KR101674220B1 - 알릴 알코올의 전위 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 하기 화학식 1의 펜트-1-엔-3-올을 하기 화학식 2의 Z-펜트-2-엔-1-올과 하기 화학식 3의 E-펜트-2-엔-1-올 입체 이성질체들의 혼합물로 이성질체화시키는 방법에 관한 것이며, 이때 상기 방법은, 비균질 산 촉매의 존재 하에 물 또는 다중상 용매 시스템 중에서 하기 화학식 1의 펜트-1-엔-3-올을 반응시키는 단계를 포함한다:
[화학식 1]
Figure 112010086009592-pct00020

[화학식 2]
Figure 112010086009592-pct00021

[화학식 3]
Figure 112010086009592-pct00022

상기 식에서, R1은 알킬, 아릴 및 알킬아릴 라디칼로부터 선택되고, R2는 H, 알킬 및 아릴 라디칼로부터 선택된다.
상기 비균질 산 촉매는 바람직하게는, 담체 상의 브뢴스테드 산, 강산성 양이온 교환제, 및 산 기를 갖는 중합체로 이루어진 군으로부터 선택된다. 본 발명에 따른 방법의 생성물은, 비타민 A 및 이의 유도체 및 카로테노이드와 같은 아이소프레노이드의 제조를 위한 중요한 중간체이다.

Description

알릴 알코올의 전위 방법{PROCESS FOR THE REARRANGEMENT OF ALLYL ALCOHOLS}
본 발명은, 알릴 알코올의 이성질체화 방법, 특히 펜트-1-엔-3-올에서 Z-펜트-2-엔-1-올과 E-펜트-2-엔-1-올 이성질체들의 혼합물로의 전위(rearrangement)에 관한 것이다.
알릴 알코올, 특히 3급-알릴 알코올은 산업용 유기 화학에서 중요한 중간체이다. 알릴 알코올이 산 촉매작용의 존재 하에 이성질체화된다는 것은 알려져 있다. 이러한 이성질체화 반응은, 하이드록실 기의 1,3-이동 및 이중 결합의 대응 이동에 해당한다. 알릴 화합물에 대한 이중 결합 및 치환기의 이동은 알려져 있으며, 일반적으로 알릴 전위로 지칭된다. 알릴 알코올의 알릴 전위는 평형 반응이다.
산업적 견지에서, 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올이 중요하며 많은 관심을 받고 있는데, 그 이유는 이의 알릴 전위가 약 85%의 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올 및 약 15%의 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올을 생성하기 때문이다. 이러한 Z-이성질체는, 예를 들어 비타민 A의 제조에 유용한 중간체이고, 이러한 E-이성질체 또한, 예를 들어 아스타잔틴, 제아잔틴 및 기타 카로테노이드의 제조에 유용한 중간체이다. 이러한 이성질체들은 물리적인 방법, 예컨대 분별 증류에 의해 서로 분리될 수 있다.
유럽 특허 제 A-0　860　415 호는 일반적으로, 알릴 알코올에서 Z- 및 E-이성질체로의 이성질체화를 기술하고 있다. 이러한 이성질체화 반응은 수용액 중에서 양성자성 산의 존재 하에 2 내지 5 범위의 pH에서 수행된다. 이러한 방법은, 1급- 또는 2급-알릴 알코올을 3급-알릴 알코올로 전환시키는데 주로 사용된다. 상기 특허는 또한, 예를 들어 물에서의 낮은 용해도를 갖는 알릴 알코올이 사용되는 경우 용매가 존재할 수 있음을 기술하고 있다. 그러나, 상기 용매는, 사용되는 혼합 비에서 물과 혼화성이어야 한다. 상기 방법은, 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올을 이성질체화시키는데 적합하지 않은 것으로 보이며, 그 이유는 상기 알코올이 3급-알릴 알코올이기 때문이다.
체코 특허 출원 공개 제 269　025 호는, 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올의 산-촉진된 알릴 전위에 의해 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 이성질체화 반응은 유기 용매 중에서, 물에 의해 팽윤된 강산성 양이온 교환제의 존재 하에 수행된다. 사용되는 유기 용매는 방향족 탄화수소(예컨대, 벤젠) 또는 할로겐화된 지방족 탄화수소이다. 그러나, 상기 반응은 70% 이하의 불완전한 전환율로 수행되며, 실시예에서 보고된 3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올의 최대 수율은 단지 약 52%이다.
스코다(A. Skoda) 등의 문헌[Chem. Papers 43 (6) 743-751 (1989)]에서는, 수용액 중의 나트륨 수소 설페이트에 의해 촉진된 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올의 알릴 전위의 역학적 연구를 보고하고 있다. 상기 문헌은 단지 과학적 실험을 기술하고 있으며, 대량 생산을 위한 대응하는 기술적 방법의 가능한 실현에 대해서는 아무런 암시도 하지 않고 있다. 또한, 상기 촉매를 추가로 재사용하기 위한 분리는 어렵다.
본 발명의 목적은, 알릴 알코올, 특히 펜트-1-엔-3-올, 특히 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올에서 Z-펜트-2-엔-1-올과 E-펜트-2-엔-1-올의 혼합물로의 이성질체화를 위한 대안적 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 높은 전환율 및/또는 높은 선택도에서 우수한 수율을 제공한다. 본 발명의 추가의 목적은, 특히 연속 공정에서 폐기물 형성을 감소시키는 촉매를 확립하는 것이다.
상기 목적은, 하기 화학식 1의 펜트-1-엔-3-올을 하기 화학식 2의 Z-펜트-2-엔-1-올과 하기 화학식 3의 E-펜트-2-엔-1-올 이성질체들의 혼합물로 이성질체화시키는 방법에 의해 충족되며, 상기 방법은, 용매 중에서 비균질 산 촉매, 즉 부동화된 고상 촉매의 존재 하에 하기 화학식 1의 펜트-1-엔-3-올을 반응시키는 단계를 포함한다:
[화학식 1]
Figure 112010086009592-pct00001
[화학식 2]
Figure 112010086009592-pct00002
[화학식 3]
Figure 112010086009592-pct00003
상기 식에서,
R1은 알킬, 아릴 및 알킬아릴 라디칼로부터 선택되고,
R2는 H, 알킬 및 아릴 라디칼로부터 선택된다.
상기 용매는 물 또는 다중상 시스템일 수 있으며, 이때 상기 다중상 시스템은, 2상을 형성하는 수성 상 및 유기 용매 상을 포함한다. 이러한 2상 액체 용매 시스템이 바람직하다. 후자의 경우, 반응 혼합물은 수성 상, 유기 상 및 촉매의 3상 시스템이다.
본 발명의 특별히 이로운 실시양태에서, 반응 혼합물 중의 함수량은 5 중량% 이상이다.
바람직한 실시양태에서, 상기 다중상 시스템의 유기 용매 상은 수-비혼화성 유기 용매를 포함한다.
일반적으로, 다중상 (용매) 시스템을 사용하는 경우, 물질 전달 한계가 발생한다. 놀랍게도, 본 발명에 따른 다중상 용매 시스템에서는 이러한 문제가 발생하지 않는 것으로 알려졌다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 이점은 촉매 수명이 길다는 것과, 상기 방법이 또한 연속적인 방식으로 수행될 수 있다는 것이다. 균질 산 촉매가 사용되는 방법과 달리, 비균질 산 촉매가 사용되는 경우에는 반응의 종결시에 산의 중화가 의무적이지 않다. 산의 중화는, 제거 및 처리해야 할 염의 형성을 제공한다.
본 발명은 또한, 비타민 A, 비타민 A 유도체 및 카로테노이드로부터 선택되는 아이소프레노이드를 제조하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은, 전술된 바와 같이 펜트-1-엔-3-올을 이성질체화시키는 단계, Z-펜트-2-엔-1-올 및 E-펜트-2-엔-1-올을 단리하는 단계, 및 Z-펜트-2-엔-1-올 또는 E-펜트-2-엔-1-올을 대응 아이소프레노이드로 전환시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 비타민 A, 비타민 A 유도체 및 카로테노이드로부터 선택되는 아이소프레노이드를 제조하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은, 전술된 바와 같이 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올을 이성질체화시키는 단계, Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올 및 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올을 단리하는 단계, 및 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올 또는 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올을 대응 아이소프레노이드로 전환시키는 단계를 포함한다.
바람직한 실시양태에 따르면, 화학식 1, 2 및 3에서 R1은 C1 내지 C15 알킬 라디칼, 바람직하게는 C1 내지 C5 알킬 라디칼(더욱 바람직하게는 메틸 라디칼) 및 페닐 라디칼로부터 선택되고; R2는 H, C1 내지 C15 알킬 라디칼, 바람직하게는 C1 내지 C5 알킬 라디칼 및 페닐 라디칼로부터 선택된다. 상기 알킬 라디칼은 선형, 분지형 또는 환형일 수 있으며, 상기 라디칼은 바람직하게는 선형 또는 분지형이고, 더욱 바람직하게는 선형이다.
아릴 라디칼의 추가의 예는 나프틸 및 톨릴이다.
알킬아릴 라디칼의 예는 벤질이다.
가장 바람직한 실시양태에 따르면, R1은 메틸 라디칼이고, R2는 H이다. 이러한 경우, 펜트-1-엔-3-올은 하기 화학식 4의 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올이고, 대응 이성질체는 하기 화학식 5의 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올 및 하기 화학식 6의 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올이다.
[화학식 4]
Figure 112010086009592-pct00004
[화학식 5]
Figure 112010086009592-pct00005
[화학식 6]
Figure 112010086009592-pct00006
상기 유기 용매 상을 형성하는 유기 용매는 임의의 수-비혼화성 유기 용매일 수 있다. 또한, 다양한 수-비혼화성 유기 용매들의 혼합물이 사용될 수 있다. "수-비혼화성 용매"라는 용어는, 이성질체화 반응 동안 수성 상에 더하여 개별적인 유기 용매 상을 유지하는 임의의 용매를 의미한다. 전형적으로, 상기 수-비혼화성 용매는 3 g/(100 g의 물) 미만 정도로 물에 혼화성이다.
바람직하게는, 상기 수-비혼화성 유기 용매는 비-할로겐화된 유기 용매이다. 더욱 바람직하게는, 상기 수-비혼화성 유기 용매가 톨루엔 또는 비-방향족 유기 용매이다. 하나의 실시양태에서, 상기 비-방향족 유기 용매는 에터, 케톤, 포화된 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 예시적인 유기 용매는 다이아이소프로필에터, 다이에틸 에터, 테트라하이드로퓨란, 메틸 아이소부틸 케톤, 헥산, 헵탄 및 파라핀 오일을 포함한다. 따라서, 상기 수-비혼화성 유기 용매는 톨루엔, 에터, 케톤, 포화된 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물, 바람직하게는 톨루엔, 다이아이소프로필에터, 다이에틸 에터, 테트라하이드로퓨란, 메틸 아이소부틸 케톤, 헥산, 헵탄, 파라핀 오일 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 상기 비-방향족 유기 용매가 다이아이소프로필에터, 메틸 아이소부틸 케톤, 파라핀 오일 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 상기 유기 용매가 톨루엔, 다이아이소프로필에터, 메틸 아이소부틸 케톤, 파라핀 오일 또는 이들의 혼합물이고, 더더욱 바람직하게는 다이아이소프로필에터, 톨루엔 또는 이들의 혼합물이다. 가장 바람직하게는, 상기 유기 용매가 다이아이소프로필에터이다.
바람직하게는, 상기 비균질 산 촉매가 담체 상의 브뢴스테드 산, 강산성 양이온 교환제, 및 산 기를 갖는 중합체(즉, 작용화된 중합체)로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 상기 촉매가 100 내지 500 Å의 기공 직경; 및/또는 (질소 BET로 측정시) 20 m2/g 이상의 표면적, 바람직하게는 20 내지 500 m2/g 범위의 표면적(더욱 바람직하게는 25 내지 300 m2/g 범위, 28 내지 300 m2/g 범위, 28 내지 70 m2/g 범위, 30 내지 55 m2/g 범위); 및/또는 0.10 mL/g 이상의 총 기공 부피, 바람직하게는 0.10 내지 0.50 mL/g 범위의 총 기공 부피, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 0.45 mL/g 범위의 총 기공 부피, 더더욱 바람직하게는 0.18 내지 0.42 mL/g 범위의 총 기공 부피, 가장 바람직하게는 0.20 내지 0.40 mL/g 범위의 총 기공 부피를 갖는다.
더더욱 바람직하게는, 상기 촉매의 산 기는 설폰산 기(-SO3H) 또는 4 이하의 pKa를 갖는 임의의 다른 기로 표시되며, 바람직하게는 상기 촉매의 산 작용기는 설폰산 기로 표시된다.
따라서, 상기 촉매는 담체 상의 유기 설폰산, 또는 작용성 설폰산 기를 갖는 중합체성 수지일 수 있으며, 작용성 설폰산 기를 갖는 중합체성 수지가 더욱 바람직하다. 상기 작용성 설폰산 기를 갖는 중합체성 수지는 또한, 본 발명의 문맥에서 "중합체-결합된 설폰산"으로도 명명된다. 바람직한 실시양태에서, 스타이렌-다이비닐벤젠 중합체가 상기 설폰산 기를 위한 매트릭스로서 사용된다.
추가의 적합한 촉매는 CO2H 기로 작용화된 중합체이다.
본 발명의 문맥에서 "SO3H 기로 작용화된 중합체"라는 용어는 또한, SO3H 기가 링커를 통해 중합체 주쇄에 결합된 중합체를 포괄한다. 상기 링커는 알킬렌(예컨대, 프로필렌: -(CH2)3-), 아릴렌(예컨대, p-톨릴렌) 또는 알킬아릴렌(예컨대, 벤질렌: -CH2-(C6H4)-)일 수 있다. 따라서, 이는, "CO2H 기로 작용화된 중합체"에도 동일하게 적용된다.
본 발명의 문맥에서 인용되는 모든 작용화된 중합체 중에서 거대망상(macroreticular) 중합체가 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명에 사용하기 위한 부동화된/고체 브뢴스테드 산이 4 이하, 더욱 바람직하게는 2 이하, 더더욱 바람직하게는 1.5 이하, 가장 바람직하게는 1 이하의 pKa 값을 갖는다.
브뢴스테드 산의 예는 유기 설폰산, H2SO4 및 H3PO4이다.
상기 담체는 유기물 또는 무기물일 수 있다. 유기 담체의 예는 중합체이다. 무기 담체의 예는 옥사이드 담체, 예컨대 SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2 및 GeO2이다.
담체 상의 브뢴스테드 산의 예는 중합체(특히, 거대망상 폴리스타이렌 공중합체, 예컨대 거대망상 폴리스타이렌 다이비닐벤젠 공중합체) 상의 p-톨루엔 설폰산, 또는 실리카 상의 프로필렌 설폰산이다.
본 발명의 방법에 적합한 촉매의 예는 앰버리스트(Amberlyst)-유형 중합체, 루아티트(Lewatit), 다우엑스(Dowex), 및 중합체-결합된 p-TsOH(p-톨루엔 설폰산)뿐만 아니라 델록산(Deloxan)이다.
가장 바람직한 실시양태에 따르면, 중합체-결합된 설폰산, 예컨대 앰버리스트-유형(바람직함) 및 다우엑스-유형의 중합체가 본 발명의 방법에서 고체 산 촉매로서 사용된다.
본 발명의 가장 바람직한 실시양태에서, 촉매 앰버리스트 15, 16 및 36뿐만 아니라, 다우엑스 DR-2030도 사용된다. 이는 모두, 작용화된 스타이렌 다이비닐벤젠 공중합체이다.
앰버리스트 15는, 4.7 당량/kg 이상의 산 부위(즉, 설폰산 기) 농도, (질소 BET로 측정시) 53 m2/g의 표면적, 300Å의 평균 기공 직경 및 0.40 mL/g의 총 기공 부피를 갖는 비드 형태의 거대망상 설폰산계 강산성 이온 교환 수지이며, 롬 앤 하스(Rohm & Haas)로부터 앰버리스트 15 드라이 및 앰버리스트 15 웨트로서 시판된다. 앰버리스트 15 웨트는 또한, 0.600 내지 0.850 mm 범위의 조화 평균(harmonic mean) 입경 및 1.70 이하의 균등 계수(uniformity coefficient)를 갖는다.
앰버리스트 16은, 4.8 당량/kg 이상의 산 부위(즉, 설폰산 기) 농도, (질소 BET로 측정시) 30 m2/g의 표면적, 250Å의 평균 기공 직경 및 0.20 mL/g의 총 기공 부피를 갖는 비드 형태의 거대망상 설폰산계 강산성 이온 교환 수지이며, 롬 앤 하스로부터 앰버리스트 16 웨트로서 시판된다. 앰버리스트 16 웨트는 또한, 0.600 내지 0.850 mm 범위의 조화 평균 입경 및 1.60 이하의 균등 계수를 갖는다.
앰버리스트 36은, 5.4 당량/kg 이상의 산 부위(즉, 설폰산 기) 농도, (질소 BET로 측정시) 33 m2/g의 표면적, 240Å의 평균 기공 직경 및 0.20 mL/g의 총 기공 부피를 갖는 비드 형태의 거대망상 설폰산계 강산성 이온 교환 수지이며, 롬 앤 하스로부터 앰버리스트 36 드라이 및 앰버리스트 36 웨트로서 시판된다. 앰버리스트 36 웨트는 또한, 0.600 내지 0.850 mm 범위의 조화 평균 입경 및 1.60 이하의 균등 계수를 갖는다.
다우엑스 DR-2030은, 4.7 당량/kg 이상의 산 부위(즉, 설폰산 기) 농도, (질소 BET로 측정시) 30 내지 31 m2/g의 표면적 및 0.33 내지 0.35 mL/g의 총 기공 부피를 갖는 비드 형태의 거대망상 설폰산계 강산성 이온 교환 수지이며, 다우 케미칼(Dow Chemical)로부터 다우엑스(Dowex) DR-2030 및 다우엑스 모노스피어(Dowex Monosphere) DR-2030으로서 시판된다. 다우엑스 모노스피어(Dowex Monosphere) DR-2030은 또한, 425 내지 525 μm의 입자 크기 분포를 갖는다.
따라서, 본 발명의 바람직한 비균질 산 촉매는, 4.0 당량/kg 이상(바람직하게는, 4.5 당량/kg 이상, 더더욱 바람직하게는 4.5 내지 6.0 당량/kg 범위, 가장 바람직하게는 4.5 내지 5.5 당량/kg 범위)의 산 부위(즉, 설폰산 기) 농도; 및/또는 (질소 BET로 측정시) 20 m2/g 이상(바람직하게는 20 내지 70 m2/g 범위, 더욱 바람직하게는 28 내지 55 m2/g 범위)의 표면적; 및/또는 0.10 mL/g 이상(바람직하게는 0.10 내지 0.50 mL/g 범위, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 0.45 mL/g 범위, 더더욱 바람직하게는 0.18 내지 0.42 mL/g 범위, 가장 바람직하게는 0.20 내지 0.40 mL/g 범위)의 총 기공 부피를 갖는 비드 형태의 거대망상 설폰산계 강산성 이온 교환 수지이다.
따라서, 본 발명의 가장 바람직한 비균질 산 촉매는, 4.0 당량/kg 이상(바람직하게는, 4.5 당량/kg 이상, 더더욱 바람직하게는 4.5 내지 6.0 당량/kg 범위, 가장 바람직하게는 4.5 내지 5.5 당량/kg 범위)의 산 부위(즉, 설폰산 기) 농도; (질소 BET로 측정시) 20 m2/g 이상(바람직하게는 20 내지 70 m2/g 범위, 더욱 바람직하게는 28 내지 55 m2/g 범위)의 표면적; 200Å 이상(바람직하게는 200 내지 350Å 범위)의 평균 기공 직경; 0.10 mL/g 이상(바람직하게는 0.10 내지 0.50 mL/g 범위, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 0.45 mL/g 범위, 더더욱 바람직하게는 0.18 내지 0.42 mL/g 범위, 가장 바람직하게는 0.20 내지 0.40 mL/g 범위)의 총 기공 부피를 갖는 비드 형태의 거대망상 설폰산계 강산성 이온 교환 수지이다.
또한, 유럽 특허 제 A 507 490 호 및 미국 특허 제 5,081,160 호의 방법에 따라 제조되는 바와 같은, SO3H 기를 갖는 중합체가 본 발명에 따른 이성질체화 반응에서의 촉매로서 사용될 수 있으며, 상기 특허들의 내용을 본원에 참고로 인용한다.
의무적인 것은 아니지만, 안정화제(예컨대, 하이드로퀴논 또는 2,6-다이-3급-부틸-p-크레졸 또는 이들의 혼합물)를 상기 반응 혼합물에 가할 수 있다. 안정화제(예컨대, 하이드로퀴논 또는 2,6-다이-3급-부틸-p-크레졸 또는 이들의 혼합물)가 사용되는 경우, 이는 전형적으로 1 내지 10,000 중량 ppm, 바람직하게는 5 내지 1,000 중량 ppm, 더욱 바람직하게는 7 내지 500 중량 ppm, 가장 바람직하게는 10 내지 100 중량 ppm의 양으로 첨가된다.
추가의 안정화제는 다른 산화방지제일 수 있다.
전형적으로, 상기 고체 산 촉매는 물과 혼합되어 상기 공정에 첨가된다.
선행 기술의 방법에 비해, 본 발명의 방법에서 상기 촉매의 분리 및 재순환은 훨씬 더 편리하다. 반응을 위한 용매로서 물만 사용되는 경우, 물 및 상기 촉매는 생성물로부터 분리되어, 추가의 정제를 위해 증류될 수 있다. 다중상 시스템이 사용되는 경우, 상기 다중상 시스템의 고체 촉매 및 수성 상은 생성물 층으로부터 용이하게 분리되어 재순환될 수 있다. 이는, 상기 두 경우 모두에서 촉매가 재순환될 수 있음을 의미한다. 상기 촉매는 수차례 사용되더라도 여전히 높은 수율 및 전환율을 제공함이 밝혀졌다.
일반적으로, 펜트-1-엔-3-올은 수-비혼화성 비-방향족 비-할로겐화된 유기 용매에 가용성이며, 따라서 상기 유기 용매 중의 용액으로서 상기 공정에 첨가된다. 하나의 실시양태에서, 상기 유기 용매 중의 펜트-1-엔-3-올의 농도는 5 내지 80 중량%, 바람직하게는 15 내지 60 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 50 중량%, 가장 바람직하게는 25 내지 45 중량% 범위이다.
그러나, 펜트-1-엔-3-올은 또한, 그 자체로 반응 챔버/반응기에 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 펜트-1-엔-3-올이 수-비혼화성 비-방향족 비-할로겐화된 유기 용매 중의 용액으로서 첨가된다.
다양한 성분들이 임의의 순서로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 상기 고체 산 촉매의 수성 혼합물을 반응 용기에 담지하고, 이어서 유기 용매 중의 펜트-1-엔-3-올의 용액을 가할 수 있거나, 그 반대도 가능하다. 또한, 첨가되는 성분의 총량을 나누고, 공정의 다양한 시점에서 분량으로 가할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 다중상 시스템이 사용되지 않고 단지 물만 사용되는 경우, 펜트-1-엔-3-올이 그 자체로 사용되어, 촉매와 물의 혼합물에 첨가될 수 있거나, 그 반대도 가능하다. 또한, 첨가되는 성분의 총량을 나누고, 공정의 다양한 시점에서 분량으로 가할 수도 있다.
반응이 불연속적으로 수행되는 경우, 반응 성분들의 혼합은, 예를 들어 교반에 의해 반응 혼합물을 교반함으로써 수행된다. 바람직하게는, 상기 이성질체화 반응이 교반 탱크 반응기에서 수행된다.
반응이 연속 방식으로 수행되는 경우, 고정층을 갖는 플러그-흐름 반응기 또는 연속 교반 탱크 반응기가 사용된다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, 다단(cascade) 반응기 시스템이 사용된다.
상기 이성질체화 반응은 전형적으로, 사용되는 반응 성분들의 유형 및 적용되는 다른 반응 조건에 따라 20 내지 80℃ 범위의 온도에서 수행된다. 대기압에서, 상기 반응 온도는 바람직하게는 30 내지 70℃, 더욱 바람직하게는 35 내지 65℃, 가장 바람직하게는 40 내지 60℃ 범위이다.
상기 이성질체화 반응은, 사용되는 구성(set-up) 및 조건에 따라 1 내지 25시간의 반응 시간을 갖는다. 전형적인 온도 범위에서, 상기 반응 시간은 바람직하게는 1.5 내지 8시간, 더욱 바람직하게는 2 내지 6시간, 가장 바람직하게는 2 내지 5시간이다.
전형적으로, 본 발명에 따른 방법은 70% 이상, 바람직하게는 81% 이상, 더욱 바람직하게는 86% 이상, 더더욱 바람직하게는 89% 이상, 가장 바람직하게는 92% 이상의 펜트-1-엔-3-올 전환율에서 수행된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올은, 모든 바람직한 실시양태를 비롯하여 전술된 반응 성분, 양 및 반응 조건을 사용하여 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올과 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올의 혼합물로 이성질체화된다.
본 발명의 더욱 바람직한 실시양태에서, 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올은, 모든 바람직한 실시양태를 비롯하여 전술된 다른 반응 성분, 양 및 반응 조건을 사용하고 용매로서 다이아이소프로필에터를 사용하여 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올과 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올의 혼합물로 이성질체화된다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시양태에서, 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올은, 모든 바람직한 실시양태를 비롯하여 전술된 다른 반응 성분, 양 및 반응 조건을 사용하고 용매로서 다이아이소프로필에터를 사용하고 고체 산 촉매로서 담체 상의 브뢴스테드 산, 강산성 양이온 교환제, 또는 산 기를 갖는 중합체를 사용하여 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올과 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올의 혼합물로 이성질체화된다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시양태에서, 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올은, 모든 바람직한 실시양태를 비롯하여 전술된 다른 반응 성분, 양 및 반응 조건을 사용하고 용매로서 다이아이소프로필에터를 사용하고 고체 산 촉매로서 담체 상의 브뢴스테드 산, 강산성 양이온 교환제, 또는 산 기를 갖는 중합체를 사용하여 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올과 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올의 혼합물로 이성질체화되며, 이때 상기 촉매는 100 내지 500Å의 기공 직경 및 20 내지 500 m2/g(바람직하게는 25 내지 300 m2/g, 더욱 바람직하게는 30 내지 300 m2/g)의 표면적을 갖는다.
본 발명의 또다른 더욱 바람직한 실시양태에서, 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올은, 모든 바람직한 실시양태를 비롯하여 전술된 다른 반응 성분, 양 및 반응 조건을 사용하고 고체 산 촉매로서 중합체-결합된 설폰산을 사용하여 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올과 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올의 혼합물로 이성질체화된다.
본 발명의 또다른 더더욱 바람직한 실시양태에서, 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올은, 모든 바람직한 실시양태를 비롯하여 전술된 다른 반응 성분, 양 및 반응 조건을 사용하고 용매로서 다이아이소프로필에터를 사용하고 고체 산 촉매로서 중합체-결합된 설폰산을 사용하여 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올과 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올의 혼합물로 이성질체화된다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시양태에서, 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올은, 모든 바람직한 실시양태를 비롯하여 전술된 다른 반응 성분, 양 및 반응 조건을 사용하고 용매로서 다이아이소프로필에터를 사용하고 고체 산 촉매로서 앰버리스트 또는 다우엑스-유형 중합체를 사용하여 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올과 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올의 혼합물로 이성질체화된다.
본 발명의 방법이 다중상 시스템에서 수행되는 경우, 상기 이성질체화 단계로부터 수득된 반응 혼합물은 수성 상 및 유기 용매 상을 포함한다. 추가의 후처리(work-up)에서, 상 분리 단계 및 이어서 임의적으로 중화(예컨대, 탄산 나트륨 사용) 단계, 및 유기 용매 및 반응되지 않은 3급-알릴 알코올(예컨대, 펜트-1-엔-3-올)의 분리 단계는 당분야에 공지되어 있다. 전형적으로, 저비점 성분(예컨대, 유기 용매) 및 고비점 성분은 하나 이상, 바람직하게는 2개 이상의 액화(devolatilization) 및/또는 증류 단계에서 이성질체 혼합물로부터 분리될 것이다. 전형적으로, Z-펜트-2-엔-1-올은 이어서 하나 이상의 최종 정류 단계에 의해 E-펜트-2-엔-1-올로부터 분리된다.
본 발명의 특정 실시양태
또한, 본 발명의 특정 실시양태는, 하기 화학식 1의 펜트-1-엔-3-올을 하기 화학식 2의 Z-펜트-2-엔-1-올과 하기 화학식 3의 E-펜트-2-엔-1-올의 혼합물로 이성질체화시키는 방법이며, 이때 상기 방법은 용매 중에서 비균질 산 촉매의 존재 하에 하기 화학식 1의 펜트-1-엔-3-올을 반응시키는 단계를 포함하고, 상기 용매는 물 또는 다중상 용매 시스템이고, 상기 다중상 용매 시스템은 수성 상 및 유기 용매 상을 포함하고, 상기 유기 용매 상은, 에터, 케톤, 포화된 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 수-비혼화성 유기 용매를 포함한다:
[화학식 1]
Figure 112010086009592-pct00007
[화학식 2]
Figure 112010086009592-pct00008
[화학식 3]
Figure 112010086009592-pct00009
상기 식에서,
R1은 알킬*, 아릴(예컨대, 페닐, 나프틸 및 톨릴) 및 알킬*아릴(예컨대, 벤질) 라디칼로부터 선택되고, 바람직하게는 R1은 C1 내지 C15 알킬* 라디칼(더욱 바람직하게는, 메틸 라디칼) 및 페닐 라디칼로부터 선택되고,
R2는 H, 알킬* 및 아릴(예컨대, 페닐, 나프틸 및 톨릴) 라디칼로부터 선택되고, 바람직하게는 R2는 H, C1 내지 C15 알킬* 라디칼(더욱 바람직하게는, C1 내지 C5 알킬* 라디칼) 및 페닐 라디칼로부터 선택되고,
더욱 바람직하게는 R1이 메틸 라디칼이고, R2가 H이다.
상기 알킬* 라디칼은 선형, 분지형 또는 환형일 수 있고, 바람직하게는 선형 또는 분지형이고, 더욱 바람직하게는 선형이다.
바람직하게는, 상기 수-비혼화성 유기 용매가 다이아이소프로필에터, 다이에틸에터, 테트라하이드로퓨란, 메틸 아이소부틸 케톤, 헥산, 헵탄, 파라핀 오일 및 이들의 혼합물로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 다이아이소프로필 에터, 메틸 아이소부틸 케톤, 파라핀 오일 및 이들의 혼합물로부터 선택되고, 더더욱 바람직하게는 다이아이소프로필 에터이다.
본 발명의 이러한 특정 실시양태가 다중상 시스템에서 수행되는 경우, 상기 다중상 시스템은 수성 상 및 유기 용매 상을 포함한다. 따라서, 상기 수성 상 및 상기 유기 용매 상은 2개의 개별적인 상을 형성한다. 이러한 2상 액체 용매 시스템이 바람직하다. 후자의 경우, 상기 반응 혼합물은 수성 상, 유기 용매 상 및 촉매의 3상 시스템이다.
상기 반응 혼합물 중의 함수량이 5 중량% 이상인 경우가 특히 유리하다.
일반적으로, 다중상 (용매) 시스템을 사용하는 경우, 물질 전달 한계와 관련된 문제가 발생한다. 놀랍게도, 이러한 문제는 상기 특정 실시양태에 따른 다중상 용매 시스템에서는 발생하지 않는 것으로 알려졌다.
이러한 특정 실시양태가 다중상 시스템에서 수행되는 경우, 상기 이성질체화 단계로부터 수득된 반응 혼합물은 수성 상 및 유기 용매 상을 포함한다. 추가의 후처리에서, 상 분리 단계 및 이어서 임의적으로 중화(예컨대, 탄산 나트륨 사용) 단계, 및 유기 용매 및 반응되지 않은 3급-알릴 알코올(예컨대, 펜트-1-엔-3-올)의 분리 단계는 당분야에 공지되어 있다. 전형적으로, 저비점 성분(예컨대, 유기 용매) 및 고비점 성분은 하나 이상, 바람직하게는 2개 이상의 액화 및/또는 증류 단계에서 이성질체 혼합물로부터 분리될 것이다. 전형적으로, Z-펜트-2-엔-1-올은 이어서 하나 이상의 최종 정류 단계에 의해 E-펜트-2-엔-1-올로부터 분리된다.
본 발명의 이러한 실시양태의 추가의 이점은 촉매의 수명이 길다는 것과, 상기 방법이 연속적인 방식으로 수행될 수 있다는 것이다.
본 발명은 또한, 비타민 A, 비타민 A 유도체 및 카로테노이드로부터 선택되는 아이소프레노이드를 제조하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 본 발명의 특정 실시양태에 따라 펜트-1-엔-3-올을 이성질체화시키는 단계, Z-펜트-2-엔-1-올 및 E-펜트-2-엔-1-올을 단리하는 단계, Z-펜트-2-엔-1-올 또는 E-펜트-2-엔-1-올을 대응 아이소프레노이드로 전환시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 비타민 A, 비타민 A 유도체 및 카로테노이드로부터 선택되는 아이소프레노이드를 제조하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 본 발명의 특정 실시양태에 따라 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올을 이성질체화시키는 단계, Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올 및 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올을 단리하는 단계, 및 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올 또는 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올을 대응 아이소프레노이드로 전환시키는 단계를 포함한다.
가장 바람직하게, R1이 메틸 라디칼이고, R2가 H인 경우, 하기 화학식 4의 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올은 하기 화학식 5의 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올과 하기 화학식 6의 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올 입체 이성질체들의 혼합물로 이성질체화된다.
[화학식 4]
Figure 112010086009592-pct00010
[화학식 5]
Figure 112010086009592-pct00011
[화학식 6]
Figure 112010086009592-pct00012
바람직하게는, 상기 비균질 산 촉매가 담체 상의 브뢴스테드 산, 강산성 양이온 교환제, 및 산 기를 갖는 중합체(즉, 작용화된 중합체)로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 상기 촉매가 100 내지 500Å 범위의 기공 직경; 및/또는 (질소 BET로 측정시) 20 m2/g 이상의 표면적, 바람직하게는 20 내지 500 m2/g 범위(더욱 바람직하게는 25 내지 300 m2/g 범위, 28 내지 300 m2/g 범위, 28 내지 70 m2/g 범위, 30 내지 55 m2/g 범위)의 표면적; 및/또는 0.10 mL/g 이상, 바람직하게는 0.10 내지 0.50 mL/g 범위, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 0.45 mL/g 범위, 더더욱 바람직하게는 0.18 내지 0.42 mL/g 범위, 가장 바람직하게는 0.20 내지 0.40 mL/g 범위의 총 기공 부피를 갖는다.
더더욱 바람직하게는, 상기 촉매의 산 기는 설폰산 기(-SO3H) 또는 4 이하의 pKa를 갖는 임의의 다른 기로 표시되며, 바람직하게는 상기 촉매의 산 작용기는 설폰산 기로 표시된다.
따라서, 상기 촉매는 담체 상의 유기 설폰산, 또는 작용성 설폰산 기를 갖는 중합체성 수지일 수 있으며, 작용성 설폰산 기를 갖는 중합체성 수지가 더욱 바람직하다. 상기 작용성 설폰산 기를 갖는 중합체성 수지는 또한, "중합체-결합된 설폰산"으로도 명명된다. 바람직한 실시양태에서, 스타이렌-다이비닐벤젠 중합체가 상기 설폰산 기를 위한 매트릭스로서 사용된다.
추가의 적합한 촉매는 CO2H 기로 작용화된 중합체이다.
본 발명의 문맥에서 "SO3H 기로 작용화된 중합체"라는 용어는, SO3H 기가 링커를 통해 중합체 주쇄에 결합된 중합체를 포괄한다. 상기 링커는 알킬렌(예컨대, 프로필렌: -(CH2)3-), 아릴렌(예컨대, p-톨릴렌) 또는 알킬아릴렌(예컨대, 벤질렌: -CH2-(C6H4)-)일 수 있다. 이는, "CO2H 기로 작용화된 중합체"에도 동일하게 적용된다.
인용되는 모든 작용화된 중합체 중에서, 거대망상 중합체가 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명에 사용하기 위한 부동화된/고체 브뢴스테드 산이 4 이하, 더욱 바람직하게는 2 이하, 더더욱 바람직하게는 1.5 이하, 가장 바람직하게는 1 이하의 pKa 값을 갖는다.
브뢴스테드 산의 예는 유기 설폰산, H2SO4 및 H3PO4이다.
상기 담체는 유기물 또는 무기물일 수 있다. 유기 담체의 예는 중합체이다. 무기 담체의 예는 옥사이드 담체, 예컨대 SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2 및 GeO2이다.
담체 상의 브뢴스테드 산의 예는 중합체(특히, 거대망상 폴리스타이렌 공중합체, 예컨대 거대망상 폴리스타이렌 다이비닐벤젠 공중합체) 상의 p-톨루엔 설폰산, 또는 실리카 상의 프로필렌 설폰산이다.
본 발명의 특정 실시양태에 적합한 촉매의 예는 앰버리스트-유형 중합체, 루아티트, 다우엑스, 및 중합체-결합된 p-TsOH(p-톨루엔 설폰산)뿐만 아니라 델록산이다.
가장 바람직한 고체 산 촉매는, 중합체-결합된 설폰산, 예컨대 앰버리스트-유형(바람직함) 및 다우엑스-유형의 중합체(즉, 설폰산 기로 작용화된 비드 형태의 거대망상 강산성 이온 교환 수지)이다.
이들 촉매 중에서, 촉매 앰버리스트 15, 16 및 36 및 다우엑스 DR-2030뿐만 아니라, 다른 상표명으로 시판되는 동일한 촉매가 특히 바람직하다. 이들 촉매는 모두, 작용화된 스타이렌 다이비닐벤젠 공중합체이다.
또한, 이러한 실시양태에서, 상기 설폰산 기로 작용화된 비드 형태의 거대망상 강산성 이온 교환 수지는 더욱 바람직하게는, 4.0 당량/kg 이상, 바람직하게는, 4.5 당량/kg 이상, 더더욱 바람직하게는 4.5 내지 6.0 당량/kg 범위, 가장 바람직하게는 4.5 내지 5.5 당량/kg 범위의 산 부위(즉, 설폰산 기) 농도를 갖는다. 추가적으로 또는 다르게는, 상기 설폰산 기로 작용화된 비드 형태의 거대망상 강산성 이온 교환 수지는, (질소 BET로 측정시) 20 m2/g 이상, 바람직하게는 20 내지 70 m2/g 범위, 더욱 바람직하게는 28 내지 55 m2/g 범위의 표면적; 및/또는 0.10 mL/g 이상, 바람직하게는 0.10 내지 0.50 mL/g 범위, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 0.45 mL/g 범위, 더더욱 바람직하게는 0.18 내지 0.42 mL/g 범위, 가장 바람직하게는 0.20 내지 0.40 mL/g 범위의 총 기공 부피를 갖는다.
더욱 바람직하게는, 상기 설폰산 기로 작용화된 비드 형태의 거대망상 강산성 이온 교환 수지는, 상기 제시된 바와 같은 산 부위 농도, 상기 제시된 바와 같은 표면적 및 상기 제시된 바와 같은 총 기공 부피를 갖는다.
따라서, 본 발명의 가장 바람직한 비균질 산 촉매는, 4.0 당량/kg 이상(바람직하게는, 4.5 당량/kg 이상, 더더욱 바람직하게는 4.5 내지 6.0 당량/kg 범위, 가장 바람직하게는 4.5 내지 5.5 당량/kg 범위)의 산 부위(즉, 설폰산 기) 농도; (질소 BET로 측정시) 20 m2/g 이상(바람직하게는 20 내지 70 m2/g 범위, 더욱 바람직하게는 28 내지 55 m2/g 범위)의 표면적; 200Å 이상(바람직하게는 200 내지 350Å 범위)의 평균 기공 직경; 및 0.10 mL/g 이상(바람직하게는 0.10 내지 0.50 mL/g 범위, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 0.45 mL/g 범위, 더더욱 바람직하게는 0.18 내지 0.42 mL/g 범위, 가장 바람직하게는 0.20 내지 0.40 mL/g 범위)의 총 기공 부피를 갖는, 설폰산 기로 작용화된 비드 형태의 거대망상 강산성 이온 교환 수지이다.
또한, 유럽 특허 제 A 507 490 호 및 미국 특허 제 5,081,160 호의 방법에 따라 제조되는 바와 같은, SO3H 기를 갖는 중합체가 본 발명에 따른 이성질체화 반응에서의 촉매로서 사용될 수 있으며, 상기 특허들의 내용을 본원에 참고로 인용한다.
의무적인 것은 아니지만, 안정화제(예컨대, 하이드로퀴논 또는 2,6-다이-3급-부틸-p-크레졸 또는 이들의 혼합물)를 상기 반응 혼합물에 가할 수 있다. 안정화제(예컨대, 하이드로퀴논 또는 2,6-다이-3급-부틸-p-크레졸 또는 이들의 혼합물)가 사용되는 경우, 이는 전형적으로 1 내지 10,000 중량 ppm, 바람직하게는 5 내지 1,000 중량 ppm, 더욱 바람직하게는 7 내지 500 중량 ppm, 가장 바람직하게는 10 내지 100 중량 ppm의 양으로 첨가된다.
추가의 안정화제는 다른 산화방지제일 수 있다.
전형적으로, 상기 고체 산 촉매는 물과 혼합되어 상기 공정에 첨가되며, 바람직하게는, 상기 반응 혼합물 중의 함수량이 5 중량% 이상이 되도록 하는 양의 물이 첨가된다.
선행 기술의 방법에 비해, 이러한 실시양태에서 상기 촉매의 분리 및 재순환은 훨씬 더 편리하다. 반응을 위한 용매로서 물만 사용되는 경우, 물 및 상기 촉매는 생성물로부터 분리되어, 추가의 정제를 위해 증류될 수 있다. 다중상 시스템이 사용되는 경우, 상기 다중상 시스템의 고체 촉매 및 수성 상은 생성물 층으로부터 용이하게 분리되어 재순환될 수 있다. 이는, 상기 두 경우 모두에서 촉매가 재순환될 수 있음을 의미한다. 상기 촉매는 수차례 사용되더라도 여전히 높은 수율 및 전환율을 제공함이 밝혀졌다.
일반적으로, 펜트-1-엔-3-올은 유기 용매에 가용성이며, 따라서 상기 유기 용매 중의 용액으로서 상기 공정에 첨가된다. 하나의 실시양태에서, 유기 용매 중의 펜트-1-엔-3-올의 농도는 5 내지 80 중량%, 바람직하게는 15 내지 60 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 50 중량%, 가장 바람직하게는 25 내지 45 중량% 범위이다.
그러나, 펜트-1-엔-3-올은 또한, 그 자체로 반응 챔버/반응기에 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 펜트-1-엔-3-올이 상기 유기 용매 중의 용액으로서 첨가된다.
다양한 성분들이 임의의 순서로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 상기 고체 산 촉매의 수성 혼합물을 반응 용기에 담지하고, 이어서 유기 용매 중의 펜트-1-엔-3-올의 용액을 가할 수 있거나, 그 반대도 가능하다. 또한, 첨가되는 성분의 총량을 나누고, 공정의 다양한 시점에서 분량으로 가할 수도 있다.
다중상 시스템이 사용되지 않고 단지 물만 사용되는 경우, 펜트-1-엔-3-올이 그 자체로 사용되어, 촉매와 물의 혼합물에 첨가될 수 있거나, 그 반대도 가능하다. 또한, 첨가되는 성분의 총량을 나누고, 공정의 다양한 시점에서 분량으로 가할 수도 있다.
반응이 불연속적으로 수행되는 경우, 반응 성분들의 혼합은, 예를 들어 교반에 의해 반응 혼합물을 교반함으로써 수행된다. 바람직하게는, 상기 이성질체화 반응이 교반 탱크 반응기에서 수행된다.
반응이 연속 방식으로 수행되는 경우, 고정층을 갖는 플러그-흐름 반응기 또는 연속 교반 탱크 반응기가 사용된다. 또한, 다단 반응기 시스템도 사용될 수 있다.
상기 이성질체화 반응은 전형적으로, 사용되는 반응 성분들의 유형 및 적용되는 다른 반응 조건에 따라 20 내지 80℃ 범위의 온도에서 수행된다. 대기압에서, 상기 반응 온도는 바람직하게는 30 내지 70℃, 더욱 바람직하게는 35 내지 65℃, 가장 바람직하게는 40 내지 60℃ 범위이다.
상기 이성질체화 반응은, 사용되는 구성 및 조건에 따라 1 내지 25시간의 반응 시간을 갖는다. 전형적인 온도 범위에서, 상기 반응 시간은 바람직하게는 1.5 내지 8시간, 더욱 바람직하게는 2 내지 6시간, 가장 바람직하게는 2 내지 5시간이다.
전형적으로, 본 발명에 따른 방법은 70% 이상, 바람직하게는 81% 이상, 더욱 바람직하게는 86% 이상, 더더욱 바람직하게는 89% 이상, 가장 바람직하게는 92% 이상의 펜트-1-엔-3-올 전환율에서 수행된다.
본 발명의 추가의 목적
본 발명은 또한, 비타민 A, 비타민 A 유도체 및 카로테노이드로부터 선택되는 아이소프레노이드를 제조하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은, 상기 기술된 바와 같이 본 발명에 따라 펜트-1-엔-3-올을 이성질체화시키는 단계, Z-펜트-2-엔-1-올 및 E-펜트-2-엔-1-올을 단리하는 단계, 및 Z-펜트-2-엔-1-올 또는 E-펜트-2-엔-1-올을 대응 아이소프레노이드로 전환시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 이성질체화 반응의 바람직한 실시양태에 의해 다량으로 수득되는 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올은 비타민 A 또는 비타민 A 유도체의 합성을 위한 중간체 생성물이다. 비타민 A 및 이의 유도체를 제조하기에 가장 경제적으로 성공적인 방법 중 하나는 1948년의 이슬러(Isler) 합성법이다. Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올에서 비타민 A 또는 비타민 A 유도체로의 전환은, 예를 들어 오토 이슬러(Otto Isler)의 미국 특허 제 A-2,451,739 호에 기술되어 있다. 또한, 본 발명의 이성질체화 반응의 바람직한 실시양태에 의해 소량으로 수득되는 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올도 유용한 중간체이다. 이는, 아스타잔틴, 제아잔틴 및 추가의 카로테노이드를 합성하는데 사용될 수 있다. 아스타잔틴의 예시적인 합성은 유럽 특허 제 A-0　005　748 호에 기술되어 있다. 또한, 출발 C6 성분으로서 E-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올을 사용하는 아스타잔틴의 다른 합성법이 중국 특허 제 A-166 803 호에 교시되어 있다.
이제, 본 발명은 하기 비제한적인 실시예에서 추가로 예시될 것이다.
[실시예]
하기 실시예에서 "수율" 및 "선택도"라는 용어는 모두, 목적하는 생성물의 합, 즉, Z-이성질체 및 E-이성질체의 합에 대한 것이다.
반응은, 교반기(기계적 또는 자기적), 온도계, 및 Ar 오버레이를 갖는 환류 응축기가 구비된 플라스크에서 수행되었다. 이는, 워커(WACKER) 실리콘 오일 AP 100으로 채운 오일 욕을 사용하여 가열될 것이다.
화합물
순수한 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올(97%), 및 iPr2O(다이아이소프로필 에터) 중의 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올의 46, 48 및 50 중량% 용액은 스위스 시젤른 소재의 디에스엠 뉴트리셔널 프로덕츠 리미티드(DSM Nutritional Products Ltd.)로부터 입수하였다. 또한, 다이아이소프로필 에터(99%) 자체도 그로부터 입수하였다. 이는, 플루카(Fluka)로부터 구입한 2,6-다이-3급-부틸-p-크레졸(99%)로 안정화되었다.
촉매 앰버리스트(등록상표) 15, 앰버리스트(등록상표) 16 및 앰버리스트(등록상표) 36은 롬 앤 하스(미국 필라델피아주 스프링하우스)로부터 구입하였다.
촉매 다우엑스 DR-2030은 플루카로부터 구입하였다.
실시예 1: 물/ 다이아이소프로필 에터 중의 배취식 실험 절차
반응기에, 20 g의 건조 고체 산 촉매(앰버리스트 36 드라이)를 넣었다. 294 K에서 350 rpm으로 교반하면서, 100 mL의 물을 가했다. 다이아이소프로필 에터 중의 50 중량%의 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올(0.42 mol) 100 mL의 혼합물을 가했다. 이 반응 혼합물을 328 K까지 가열하고, 5시간 동안 교반하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 고상을 액상으로부터 분리하고, 30 mL의 다이아이소프로필 에터로 2회 세척하였다. 수상을 유기 층으로부터 분리하고, 이 반응 플라스크의 촉매를 교체하였다. 유기 층을 10 mL의 물로 2회 세척하고, 200 mbar 및 35℃에서 30분 동안 농축하였다. 조 생성물(60 g)을 내부 표준물과 함께 GC로 분석하였다. E- 및 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올을 98%의 전환율 및 90%의 수율로 합성할 수 있다.
실시예 1a
40 g의 앰버리스트 36 웨트 및 80 mL의 물을 사용하여 실시예 1을 반복하였다. 결과는 실시예 1에서와 동일했다.
실시예 2: 물 중의 배취식 실험 절차
반응기에서, 35.2 g의 순수한 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올(0.36 mol)을 실온에서 100 mL의 물 및 20 g의 촉매(앰버리스트 15 드라이)의 존재 하에 교반하였다(350 rpm). 이 반응 혼합물을 323 K까지 가열하고, 7시간 동안 교반하였다. 294 K로 냉각시킨 후, 고상을 액상으로부터 분리하고, 50 mL의 다이아이소프로필 에터로 2회 세척하였다. 수상을 유기 층으로부터 분리하고, 이 반응 플라스크의 촉매를 교체하였다. 유기 층을 3 mL의 포화된 Na2CO3 용액으로 세척하고, 200 mbar 및 308 K(30 분)에서 농축하였다. 조 생성물(50 g)을 내부 표준물과 함께 GC로 분석하였다. E- 및 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올을 98%의 전환율 및 90%의 수율로 합성할 수 있다.
실시예 2a
40 g의 앰버리스트 15 웨트 및 80 mL의 물을 사용하여 실시예 2를 반복하였다. 결과는 동일했다.
실시예 3: 연속 공정에 대한 일반 절차
플러그-흐름 반응기에 다중상 용매(예컨대, 다이아이소프로필 에터/물 혼합물) 중의 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올 및 촉매(앰버리스트 36)를 충진하고, 정적 혼합기 및 반응기를 통해 펌핑하였다. 이 반응 혼합물이 반응기를 통과한 후, 이를 수집하고 분석하였다. 반응기 자켓을 목적하는 반응 온도로 가열하였다. 반응의 진행을 추적하기 위해 샘플을 취하여 GC-분석을 수행하였다. 촉매의 수명은 활성 및 선택도의 손실 없이 150시간 초과였다.
실시예 4: 물/ 다이아이소프로필 에터 중의 배취식 실험에 대한 절차
반응기에, 20 g의 건조 고체 산 촉매(다우엑스 DR-2030)를 넣었다. 294 K에서 350 rpm으로 교반하면서, 100 mL의 물을 가했다. 다이아이소프로필 에터 중의 50 중량%의 3-메틸펜트-1-엔-4-인-3-올(0.42 mol) 100 mL의 혼합물을 가했다. 이 반응 혼합물을 328 K까지 가열하고, 5시간 동안 교반하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 고상을 액상으로부터 분리하고, 30 mL의 다이아이소프로필 에터로 2회 세척하였다. 수상을 유기 층으로부터 분리하고, 이 반응 플라스크의 촉매를 교체하였다. 유기 층을 10 mL의 물로 2회 세척하고, 200 mbar 및 35℃에서 30분 동안 농축하였다. 조 생성물(60 g)을 내부 표준물과 함께 GC로 분석하였다. E- 및 Z-3-메틸펜트-2-엔-4-인-1-올을 95%의 전환율 및 86%의 수율로 합성할 수 있다.
실시예 5: 촉매의 재순환
실시예 1, 2 및 4에 기술된 바와 같은 실험 구성을 갖는 일련의 실험에서, 반응 혼합물을 분리한 후, 촉매(앰버리스트 36, 앰버리스트 15, 앰버리스트 16, 다우엑스 DR-2030)를 재사용했다. 상기 촉매는 선택도 및 수율의 감소 없이 최소 5회 재사용할 수 있었다.
Figure 112010086009592-pct00013

다른 용매(시스템) 중의 추가 실시예
실시예 1 내지 4는 또한, 물; 다이에틸 에터, 테트라하이드로퓨란, 메틸 아이소부틸 케톤, 헥산, 헵탄, 파라핀 오일 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기 용매; 및 상기 언급된 유기 용매(다이에틸 에터, 테트라하이드로퓨란, 메틸 아이소부틸 케톤, 헥산, 헵탄, 파라핀 오일 및 이들의 혼합물) 중 임의의 하나 이상과 다이아이소프로필 에터와의 혼합물을 포함하는 다중상 용매 시스템을 사용하여 유사한 방식으로 수행될 수 있다.

Claims (30)

  1. 하기 화학식 1의 펜트-1-엔-3-올을 하기 화학식 2의 Z-펜트-2-엔-1-올과 하기 화학식 3의 E-펜트-2-엔-1-올 입체 이성질체들의 혼합물로 이성질체화시키는 방법으로서,
    상기 방법이, 용매 중에서 비균질 산 촉매의 존재 하에 하기 화학식 1의 펜트-1-엔-3-올을 반응시키는 단계를 포함하되, 상기 용매가 다중상 용매 시스템이고, 상기 다중상 용매 시스템이 수성 상 및 유기 용매 상을 포함하고, 상기 유기 용매 상이, 에터, 케톤, 포화된 지방족 탄화수소 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 수-비혼화성 유기 용매를 포함하고,
    상기 비균질 산 촉매가 담체 상의 브뢴스테드 산, 중합체-결합된 설폰산 및 CO2H 기로 작용화된 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이성질체화 방법:
    [화학식 1]
    Figure 112016037427701-pct00014

    [화학식 2]
    Figure 112016037427701-pct00015

    [화학식 3]
    Figure 112016037427701-pct00016

    상기 식에서,
    R1은 알킬, 아릴 및 알킬아릴 라디칼로부터 선택되고,
    R2는 H, 알킬 및 아릴 라디칼로부터 선택된다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    R1이 C1 내지 C15 알킬 라디칼 및 페닐 라디칼로부터 선택되고,
    R2가 H, C1 내지 C15 알킬 라디칼 및 페닐 라디칼로부터 선택되는, 이성질체화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수-비혼화성 유기 용매가 다이아이소프로필에터, 다이에틸 에터, 테트라하이드로퓨란, 메틸 아이소부틸 케톤, 헥산, 헵탄, 파라핀 오일 및 이들의 혼합물로부터 선택되는, 이성질체화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제조 방법이 비균질 산 촉매로서 담체 상의 브뢴스테드 산의 존재 하에 수행되고,
    상기 브뢴스테드 산이 유기 설폰산, H2SO4 및 H3PO4로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    상기 담체가 중합체, SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2 및 GeO2로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이성질체화 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 담체 상의 브뢴스테드 산이 중합체 상의 p-톨루엔 설폰산 및 실리카 상의 프로필 설폰산으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이성질체화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 비균질 산 촉매가 4 이하의 pKa 값을 갖는, 이성질체화 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 비균질 산 촉매가 비드 형태의 거대망상(macroreticular) 설폰산계 강산성 이온 교환 수지인, 이성질체화 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 비드 형태의 거대망상 설폰산계 강산성 이온 교환 수지가, (질소 BET로 측정 시) 20 m2/g 이상의 표면적 및/또는 0.10 mL/g 이상의 총 기공 부피를 갖는, 이성질체화 방법.
  9. 비타민 A, 비타민 A 유도체 및 카로테노이드로부터 선택되는 아이소프레노이드의 제조 방법으로서,
    상기 방법이, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따라 펜트-1-엔-3-올을 이성질체화시키는 단계, Z-펜트-2-엔-1-올 및 E-펜트-2-엔-1-올을 단리하는 단계, 및 Z-펜트-2-엔-1-올 또는 E-펜트-2-엔-1-올을 대응 아이소프레노이드로 전환시키는 단계를 포함하는, 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 카로테노이드가 아스타잔틴 또는 제아잔틴인, 제조 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102012215662A1 (de) 2012-09-04 2014-03-06 Hamilton Medical Ag System zur automatisierten Einstellung eines durch eine Beatmungseinrichtung vorgegebenen Drucks
CN105272825B (zh) * 2014-05-30 2017-05-24 上虞新和成生物化工有限公司 酸性离子液体催化的3‑甲基‑2‑烯‑4‑炔戊醇的合成方法
CN104649861B (zh) * 2014-12-25 2016-06-29 上虞新和成生物化工有限公司 一种提高烯丙醇顺式产物产率的方法
CN113943210B (zh) * 2021-11-02 2024-05-03 厦门金达威维生素有限公司 一种未转位六碳醇转位的方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2451739A (en) 1945-10-18 1948-10-19 Hoffmann La Roche Process for the manufacture of pentaenes
US2567572A (en) * 1947-11-28 1951-09-11 Research Corp Synthesis of vitamin a
SU126227A1 (ru) * 1959-06-16 1959-11-30 Г.И. Самохвалов Способ изомеризации 3-метил-3-ол-4-ин-пента-ен 1 в 3-метилпента-ен-2-ин-4-ол-1 с помощью ионообменных смол
DE2964401D1 (en) 1978-06-02 1983-02-03 Hoffmann La Roche Process for the preparation of cyclohexenyl derivatives, and intermediates produced in the synthesis
CS269025B1 (en) 1988-06-15 1990-04-11 Alojz Ing Skoda Method of 3-methyl-2-pentene-4-in-1-ol's cis-isomer production
US5081160A (en) 1991-04-02 1992-01-14 The Dow Chemical Company Method of preparing uniform size ion exchange resin particles by partial functionalization
ES2189014T3 (es) 1997-02-25 2003-07-01 Basf Ag Procedimiento para insomerizacion de alcoholes alilicos.
US6465698B2 (en) * 2000-06-30 2002-10-15 Roche Vitamins, Inc. Catalytic isomerization of Z-pentol to E-pentol
CN1260211C (zh) 2004-12-10 2006-06-21 浙江大学 一种虾青素的合成方法

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