KR101852630B1 - 디클로로풀벤의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학식 II(식 중, X는 클로로 또는 브로모임)의 화합물을 열분해하는 단계를 포함하는, 화학식 I의 화합물을 제조하는 방법, 화학식 I의 화합물의 제조를 위한 중간체로서 사용될 수 있는 화합물, 그리고 상기 중간체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
[화학식 I]
Figure 112013016064106-pct00013

[화학식 II]
Figure 112013016064106-pct00014

Description

디클로로풀벤의 제조 방법{PROCESS FOR THE PREPARATION OF DICHLOROFULVENE}
본 발명은 치환된 시클로펜타디엔으로부터 디클로로풀벤을 제조하는 방법, 디클로로풀벤의 제조를 위한 중간체로서 사용될 수 있는 화합물, 그리고 상기 중간체의 제조 방법에 관한 것이다.
디클로로풀벤은, 예를 들어 WO 제2007/048556호에 기술된 바와 같은 살진균 활성 카복사미드 제조에 있어서 중요한 중간체이다.
WO 제2010/049228호에 의하면, 디클로로풀벤은 적절한 용매 중에서 화학식 II(식 중, X는 클로로 또는 브로모임)의 화합물을,
[화학식 II]
Figure 112013016064106-pct00001
염기, 예를 들어 알칼리 금속 알코올레이트(예를 들어 tert-부톡시화나트륨 또는 tert-부톡시화칼륨), 또는 금속 아미드(예를 들어 NaNH2 또는 리튬디이소프로필아미드)를 반응시켜 화학식 I의 디클로로풀벤으로 만듦으로써 제조될 수 있다.
[화학식 I]
Figure 112013016064106-pct00002
그러나, 선행 기술의 방법은 몇 가지 단점이 있다. 고가의 염기를 반드시 2 당량 초과로 사용하여야 하는 것은 공정을 비경제적으로 만든다. 게다가, 유기 용매와, 또한 수율을 개선하기 위한 촉매 및 특히 알칼리 금속 알코올레이트 염기용 가용화제의 사용은 반응 후 상기 화학 물질들을 완전히 분리하여 환경 문제를 피하는 것을 요구한다. 유출물로부터의 용매의 분리 및 물이 관여하지 않는 재순환 과정은 까다롭고 기술적으로도 어렵다.
그러므로 본 발명의 목적은 공지된 방법들의 단점을 피하며 경제적이고 생태학적으로 유리한 방법으로 디클로로풀벤을 고수율이면서 우수한 품질로 제조할 수 있게 하는, 디클로로풀벤의 제조를 위한 새로운 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명에 의하면, 화학식 I의 화합물을 제조하는 방법이 제공되며,
[화학식 I]
Figure 112013016064106-pct00003
상기 방법은 화학식 II의 화합물을 200℃ 이상의 온도에서 열분해하는 단계를 포함한다.
[화학식 II]
Figure 112013016064106-pct00004
(상기 식 중, X는 클로로 또는 브로모이고, 바람직하게는 클로로임)
열분해 온도는 HCl이 자발적으로 제거될 수 있기에 충분히 높은 온도로 선택되어야 한다. 열분해 반응은 바람직하게 200℃ 내지 1000℃, 더욱 바람직하게는 400℃ 내지 800℃의 온도로 반응기 내에서 일어나는 것이 바람직하다. 열분해 반응용으로 적당한 반응기의 예로서는, 예를 들어 파 인스트루먼트 컴퍼니(Parr Instrument Company)(일리노이주 61265-9984, 몰린, 53번가 211 소재)로부터 시판되고 있는 튜브형 반응기(파이프 가열기)가 있다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 화학식 II의 화합물은 반응기에 기체의 형태로 운반된다.
다른 바람직한 구체예에서, 운반 기체(carrier gas)는 화학식 II의 기체상 화합물을 반응기로 운반하는데 사용될 수 있다. 이후, 화학식 II의 화합물은 운반 기체가 지속적으로 흐르는 조건 하에서 반응기로 운반된다. 바람직하게, 기체상 염화수소, 비활성 기체(예를 들어, 질소) 또는 증발된 용매(예를 들어, 자일렌)이 운반 기체로서 사용된다. 기체상 염화수소는 열분해 반응의 부산물이므로, 유리하게 반응기의 배기 흐름 중 일부는 운반 기체로서 사용될 수 있다. 대안적으로 화학식 II의 화합물 또는 이의 용액은 반응기에 직접 분무될 수 있다.
열분해 반응 후, 생성물은 반응기의 배출구로부터 냉각된 트랩으로 운반되는 것이 바람직하다. 트랩의 온도는 넓은 한계 범위 내에서 다양할 수 있다. 트랩은, 바람직하게 +150℃ 내지 -150℃, 특히 +70℃ 내지 -70℃, 바람직하게 +30℃ 내지 -70℃의 온도에서 유지된다.
트랩은 트랩의 표면적을 증가시킬 수 있는 비활성 재료, 특히 금속 및/또는 유리 패킹으로 충전될 수 있으므로, 화학식 I의 화합물은 상기 패킹의 표면 상에서 응축될 수 있다. 본 발명의 다른 구체예에서, 화학식 I의 화합물은 용매 중에 흡수되거나, 용매와 함께 공동 응축된다. 바람직한 용매로서는 아세톤, 톨루엔 또는 자일렌과 이것들의 혼합물이 있다.
WO 제2007/048556호에 기술된 바와 같이, 기체 형태의 화합물을, 살진균 활성인 화합물의 합성의 다음 단계에 직접 사용하는 것이 또한 유리하다.
반응의 수행을 위한 압력은 넓은 한계 범위 내에서 다양할 수 있으며, 반응기에 물질을 공급하는 방법에 따라서 선택될 수 있다. 만일 화학식 II의 화합물이 반응기에 기체 형태로 운반된다면 대기압 미만의 압력이 바람직하다. 압력이 낮으면 응축 온도가 낮게 되는데, 이는 본 발명의 경우 생성물이 불안정할 때 액체의 온도가 높지 않아도 된다는 점에서 유리하다. 압력이 높으면 반응기 용적이 작아도 된다는 이점이 생긴다. 유리한 압력의 선택은 당업자들의 역량 내에 있다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 열분해 반응용 반응기와, 화학식 II의 화합물이 담긴 용기는 감압 하에서, 특히 0.008Mpa 내지 0.08Mpa의 압력 하에서, 특히 0.004Mpa 내지 0.04Mpa 하에서 유지된다.
화학식 II의 화합물이 화학식 I의 화합물로 열분해되는 과정은, 동일계 내에서 화학식 IIIe, IIIf 및 IIIg의 중간체들이 형성되는 단계와, 이후 상기 중간체들이 반응하여 화학식 I의 화합물(식 중, X는 클로로 또는 브로모임)이 형성되는 단계를 포함하는, 2단계 반응이다.
Figure 112013016064106-pct00005
화학식 IIIe 및 IIIf의 중간체(식 중, X는 클로로 또는 브로모임)는 신규한 것으로서, 본 발명의 추가의 양태를 이룬다. 화학식 II의 화합물의 이성체 함량에 따라서, 화학식 IIIe, IIIf 및 IIIg의 화합물은 상이한 이성체 형태(본원에서는 화학식 III의 화합물(식 중, X는 클로로임)로 나타냄)로 생성될 수 있다.
Figure 112013016064106-pct00006
대안적으로, 화학식 III의 화합물은 또한, 예를 들어 수성 수산화나트륨을 화학식 II의 화합물의 유기 용액과 접촉시킴으로써 제조될 수 있다. 화학식 III의 중간체는 화학적으로 안정적인 화합물이므로, 화학식 I의 화합물은 또한 화학식 III의 화합물(화학식 IIIe, IIIf 및 IIIg의 화합물) 그 자체가 열분해 이외의 방법으로 제조된 화학식 III의 화합물(화학식 IIIe, IIIf 및 IIIg의 화합물)을 열분해함으로써 제조될 수 있다. 이러한 변형 방법도 또한 본 발명의 추가의 양태를 이룬다. 반응 조건, 예를 들어 바람직한 구체예와 온도 범위는 화학식 II의 화합물의 화학식 I의 화합물로의 열분해에 있어서 상기 언급된 바와 동일하다.
제조 실시예:
실시예 P1: 운반 기체를 사용하는 화학식 I의 화합물(변형 화합물)의 제조
Figure 112013016064106-pct00007
본 제조 실시예를 위한 장치를 도 1에 나타낸 바와 같이 구성하였다. 500㎖들이 파 반응기를 트래핑 용기(trapping vessel)로 사용하였고, 상기 파 반응기는 유리 및 금속 패킹 재료(2:1 비율)로 미리 패킹하여, 트래핑 표면적을 최대로 만들었다. 대략 50㎖의 아세톤을 또한 트랩에 충전하였는데, 이때 아세톤의 수준은 배출 파이프의 수준 이하로 유지시켰다(도 1의 전개도 참조). 트랩을 드라이 아이스/아세톤 조에 소정의 시간 동안 담그어 두어 약 -70℃에서 평형화시켰다. 전기 로프 가열기를 사용하여, 파이프 가열기는 595℃로 예열하고, 도입 파이프(entry pipe; B)는 250℃로 예열하였다. 화학식 II의 화합물(이성체인 화학식 IIa, IIb 및 IIc의 화합물의 혼합물(혼합비 = 66:8:26), 15g)을 25㎖들이 3목 둥근 바닥 플라스크(A)(첫 번째 목은 도입 파이프를 거쳐 노(furnace)에 연결되어 있고, 두 번째 목은 질소 흐름 유입구로서 사용되며, 세 번째 목에는 진공 모니터가 장착됨)에 충전하였다. 화학식 IId의 화합물이 담긴 용기(모든 이성체 형태가 담긴 용기)를 135℃로 가열하였는데, 이때 질소의 유속은 약 100㎖/분으로 하였다. 그 다음, 0.004Mpa의 진공을 적용한 다음, 공정을 90분 내지 120분 동안 진행시켰다. 화학식 IId의 화합물의 소실량을 관찰함으로써 판단하여 공정이 종결되었을 때, 트랩을 분리하였다. 트랩의 모든 연결부와 부품을 아세톤으로 헹구었으며, 이때 생성된 진한 오렌지색의 용액을 여과하였다. 내부 표준을 사용하여 GC로 분석한 결과, 수집된 화학식 I의 화합물의 수율은 87%(8.7g)이며, 화학식 IId의 화합물이 단지 매우 소량있는 것으로 나타났다.
* 장치 전체를 구성하는 물질: 유리 및 스테인리스 스틸.
실시예 P2: 운반 기체를 사용하지 않는 화학식 I의 화합물(변형 화합물)의 제조
상기 실시예 P1의 실험을 반복 수행하되, 다만 질소 흐름은 사용하지 않은 결과, 화학식 I의 화합물이 수율 80%(8.0g)으로 수집되었다.
실시예 P3: 액체를 연속적으로 예비 가열기에 공급하는, 화학식 I의 화합물(변형 화합물)의 제조
도 2에 나타낸 바와 같이, 펌프를 통해 화학식 IIa의 화합물(21g)을 약 0.2㎖/분의 유속으로 예열된 챔버에 운반하였다. 그 다음, 0.004Mpa의 진공을 적용한 다음, 공정을 90분 내지 120분 동안 진행시켰다. 공정이 종결되었을 때, 처리된 생성물을 실시예 P1에서와 같이 분석하였다. 내부 표준을 사용하여 GC로 분석한 결과, 수집된 화학식 I의 화합물의 수율은 최대 72%(13.9g)이었으며, 화학식 IId의 화합물은 8%(2.1g)가 회수된 것으로 나타났다.
실시예 P4: 화학식 IIIa 및 IIIb의 화합물의 제조
톨루엔(266㎖) 중 화학식 IIa, IIb 및 IIc의 이성체(22g, 혼합비 = 66:8:26) 용액을, 25% NaOH(수성, 133㎖), 염화 벤질트리에틸암모늄(5.67g, 25mol%) 및 피나콜(3g, 25mol%)의 혼합물에 첨가한 다음, 40℃에서 교반하였다. 30분 경과후, GC 분석법에 의해 판단되는 바와 같이, 화학식 IIIa 및 IIIb의 화합물 대 내부 표준의 화학적 수율은 약 90%였다. 이 단계에서, 물(200㎖)을 첨가하여, 유기 층을 분리하였으며, 이를 황산 마그네슘 상에서 건조하였다. 여과 후 진공 하에서 농축하여, 갈색 오일인 화학식 IIIa 및 IIIb의 화합물을 생성하였다(70%, 12.8g). NMR 결과를 도 3에 나타내었다(DCF는 디클로로풀벤을 의미함).

Claims (13)

  1. 하기 화학식 I의 화합물을 제조하는 방법으로서,
    [화학식 I]
    Figure 112016079211999-pct00008

    상기 방법은 하기 화학식 II의 화합물을 200℃ 이상의 온도에서 열분해하는 단계를 포함하는 방법:
    [화학식 II]
    Figure 112016079211999-pct00009

    (상기 식 중, X는 클로로 또는 브로모임).
  2. 제1항에 있어서, 화학식 II의 화합물은 200℃ 내지 1000℃의 온도로 반응기 내에서 열분해되는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 화학식 II의 화합물은 반응기에 기체의 형태로 운반되는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 화학식 II의 화합물은 운반 기체가 지속적으로 흐르는 조건 하에서 반응기로 운반되는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 운반 기체는 질소, 기체상 염화수소 및 기체상 자일렌으로부터 선택되는 방법.
  6. 제2항에 있어서, 생성물은 열분해 반응후 반응기의 배출구로부터 비활성 용매가 담긴 트랩으로 운반되는 방법.
  7. 제2항에 있어서, 반응기와 화학식 II의 화합물이 담긴 용기는 감압 하에 유지되는 방법.
  8. 제1항에 있어서, X는 클로로인 방법.
  9. 하기 화학식 IIIe의 화합물:
    [화학식 IIIe]
    Figure 112016079211999-pct00010

    (식 중, X는 클로로 또는 브로모임).
  10. 하기 화학식 IIIf의 화합물:
    [화학식 IIIf]
    Figure 112016079211999-pct00011

    (식 중, X는 클로로 또는 브로모임).
  11. 제9항에 의한 화학식 IIIe의 화합물을 200℃ 이상의 온도에서 열분해하는 단계를 포함하는, 하기 화학식 I의 화합물을 제조하는 방법:
    [화학식 I]
    Figure 112017118634229-pct00018
    .
  12. 제10항에 의한 화학식 IIIf의 화합물을 200℃ 이상의 온도에서 열분해하는 단계를 포함하는, 하기 화학식 I의 화합물을 제조하는 방법:
    [화학식 I]
    Figure 112017118634229-pct00019
    .
  13. 하기 화학식 IIIg의 화합물을 200℃ 이상의 온도에서 열분해하는 단계를 포함하는, 하기 화학식 I의 화합물을 제조하는 방법:
    [화학식 I]
    Figure 112017118634229-pct00020

    [화학식 IIIg]
    Figure 112017118634229-pct00012
    .
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