KR101727468B1

KR101727468B1 - 리튬 선택성 크라운 에테르 및 이의 제조방법

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Publication number: KR101727468B1
Application number: KR1020150043445A
Authority: KR
Inventors: 정욱진; 엘리소 레이; 니소라 그레이스; 김헌; 서정길; 이성풍
Original assignee: 명지대학교 산학협력단
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2017-04-17
Also published as: KR20160115540A

Abstract

본 발명은 리튬 선택성 크라운 에테르 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 큰 부피 및 경질의 그룹을 가지는 신규의 크라운 에테르 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 부피 큰 에폭사이드와, 1,2 다이하이드록사이드벤젠과 같은 경질의 방향족기를 포함하는 화합물의 분자내 고리화 반응을 통해 리튬 이온을 효율적으로 회수할 수 있는 리튬 선택성 크라운 에테르를 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면 경질 방향족기에 의해 크라운 에테르의 골격의 강성(rigidity)을 향상시켜 선조직화 효과(preorganization effects)를 차단할 수 있고 부피 큰 소단위기에 의해 차단 메카니즘을 제공함으로써 큰 금속 이온들의 착화물 형성을 방지할 수 있다. 이에 따라 보다 리튬 이온을 효율적으로 회수할 수 있다.

Description

리튬 선택성 크라운 에테르 및 이의 제조방법{LITHIUM SELECTIVE CROWN ETHER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 리튬 선택성 크라운 에테르 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 큰 부피 및 경질의 그룹을 가지는 신규의 크라운 에테르 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

12 내지 14 크라운 에테르 환(12 to 14 membered crown ether rings)은 알칼리 금속 이온이 포함된 유성 및 수성 용액 모두에서 리튬 이온(Li⁺)과 안정한 착물을 형성하는 것으로 알려져 있다. 구체적으로는 다이벤조-14-크라운-4 에테르(dibenzo-14-crown-4 ether, DB14C4) 및 그 유도체는, 강성(rigidity)을 제공하는 벤조 그룹(benzo group) 및, 리튬이온과 착물 형성을 위한 이상적인 캐버티 크기(ideal cavity dimensions)를 갖는 14-크라운-4 에테르 백본(backbone) 때문에 리튬이온 착체(Li+ complexant)로 알려져 왔다. 그러나 DB14C4는 합성이 어렵기 때문에 단지 리튬 이온에 대해 감도가 높은 전극에서 캐리어로 적용되거나 또는 액체-액체 추출 시스템(liquid-liquid extraction systems)에서 캐리어로 적용되어 왔다. DB14C4의 합성을 위한 새로운 효율적 방법을 개발하는 시도가 있어왔으나, 리튬이온보다 더 큰 금속 이온과의 착물 형성을 방지하기 어려운 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 부피가 큰 비스-에폭사이드(bulky bis-epoxide)와, 1,2-다이하이드록시벤젠(1,2-dihydroxybenzene)과 같은 경질의 방향족기를 포함하는 화합물의 분자내 고리화 반응(intermolecular cyclization)에 의해 리튬 선택성의 크라운 에테르 합성방법을 제공한다. 상기 크라운 에테르는 강성한 서브유닛과 부피가 서브유닛(rigid and bulky subunits)을 모두 갖는다. 강성한 아로마틱 그룹(rigid aromatic groups)은 크라운 에테르 백본의 강성률(rigidity)을 향상시킬 수 있고 부피가 큰 서브유닛(bulky subunits)은 더 큰 금속이온들의 착물을 형성을 방지하는 차단 메카니즘(blocking mechanism)을 제공할 수 있다.

Bartsch, R.A.; Czech, B.P.; Kang, S.I.; Stewart, L.E.; Wlkowiak, W.; Charewicz, W.A.; Heo, G.S.; Son, B. J. Am. Chem. Soc., 1985, 107, 4997-4998. Sachleben, R.A,; Davis, M.C.; Bruce, J.J.; Ripple, E.S.; Driver, J.L.; Moyer, B.A. Tetrahedron Lett. 1993, 34,34, 5373-5376. Sachleben, R.A.; Burns, J.H. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1992, 1971-1977.

본 발명은 큰 부피 및 경질의 그룹을 가지는 신규의 크라운 에테르를 제공한다. 또한 부피가 큰 에폭사이드(epoxide)와 경질의 방향족기를 포함하는 화합물의 분자내 고리화 반응(intermolecular cyclization)에 의해 리튬 선택성의 크라운 에테르 제조방법을 제공한다.

본 발명은 다이올과 알릴 화합물을 반응시켜 다이-알켄 화합물을 합성하는 단계(단계 a); 상기 다이-알켄 화합물과 벤조산을 반응시켜 비스-에폭사이드를 합성하는 단계(단계 b); 및 상기 비스-에폭사이드와 하이드록시 벤젠을 반응시켜 고리화하는 단계(단계 c)를 포함하는 리튬 선택성 크라운 에테르 제조방법을 제공한다.

다이-알켄 화합물 합성

상기 단계 a는 다이올과 알릴 화합물을 1:2의 몰비로 혼합하고 12~48시간 더욱 바람직하게는 24 시간 동안 환류시키는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.

상기 다이올은 피나콜 (pinacol), 2,2-다이에틸-1,3-프로판다이올 (2,2-diethyl-1,3-propanediol), [1,1' - 바이사이클로펜틸]-1,1'-다이올 ([1,1' - bicyclopentyl]-1,1'-diol), cis-1,2-사이클로헥산다이올 (cis-1,2-cyclohexanediol) 및 cis-1,2-사이클로펜탄다이올 (cis-1,2-cyclopentanediol)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 알릴 화합물은 알릴 브로마이드(allyl bromide)일 수 있다.

상기 다이-알켄 화합물은,

,

,

,

및

로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

비스-에폭사이드 합성 단계

상기 단계 b는, 다이-알켄 화합물과 벤조산을 1:2.5의 몰비로 혼합하고 실온에서 12~36 시간 더욱 바람직하게는 24 시간 교반하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.

상기 벤조산은, m-클로로퍼벤조산(m-chloroperbenzoic acid, m-CPBA)일 수 있다.

상기 비스-에폭사이드는,

,

,

,

및

로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

고리화 단계

상기 단계 c는 비스-에폭사이드를, 하이드록시 벤젠 및 금속 수산화물이 용해된 용액에 첨가하여 반응시키는 방법으로 수행될 수 있다.

구체적으로 상기 단계 c는 비스-에폭사이드를, 벤젠 및 금속 수산화물이 용해된 용액에 첨가하여 3 ~ 9 시간 더욱 바람직하게는 6시간 동안 교반하는 방법으로 수행될 수 있다. 또한 교반하는 단계 이후, 금속 수산화물을 더 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로 상기 단계 c는 하이드록시벤젠 및 금속 수산화물이 1:1의 몰비로 용해된 용액에, 상기 하이드록시벤젠과 등몰의 비스-에폭사이드를 첨가하여 교반한 후 상기에서 첨가한 금속 수산화물과 동량으로 금속 수산화물을 더 첨가하여 36 ~ 54 시간, 더욱 바람직하게는 42 시간 동안 환류시키는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. 상기 환류시키는 단계는 환류상태에서 교반시키는 방법으로 수행될 수 있다.

상기 하이드록시벤젠은, 1,2-다이하이드록시벤젠일 수 있다.

상기 금속 수산화물은 LiOH, NaOH 및 KOH로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 금속 수산화물은 촉매(템플릿 이온)의 역할을 수행할 수 있다. 템플릿 이온(template ion)은 고리화를 촉진하는데 있어 중요한 역할을 한다. 템플릿 이온이 원하는 크라운 에테르 제조에 적합한 크기를 가지고 있지 않을 경우 기대하는 수율을 얻기 어려울 수 있다.

상기 단계 c의 용액은 t-BuOH, THF 및, THF와 H₂O의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 용매로 포함할 수 있다.

상기 크라운 에테르는,

,

,

,

및

로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한 본 발명은, 다이올과 알릴 브로마이드를 반응시켜 다이-알켄 화합물을 합성하는 단계; 상기 다이-알켄 화합물과 m-클로로퍼벤조산을 반응시켜 비스-에폭사이드를 합성하는 단계; 및 상기 비스-에폭사이드와 1,2 다이하이드록시벤젠을 반응시켜 고리화하는 단계를 포함하고, 상기 고리화하는 단계는 t-BuOH에 1,2 다이하이드록시벤젠 및 NaOH를 용해시킨 용액에 비스-에폭사이드를 첨가하여 반응시키는 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 리튬 선택성 크라운 에테르 제조방법을 제공한다. 상기 각 단계 등에 관한 상세한 내용은 상기에서 설명한 것과 동일하므로 생략한다.

아울러 본 발명은, 다이올과 알릴 화합물을 반응시켜 다이-알켄 화합물을 합성하는 단계; 및 상기 다이-알켄 화합물과 벤조산을 반응시키는 단계를 포함하는 비스-에폭사이드 제조방법을 제공한다.

또한 다이올과 알릴 브로마이드를 반응시켜 다이-알켄 화합물을 합성하는 단계; 및 상기 다이-알켄 화합물과 m-클로로퍼벤조산을 반응시켜 비스-에폭사이드를 합성하는 단계를 포함하는 비스-에폭사이드 제조방법을 제공한다.

다이올, 알릴 화합물, 다이-알켄 화합물, 벤조산, 비스-에폭사이드 등에 대한 내용은 상기 크라운 에테르 제조방법에서 설명한 것과 동일하므로 생략한다.

또한 본 발명은,

,

,

,

및

로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 포함하는 리튬 선택성 크라운 에테르를 제공한다.

또한 본 발명은,

,

,

,

및

로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 포함하는 비스-에폭사이드를 제공한다.

본 발명은 부피 큰 에폭사이드와, 1,2 다이하이드록사이드벤젠과 같은 경질의 방향족기를 포함하는 화합물의 분자내 고리화 반응을 통해 리튬 이온을 효율적으로 회수할 수 있는 리튬 선택성 크라운 에테르를 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면 경질 방향족기에 의해 크라운 에테르의 골격의 강성률(rigidity)을 향상시켜 선조직화 효과(preorganization effects)를 차단할 수 있고 부피 큰 소단위기(서브유닛)에 의해 차단 메카니즘을 제공함으로써 큰 금속 이온들의 착화물 형성을 방지할 수 있다. 이에 따라 보다 리튬 이온 선택성을 획기적으로 개선할 수 있어 결과적으로 리튬 이온을 효율적으로 회수할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 14-크라운-4 에테르 1의 ¹H NMR 분석 결과를 나타내는 것이다.
도 2는 발명의 일 실시예에 따른 14-크라운-4 에테르 1의 ¹H ¹³C NMR 분석 결과를 나타내는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 14-크라운-4 에테르 2의 ¹H NMR 분석 결과를 나타내는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 14-크라운-4 에테르 2의 ¹H ¹³C NMR 분석 결과를 나타내는 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 14-크라운-4 에테르 3의 ¹H NMR 분석 결과를 나타내는 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 14-크라운-4 에테르 3의 ¹H ¹³C NMR 분석 결과를 나타내는 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 합성된 다이알켄 1 (2,3-비스(알릴옥시)-2,3-다이메틸부탄, 2,3-bis(allyloxy)-2,3-dimethylbutane)의 ¹H NMR 분석 결과를 나타내는 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 합성된 다이알켄 1 (2,3-비스(알릴옥시)-2,3-다이메틸부탄)의 ¹³C NMR 분석 결과를 나타내는 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비스-에폭사이드 1 (2,2'-(2,3-다이메틸부탄-2,3-다이일)비스(메틸렌)비스(옥시란), 2,2'-(2,3-dimethylbutane-2,3-diyl)bis(methylene)bis(oxirane))의 ¹H NMR 분석 결과를 나타내는 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비스-에폭사이드 1 (2,2'-(2,3-다이메틸부탄-2,3-다이일)비스(메틸렌)비스(옥시란))의 ¹³C NMR 분석 결과를 나타내는 것이다.

이하 첨부된 도면 및 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 구체적 내용을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 내용에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기서 소개되는 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.

실시예:　리튬 선택성 크라운 에테르 (다이하이드록시-14-크라운-4 에테르, dihydroxy-14-Crown-4 ether)의 합성

시약 및 실험기구

용매, 시약, 다이올(starting bulky diols) 및 상업적으로 이용 가능한 비스-에폭사이드(bis-epoxides)는 Sigma-Aldrich Korea 또는 Fischer Scientific에서 구매하였다. 보호 오일(protecting oil)을 제거하기 위하여 펜탄(pentane)으로 NaH를 세척하였고, 불순물을 제거하기 위하여 m-클로로퍼벤조익 애시드(m-chloroperbenzoic acid)를 에틸 에테르(Ethyl ether)에 용해시키고 인산 버퍼(phosphate buffer)로 세척하였다. 다른 모든 화합물들은 정제하지 않고 사용하였다. 합성된 신규 화합물의 구조는 각각 400MHz와 100MHz의 FTIR(Varian 2000)에서 ¹H 및 ¹³C NMR(Varian, 400 MR Fourier Transform Nuclear Magnetic Resonance)에 의해 확인하였다.

다이 알켄 중간체(di-alkene intermediate)의 합성

무수 THF (Anhydrous THF, 200mL)에 등몰의 다이올 (equimolar diol) 용액을 첨가하여 30분 동안 용해시키고 1 시간 동안 실온의 아르곤 하에서 혼합하였다. 상기 혼합물에 알릴 브로마이드(1:2 mole ratio diol:allyl bromide)를 첨가하여 1 시간 동안 혼합하고 이 혼합물을 24 시간 동안 환류시켰다. 이 용액을 천천히 물에 퀀칭(quenching)하고 용매를 진공에서 제거하였다. 그 다음 물로 세척하였다. 수층(aqueous layer)을 다이클로로메탄(dichloromethane)으로 2회 추출하고 유기층(organic layers)을 세척, 황산 마그네슘(MgSO₄)으로 건조시킨 다음 농축시키고 용리액으로 에틸 아세테이트/핵산을 사용한 실리카겔 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하였다.

비스-에폭사이드 중간체(bis-epoxide intermediate)의 합성

0℃에서 클로로포름에 m-클로로퍼벤조익 애시드(m-chloroperbenzoic acid. m-CPBA)를 첨가하여 교반한 용액에, 다이클로로메탄에 30분 동안 용해시킨 다이-알켄 중간체 (1:2.5 mole ratio di-alkene: m-CPBA)를 첨가하였다. 이 혼합물을 24 시간 동안 실온에서 교반하고 여과한 다음 10% NaHCO₃ 로 세척, MgSO₄로 건조시켰다. 용매를 진공에서 제거하고 용리액으로서 다이클로로메탄을 사용하는 실리카겔 크로마토그래피를 이용하여 정제하였다.

비스-에폭사이드와 1,2-다이하이드록시 벤젠의 분자내 고리화(intramolecular cyclization of bis-epoxide with 1,2-dihydroxybenzene)

적절한 용매 (50 mL/mmol substrate)에 등몰(equimolar amounts)의 1,2-다이하이드록시벤젠(1,2-dihydroxybenzene)과 적절한 금속 수산화물(metal hydroxide)을 첨가하여 제조한 용액을 아르곤 하에서 환류시킨 다음, 비스-에폭사이드(1:1 mole ratio bis-epoxide:1,2-dihydroxybenzene)를 첨가하여 반응 혼합물을 제조하고 6시간 동안 교반하였다. 이 후 상기와 동량의 금속 수산화물(metal hydroxide)을 더 첨가하여 교반하고 42 시간 동안 환류시켰다. 용매를 진공 상태에서 증발시키고 잔류물(residue)을 클로로포름에 용해시켰다. 클로로포름 용액을 물로 세척하고 수층(water layers)을 클로로포름으로 역추출(back-extract) 하였다. 클로로포름층(chloroform layers)을 MgSO₄로 건조시키고, 여과한 후 진공에서 증발시켰다. 잔류물을 메탄올에 용해시키고, 용리액으로 에틸아세이트/메탄올 혼합물을 이용하여 알루미나와 실리카로 정제하였다.

용매와 템플릿의 효과(Solvent and template effects) 분석

비스-에폭사이드와 1,2-다이하이드록시벤젠의 분자내 고리화를 통한 다이-하이드록시 기능화 크라운 에테르(di-hydroxy functionalized crown ether ) 합성(반응식 1 참조)을 위한 최적을 실험 조건을 얻기 위하여 다양한 용매와 금속 수산화물(금속 이온 촉매/템플릿, metal ion catalyst/template)을 이용하여 테스트를 수행하고 그 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1은 상업적으로 이용 가능한 비스-에폭사이드를 이용한 고리화 결과를 나타낸 것이다. 용매로 t-BuOH, 촉매와 템플릿으로 NaOH를 사용한 경우 70% 수율로 고리화합물(cyclized product)을 얻었다. t-BuOH는 1,2-다이하이드록시벤젠과 같은 아로마틱 알콕사이드(aromatic alkoxide)에 대한 우수한 용해성(good solvency) 때문에 수율 향상을 나타내었다고 판단된다. 고리화 반응을 용이하게 하기 위한 템플릿 역할을 하기 위해서, 금속 수산화물 촉매(metal hydroxide catalyst)는 타겟 크라운 에테르(target crown ether)의 크기에 잘 맞아야 한다. 1,2- 다이하이드록시벤젠(1, 2-dihydroxybenzene)과 네오펜틸 글리콜 다이글리시딜 에테르(neopentyl glycol diglycidyl ether)를 반응시키는 촉매(템플릿)로서 NaOH를 사용하는 경우, 작은 LiOH 또는 훨씬 더 큰 KOH를 사용하는 것보다 좋은 수율을 나타내는 것으로 확인되었다.

[반응식 1]

비스-에폭사이드와 1,2-다이하이드록시벤젠의 분자내 고리화

[표 1]

용매 및 금속이온 효과

^a반응은 몰비 1:1의 비스-에폭사이드와 1,2-다이하이드록시벤젠을 이용하여 수행함

^b구조는 ¹H 및 ¹³CNMR로 확인함

^c TLC를 이용하여 확인한 타겟 화합물의 트레이스 (trace of target compound seen using TLC)

부피가 크고 강성한 14-크라운-4 에테르(bulky and rigid bulky-14-crown-4 ether)의 합성

부피가 큰 비스-에폭사이드와 1,2-다이하이드록시벤젠(bulky bis-epoxide with 1, 2-dihydroxybenzene)의 분자내 고리화(intramolecular cyclization)에 의해 부피가 크고 강성한 서브유닛을 갖는 다이-하이드록시 기능화 14-크라운-에테르-4(di-hydroxy functionalized 14-crown-4 ether)를 합성하였다(반응식 2 및 표 2 참조). 구체적으로 다이-알켄 중간체(di-alkene intermediate)를 합성하기 위하여, 알릴 브로마이드(allyl bromid)와 부피가 큰 다이올(bulky starting diols)의 반응에 의해 부피가 큰 그룹(bulky groups)을 포함하는 비스-에폭사이드를 합성하고, m-CPBA를 사용하여 단말 알켄(terminal alkenes)의 에폭시화(epoxidation)를 수행하는 방법으로 합성하였다 (반응식 2 참조).

[반응식 2]

부피 큰 비스-에폭사이드를 이용한 분자내 고리화

부피가 크고 강성한 14-크라운-4 에테르의 합성 결과는 표 2에 나타내었다. 부피가 큰 서브유닛을 포함하는 비스-에폭사이드(bis-epoxide)와 1,2-다이하이드록시벤젠의 고리화에 따라 14-크라운-4 에테르가 높은 수율로 합성되었다. 합성된 비스-에폭사이드(다이글리시딜 에테르)는 1,2-다이하이드록시벤젠과 반응하여 고리화되었고 고리화에 따라 합성된 14-크라운-4 에테르는 비스-에폭사이드의 구조에 따라 74 ~ 92%의 수율을 나타내었다. 큰 부피 및 강성한 그룹(경질의 그룹)을 갖는 다이-하이드록시-14-크라운-4-에테르(di-hydroxy-14-Crown-4 ether with bulky and rigid group)의 전체 수율은 뉴트럴 카운터파트(neutral counterpart)에 비해 높았다. 이는 고리화을 촉진하는 비스-에폭사이드의 고리 열림(ring opening)을 위한 친핵성 시약(nucleophile)으로서 1,2-다이하이드록시벤젠이 높은 활성을 나타내기 때문이다.

[표 2]

부피 큰 비스-에폭사이드와 1,2-다이하이드록시벤젠의 분자내 고리화

본원발명의 일 실시예에 따르면, 비스-에폭사이드와 1,2-다이하이드록시벤젠의 분자내 고리화 반응에 의해 큰 부피 및 경질의 그룹(강성한 그룹)을 모두 갖는 다이-하이드록시 기능화 14-크라운-4-에테르(di-hydroxy functionalized 14-crown-4 ether)를 높은 수율로 합성할 수 있다. 이와 같은 큰 부피 및 경질의 그룹을 모두 갖는 신규의 크라운 에테르는 해수 등으로부터 리튬 이온을 효율적으로 회수할 수 있다. 또한 상기 크라운 에테르의 수산기(hydroxyl groups)는 다른 적용(other application)을 위해 다른 작용기로 변형될 수 있다. 구체적으로 센싱을 위한 형광체(fluoroionophore), 리튬 배터리 전해질(lithium battery electrolyte), 리튬의 액-액 추출을 위한 양성자 이온성 측쇄(proton ionizable side arm) 또는 리튬의 고-액 추출을 위하여 크라운 에테르를 고체 지지체에 고정화 방법 등에 적용하기 위해 다른 작용기로 변형될 수 있다

합성된 신규 화합물의 구조 분석

상기에서 합성된 신규 화합물(표 2 참조)의 구조를 ¹H 및 ¹³C NMR(Varian, 400 MR Fourier Transform Nuclear Magnetic Resonance)에 의해 확인하였다(도 1 ~ 10 참조).

14-크라운-4 에테르 1:

7,7-다이메틸-3,4,6,7,8,10,11,12-옥타하이드로-2H-벤조[1,4,8,12]테트라옥사사이클로펜타디사인-3,11-다이올 (7,7-dimethyl-3,4,6,7,8,10,11,12-octahydro-2H-benzo[1,4,8,12]tetraoxacyclopentadecine-3,11-diol)

용리제로 메탄올/클로로포름(methanol/chlorofrom, 5:1)을 이용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 3.1 g(70%)의 연한 노란색 점성액(pale yellow viscous liquid)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃)δ(ppm): 0.72-0.81 (m, 6H, -CH₃); 3.03-3.21(m, 4H, -CH₂-), 3.36-3.67(m, 4H, -CH₂-), 3.79-4.06(m, 6H, -CH₂-, -CH-), 4.95(d, 2H, -OH);6.73-7.02(m, 4H, ArH).

¹³C NMR (100MHz, CDCl₃):δ(ppm) 22.62, 37.05, 67.70, 71.03, 72.87, 77.43, 77.54, 113.67, 115.89, 121.60, 122.59, 147.11.

14-크라운-4 에테르 2:

2,3,4,6,7,8,9,11,12,13디카보하이드로 벤조[1,4,8,13] 테트라옥사사이클로헥사디사인-3,12-diol (2,3,4,6,7,8,9,11,12,13decahydro benzo[1,4,8,13] tetraoxacyclohexadecine-3,12-diol)

용리제로 메탄올/클로로포름(8:1)을 이용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 2.2 g (65%)의 연한 노란색 점성액(pale yellow viscous liquid)을 얻었다.

¹HNMR (400MHz, CDCl₃) δ(ppm): 1.49(s, 4H, -CH₂-); 3.14-3.64(m, 10H, -CH₂-, -CH-), 3.85-4.36(m, 4H, -CH₂-), 4.94(2, 2H, -OH), 6.85-6.96(m, 4H, ArH).

¹³C NMR (100MHz, CDCl₃):δ(ppm) 25.07, 68.39, 69.84, 70.66, 71.45, 71.58, 115.49, 121.86, 149.10.

14-크라운-4 에테르 3:

6,6,7,7-테트라메틸-2,3,4,6,7,8,10,11-옥타하이드로벤조 [1,4,8,11] 테트라옥사사이클로테트라디사인-3,10-다이올 (6,6,7,7-tetramethyl-2,3,4,6,7,8,10,11-octahydrobenzo [1,4,8,11] tetraoxacyclotetradecine-3,10-diol)

용리제로 다이클로로메탄(dichloromethane)을 이용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 1.2 g (85%)의 연한 노란색 점성액(pale yellow viscous liquid)를 얻었다.

¹H NMR (400MHz, CDCl₃) δ(ppm): 1.06 (s, 12 H, 4 -CH₃); 3.13-3.44(m, 4H, -CH₂-), 3.76-3.89(m, 5H, -CH₂-, -CH-), 4.82(s, 2H, -OH), 6.87-6.38(m, 4H, ArH).

¹³C NMR (100MHz, CDCl₃):δ(ppm) 20.24, 20.76, 62.44, 64.31, 69.15, 72.17, 78.59, 117.77, 121.58, 149.65.

중간체(intermediate) 1a:

2,3-비스(알릴옥시)-2,3-다이메틸부탄 (2,3-bis(allyloxy)-2,3-dimethylbutane)

용리제로 헥산/에틸 아세테이트(hexane/ethyl acetate, 2:1)을 이용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 10.7 g (85%)의 투명한 액체(clear liquid)를 얻었다.

¹H NMR (400MHz, CDCl₃) δ(ppm): 1.18 (s, 12H, 4-CH₃); 3.97(d, 4H, -CH₂), 5.03-5.06(dd, 2H, =CH₂), 5.20-5.26(dd, 2H, =CH₂),5.84-5.93(m, 2H, CH=CH₂).

¹³C NMR (100MHz ,CDCl₃): δ(ppm) 20.41, 62.86, 79.67, 114.21, 136.722.

중간체(intermediate) 2a:

3,3-비스(알릴옥시)메틸펜탄 (3,3-bis(allyloxy)methylpentane)

용리제로 헥산/에틸 아세테이트(hexane/ethyl acetate, 2:1)을 이용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 13.21 g (98%)의 투명한 액체(clear liquid)를 얻었다.

¹H NMR (400MHz, CDCl₃) δ(ppm): 0.78 (t, 6H, 2-CH₃); 1.58(q, 4H, -CH₂-), 3.20(s, 4H, -CH₂-), 3.91-3.93(m, 4H, -CH₂-), 5.10-5.13(dd, 2H, =CH₂), 5.21-5.26(m, 2H, =CH₂), 5.82-5.92(m, 2H, CH=CH₂).

¹³C NMR (100MHz, CDCl₃):δ(ppm) 7.22, 23.26, 40.99, 72.13, 72.21, 116, 135.39.

중간체(intermediate) 3a:

1,1'-비스(알릴옥시)-1,1'바이(사이클로펜탄) 1,1'-bis(allyloxy)-1,1'bi(cylopentane)

용리제로 헥산/에틸 아세테이트(hexane/ethyl acetate, 3:1)을 이용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 7.35 g (95%)의 투명한 액체(clear liquid)를 얻었다.

¹H NMR (400MHz, CDCl₃) δ(ppm): 0.78 (t, 6H, 2-CH₃;1.51-1.82(m, 16H, 8CH₂-), 3.97-3.99(dd, 4H, 2-CH₂-), 5.0-5.08(m, 2H,=CH₂), 5.18-5.25(m, 2H, =CH₂), 5.82-5.91(m, 2H, CH=CH₂).

¹³C NMR (100MHz, CDCl₃): δ(ppm) 26.44, 32.63, 66.94, 92.58, 114.18, 136.66.

중간체(intermediate) 4a:

1,2-비스(알릴옥시)사이클로헥산 (1,2-bis(allyloxy)cyclohexane)

용리제로 헥산/에틸 아세테이트(hexane/ethyl acetate, 3:1)을 이용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 8.44 g (90%)의 투명한 액체(clear liquid)를 얻었다.

¹H NMR (400MHz, CDCl₃) δ(ppm): 0.83-1.27 (m, 2H, -CH₂-), 1.37-1.43(m, 2H, -CH₂-), 1.54-1.61(m, 2H, -CH₂-), 1.77-1.84(m, 2H, -CH₂-), 3.46-3.48(dd ,2H, -CH-), 4.0-4.07(dd, 4H, 2-CH₂-), 5.06-5.10(m, 2H, =CH₂), 5.19-5.25(m, 2H, =CH₂), 5.83-5.93(m, 2H, CH=CH₂).

¹³C NMR (100MHz, CDCl₃):δ(ppm) 27.62, 69.56, 70.02, 116.11, 135.72.

중간체(intermediate) 5a:

1,2-비스(알릴옥시)사이클로펜탄 (1,2-bis(allyloxy)cyclopentane)

용리제로 헥산/에틸 아세테이트(hexane/ethyl acetate, 3:1)을 이용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 8.92 g (92%)의 투명한 액체(clear liquid)를 얻었다.

¹H NMR (400MHz, CDCl₃) δ(ppm): 1.17-1.40 (m, 1H, -CH₂-), 1.41-1.44(m, 1H, -CH₂-), 1.68-1.1.97(m, 4H, -CH₂-), 3.71-3.77(m,2H, -CH-),3.98-4.05(dd, 4H, 2-CH₂-), 5.06-5.10(m, 2H, =CH₂), 5.18-5.24(m, 2H, =CH₂), 5.83-5.92(m, 2H, CH=CH₂).

¹³C NMR (100MHz, CDCl₃):δ(ppm) 18.91, 27.95, 70.41, 79.76, 116.39, 135.38.

중간체(intermediate) 1b:

2,2'-(2,3-다이메틸부탄-2,3-다이일)비스(메틸렌)비스(옥시란) (2,2'-(2,3-dimethylbutane-2,3-diyl)bis(methylene)bis(oxirane))

용리제로 헥산/에틸 아세테이트(hexane/ethyl acetate, 3:1)을 이용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 4.2 g (90%)의 투명한 액체(clear liquid)를 얻었다.

¹H NMR (400MHz, CDCl₃)δ(ppm): 1.15 (s, 12 H, 4 -CH₃); 2.58(dd,J=4.8, 1.2Hz, 4H, -CH₂), 2.74(t,J=4.8Hz, 2H, -CH₂-), 3.04-3.07(m, 2H, -CH-), 3.39-3.43(m, 2H, -CH₂-), 3.52-3.66(m, 2H, -CH₂-).

¹³C NMR (100MHz, CDCl₃):δ(ppm) 20.45, 44.64, 51.63, 62.75, 79.91.

중간체(intermediate) 2b:

2,2'-(2,2-다이에틸프로판-1,3-다이일)비스(옥시) 비스(메틸렌) 비스(옥시란) (2,2'-(2,2-diethylpropane-1,3-diyl)bis(oxy) bis(methylene) bis(oxirane))

용리제로 다이클로로메탄(dichloromethane)을 이용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 3.7g (80%)의 투명한 액체(clear liquid)를 얻었다.

¹H NMR (400MHz, CDCl₃) δ(ppm): 0.753 (t, 6 H, J=7.6, 2 -CH₃); 1.23(p,J=7.6, 4H, -CH₂), 2.55-2.57(m, 2H, -CH-), 2.73-2.76(m, 2H, -CH-), 3.07-3.11(m, 2H, -CH-), 3.23-3.53(m, 4H, -CH₂-), 3.64-3.67(m, 4H, -CH₂-).

¹³C NMR (100MHz, CDCl₃):δ(ppm) 7.12, 7.16, 23.0, 41.19, 44.18, 51.03, 71.75, 71.78, 73.19.

중간체(intermediate) 3b:

1,1'-비스(옥시란-2-일메톡시)-1,1'-바이(사이클로펜탄) (1,1'-bis(oxiran-2-ylmethoxy)-1,1'-bi(cyclopentane))

용리제로 다이클로로메탄(dichloromethane)을 이용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 2.08 g (92%)의 투명한 액체(clear liquid)를 얻었다.

¹H NMR (400MHz, CDCl₃)δ(ppm): 1.20-2.01 (m, 16 H, 4 -CH₃); 2.58-2.60 (m,J=7.2, 2.8, 2.4, 1.2Hz, 2H, -CH₂), 2.73(t, 2H, -CH₂), 3.04-3.07 (m,J=2.4, 1.2Hz, 2H, -CH-), 3.41-3.46 (m,J=2.8, 2.4 Hz, 2H, -CH-), 3.67 (dd, J=2.8, 2.4 Hz, 2 H, -CH-), 4.08 (p, J=7.2 Hz, 2 H, -CH-).

¹³C NMR (100MHz, CDCl₃):δ(ppm) 25.20, 35.41, 44.61, 44.62, 51.72, 63.57, 63.66, 92.83.

중간체(intermediate) 4b:

1,2-비스(옥시란-2-일메톡시)사이클로헥산 (1,2-bis(oxiran-2-ylmethoxy)cyclohexane)

용리제로 다이클로로메탄(dichloromethane)을 이용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 3.85 g (94%)의 투명한 액체(clear liquid)를 얻었다.

¹H NMR (400MHz, CDCl₃)δ(ppm): 0.79-0.85 (m, J=6.8, 6.4 Hz, 1 H, 4 -CH-); 1.21 (s, 4 H, 2-CH₂), 1.44-1.47 (m, J=6.8 Hz, 1 H, -CH-), 1.70-1.79 (m, J=6.4 Hz, 4 H, -CH₂-), 2.56-2.59 (m,J=2.8, 2.4Hz, 2H, -CH₂-), 2.74-3.12 (m,J=4.4Hz, 4Hz, 2H, -CH₂-), 3.13-3.15(m,J=4,2. 4Hz, 2H, -CH-), 3.41-3.50(m, 2H, -CH₂-), 3.73-3.84(m, 2H, -CH₂-).

¹³C NMR (100MHz, CDCl₃):δ(ppm) 14.01, 28.27, 28.58, 44.30, 44.30, 44.34, 44.47, 44.49, 51.06, 70.18, 70.25, 70.39, 70.50, 81.13, 81.21.

중간체(intermediate) 5b:

1,2-비스(옥시란-2-일메톡시)사이클로펜탄 (1,2-bis(oxiran-2-ylmethoxy)cyclopentane)

용리제로 다이클로로메탄(dichloromethane)을 이용한 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 4.4 g (85%)의 투명한 액체(clear liquid)를 얻었다.

¹H NMR (400MHz, CDCl₃)δ(ppm): 1.18-1.23 (m, J=7.2, 3.6 Hz, 2 H, -CH₂-);1.39-1.46(m,J=9.2Hz,2H, -CH₂), 1.54-1.62 (m, J=9.2 Hz, 6 Hz, 2 H, -CH₂-), 1.75-1.84(m,J=9.2, 6Hz, 2H, -CH₂-), 2.56-2.59(m,J=2.8, 2.4Hz, 2H, -CH₂-), 2.71-2.74(m,J=4.4Hz, 4Hz, 2H, -CH₂-), 3.08-3.12(m, 2H, -CH-), 3.40-3.53(m, 2H, -CH₂-), 3.71-3.79(m, 2H, -CH₂-).

¹³C NMR (100MHz, CDCl₃):δ(ppm) 14.10, 20.93, 21.87, 44.15, 44.26, 44.41, 44.43, 53.40, 63.63.

Claims

피나콜과 알릴 화합물을 반응시켜 하기 화학식 1a로 표시되는 다이-알켄 화합물을 합성하는 단계(단계 a);
상기 다이-알켄 화합물과 벤조산을 반응시켜 하기 화학식 2a로 표시되는 비스-에폭사이드를 합성하는 단계(단계 b); 및
상기 비스-에폭사이드와 하이드록시 벤젠을 반응시켜 고리화하는 단계(단계 c)를 포함하는 하기 화학식 3a로 표시되는 리튬 선택성 크라운 에테르의 제조방법.

[화학식 1a]

[화학식 2a]

[화학식 3a]
2,2-다이에틸-1,3-프로판다이올과 알릴 화합물을 반응시켜 하기 화학식 1b로 표시되는 다이-알켄 화합물을 합성하는 단계(단계 a);
상기 다이-알켄 화합물과 벤조산을 반응시켜 하기 화학식 2b로 표시되는 비스-에폭사이드를 합성하는 단계(단계 b); 및
상기 비스-에폭사이드와 하이드록시 벤젠을 반응시켜 고리화하는 단계(단계 c)를 포함하는 하기 화학식 3b로 표시되는 리튬 선택성 크라운 에테르의 제조방법.

[화학식 1b]

[화학식 2b]

[화학식 3b]
[1,1' - 바이사이클로펜틸]-1,1'-다이올과 알릴 화합물을 반응시켜 하기 화학식 1c로 표시되는 다이-알켄 화합물을 합성하는 단계(단계 a);
상기 다이-알켄 화합물과 벤조산을 반응시켜 하기 화학식 2c로 표시되는 비스-에폭사이드를 합성하는 단계(단계 b); 및
상기 비스-에폭사이드와 하이드록시 벤젠을 반응시켜 고리화하는 단계(단계 c)를 포함하는 하기 화학식 3c로 표시되는 리튬 선택성 크라운 에테르 제조방법.

[화학식 1c]

[화학식 2c]

[화학식 3c]
cis-1,2-사이클로헥산다이올과 알릴 화합물을 반응시켜 하기 화학식 1d로 표시되는 다이-알켄 화합물을 합성하는 단계(단계 a);
상기 다이-알켄 화합물과 벤조산을 반응시켜 하기 화학식 2d로 표시되는 비스-에폭사이드를 합성하는 단계(단계 b); 및
상기 비스-에폭사이드와 하이드록시 벤젠을 반응시켜 고리화하는 단계(단계 c)를 포함하는 하기 화학식 3d로 표시되는 리튬 선택성 크라운 에테르 제조방법.

[화학식 1d]

[화학식 2d]

[화학식 3d]
cis-1,2-사이클로펜탄다이올과 알릴 화합물을 반응시켜 하기 화학식 1e로 표시되는 다이-알켄 화합물을 합성하는 단계(단계 a);
상기 다이-알켄 화합물과 벤조산을 반응시켜 하기 화학식 2e로 표시되는 비스-에폭사이드를 합성하는 단계(단계 b); 및
상기 비스-에폭사이드와 하이드록시 벤젠을 반응시켜 고리화하는 단계(단계 c)를 포함하는 하기 화학식 3e로 표시되는 리튬 선택성 크라운 에테르 제조방법.

[화학식 1e]

[화학식 2e]

[화학식 3e]
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 알릴 화합물은 알릴 브로마이드인 것을 특징으로 하는 리튬 선택성 크라운 에테르 제조방법.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하이드록시벤젠은, 1,2-다이하이드록시벤젠인 것을 특징으로 하는 리튬 선택성 크라운 에테르 제조방법.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 c는 비스-에폭사이드를, 하이드록시 벤젠 및 금속 수산화물이 용해된 용액에 첨가하여 반응시키는 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 리튬 선택성 크라운 에테르 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 금속 수산화물은 LiOH, NaOH 및 KOH로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 선택성 크라운 에테르 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 용액의 용매는 t-BuOH, THF 및, THF와 H₂O의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 선택성 크라운 에테르 제조방법.
피나콜과 알릴 화합물을 반응시켜 하기 화학식 1a로 표시되는 다이-알켄 화합물을 합성하는 단계; 및
상기 다이-알켄 화합물과 벤조산을 반응시키는 단계를 포함하는, 하기 화학식 2a로 표시되는 비스-에폭사이드의 제조방법.

[화학식 1a]

[화학식 2a]
2,2-다이에틸-1,3-프로판다이올과 알릴 화합물을 반응시켜 하기 화학식 1b로 표시되는 다이-알켄 화합물을 합성하는 단계; 및
상기 다이-알켄 화합물과 벤조산을 반응시키는 단계를 포함하는 하기 화학식 2b로 표시되는 비스-에폭사이드의 제조방법.

[화학식 1b]

[화학식 2b]
[1,1' - 바이사이클로펜틸]-1,1'-다이올과 알릴 화합물을 반응시켜 하기 화학식 1c로 표시되는 다이-알켄 화합물을 합성하는 단계; 및
상기 다이-알켄 화합물과 벤조산을 반응시키는 단계를 포함하는 하기 화학식 2c로 표시되는 비스-에폭사이드의 제조방법.

[화학식 1c]

[화학식 2c]
cis-1,2-사이클로펜탄다이올과 알릴 화합물을 반응시켜 하기 화학식 1e로 표시되는 다이-알켄 화합물을 합성하는 단계; 및
상기 다이-알켄 화합물과 벤조산을 반응시키는 단계를 포함하는 하기 화학식 2e로 표시되는 비스-에폭사이드의 제조방법.

[화학식 1e]

[화학식 2e]
,
,
,
및
로 이루어진 군에서 선택되는 리튬 선택성 크라운 에테르 .
,
및
로 이루어지는 군에서 선택되는 비스-에폭사이드.