 2 몰/시간의 속도로 도입하는 것인 방법.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 염기가 실질적으로 부재인 상태에서 단계(a)의 반응을 수행하는 것인 방법.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 단계(a)의 반응을 제1 온도에서 수행하고, 단계(b)를 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 수행하는 것을 포함하는 방법.
  14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 단계(a)를 제1 반응 영역에서 수행하고, 단계(b)를 제1 반응 영역과는 상이한 제2 반응 영역에서 수행하는 것인 방법.
  15. 제14항에 있어서, 제1 반응 영역은 임의 교반탱크 반응기이고, 제2 반응 영역은 증류탑인 방법.
  16. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 회분식으로 수행되는 것인 방법.
  17. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 연속으로 수행되는 것인 방법.
  18. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 단계(b)에서 생성된 알케논을 할로겐화수소, 미반응된 카복실산 할로겐화물 및 미반응된 할로겐화 전구체로부터 분리시키는 단계와, 선택적으로는 카복실산 할로겐화물을 단계(a)로 재순환시키고 할로겐화 전구체를 단계(b)로 재순환시키는 단계를 더 포함하는 방법.
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