KR101897799B1 - 엑소-2-o-알킬 이소소르비드-5-o-알킬 술폰산 염 음이온 계면활성제 및 이의 위치선택적 및 효율적 제조방법 - Google Patents
엑소-2-o-알킬 이소소르비드-5-o-알킬 술폰산 염 음이온 계면활성제 및 이의 위치선택적 및 효율적 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 엑소-2-O-알킬 이소소르비드-5-O-알킬 술폰산 염 음이온 계면활성제 및 이의 위치선택적 및 효율적 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제조방법은 용매 또는 촉매 등의 반응 조건을 조절하여 높은 위치선택성과 우수한 수율으로 이소소르비드에 엑소형으로 알킬 사슬을 도입할 수 있으므로, 2-O-알킬이소소르비드-5-O-알킬 술폰산 염을 제조하는데 유용하게 사용될 수 있고, 상기 제조방법으로 제조된 이소소르비드에 술폰산기를 도입한 음이온 계면활성제는 낮은 표면장력 및 높은 기포력을 나타내어 계면활성제로 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 엑소-2-O-알킬 이소소르비드-5-O-알킬 술폰산 염 음이온 계면활성제 및 이의 위치선택적 및 효율적 제조방법에 관한 것이다.
트윈(Tween)과 스판(Span)계열의 비이온성 계면활성제는 소르비탄 에스테르(Sorbitan ester)가 단일 탈수화 공정을 거쳐 생성된 소르비톨(Sorbitol)에서 유도되며, 식품, 제약 및 화장품 분야 등에서 유화제로 응용되고 있다.
이소소르비드(isosorbide)는 여러 단계의 공정을 거쳐 소르비톨을 탈수 축합함으로써 생산되며, 카이랄성 디안하이드로헥시톨(dianhydrohexitol)인 이소소르비드는 전분산업의 주요 생성물로서 이미 석유화학 화합물을 대신할 수 있는 바이오매스 유래 물질 중 하나로 알려져있다.
일반적으로 이소소르비드는 한 분자 내에 두 개의 히드록시기를 가지는 디올(diol) 화합물로서 황산화(sulfation), 술폰화(sulfonation), 에톡시화(ethoxylation), 프로폭시화(propoxylation), 인산화(phosphorylation) 등의 화학적 반응을 통하여 음이온성, 양이온성, 양쪽성, 비이온성의 고기능성 계면활성제를 제조할 수 있는 유용한 물질이다.
상기와 관련된 비이온성 유도체에 관한 연구가 많이 이루어져 있으며, 관련된 특허로, 가솔린 연료를 위한 이소소르비드의 유도체의 세제의 조성물(미국등록특허 6,527,816), 포스페이트에 관한 물질로서, 리포솜이 막 구성성분으로서 포스페이트 및 코스메틱을 포함하는 리포성 제제(미국등록특허 5,153,000), 하나 이상의 막 형성 유액 중합체와 반응성 계면활성제의 폴리글리세롤 유도체를 포함한 수성 코팅 조성물(미국등록특허 2011/0166287) 등의 비이온성 유도체의 제조방법을 개시하는 특허가 있고, 추가적으로, 화장품 사용에 적합한 에테르 또는 에스테르 염의 이소소르비드 유도체의 사용(일본등록특허 2014/526482), 화장품, 작물 보호 포뮬레이션, 세제 조성물, 페인트 또는 코팅을 생산하기 위하여 이소소르비드 모노에스테르와 이소소르비드 디에스테르를 포함한 조성물(미국등록특허 9,445,595) 등의 화장품의 조성물을 갖는 비이온성 계면활성제의 특허도 공개된 바 있다.
나아가, 이소소르비드 유도체와 관련한 특허로, 소르비탄 에스테류 성분과 소르비톨 에스테르 성분을 믹싱시켜 계면활성제 조성물을 형성하는 방법(미국등록특허 8,673,987), 수성 조성물을 위한 농화제의 세정 작용 및 이소소르비드 에테르의 사용(미국등록특허 8,008,246), 이소소르비드의 광학이성질체인 이소소르비드, 이소만나이드, 아이소아이디드를 이용한 신규 기능성 화합물을 제조하기 위한 공정(미국등록특허 2010/0130759), 농화제로서 이소소르비드 디에스테르의 사용(미국등록특허 9,358,199), 이소소르비드 에스테르의 폴리아미드 화합물 및 함유하는 잉크 조성물(일본등록특허 6063791), 이소소르비드의 2개의 광학이성질체를 포함한 신규 관능성 화합물을 제조하는 방법 및 응용(일본등록특허 5250808) 등이 공개된 바 있다.
한편, 비이온성 계면활성제의 제조법의 특허로서 아마이드프로필아민과 하이드록시 에스테르 화합물을 반응시켜 생분해성이 우수한 친환경 지방산계 계면활성제의 제조방법(한국등록특허 2017-00001305 A), 코팅 조성물 또는 레지스트 조성물 및 경화물의 블록 공중합체를 특징으로 하는 불소계 계면화성제 (한국등록특허 2016-0132829 ), 독성 및 환경호르몬 활성이 저감된 비이온 계면활성제의 제조방법 (한국등록특허 10-1675787), 수용성 중합체, 실리카 나노입자, 비이온성 및 음이온성 계면활성제를 포함하는 세정 및 보호에 적합한 수성 조성물 (한국등록특허 2016-0114646), 에톡시화 계면활성제 (한국등록특허 2016-0102210) 등이 공개된 바 있다.
이소소르비드를 이용한 비이온성 계면활성제 조성에 관한 특허로는 화장품 사용에 적합한 에테르 또는 에스테르 염의 이소소르비드 유도체의 사용(일본등록특허 2014/526482), 화장품, 작물 보호 포뮬레이션, 세제 조성물, 페인트 또는 코팅을 생산하기 위하여 이소소르비드 모노에스테르와 이소소르비드 디에스테르를 포함한 조성물(미국등록특허 9,445,595), 소르비탄 에스테류 성분과 소르비톨 에스테르 성분을 믹싱시켜 계면활성제 조성물을 형성하는 방법(미국등록특허 8,673,987), 이소소르비드의 광학이성질체인 이소소르비드, 이소만나이드, 아아이소이디드룰 이용한 신규 기능성 화합물을 제조하기 위한 공정(미국등록특허 2010/0130759) 등이 공개된 바 있다.
또한, 음이온 계면활성제의 제조법의 특허로는, 기포력 성능을 가지고, 머리카락의 모발 손상을 방지하는 모발 샴푸로서 양친매성 아마이드 지질의 화합물과 설페이트류의 조성물(미국등록특허 7,544,648), 음이온 이소소르비드 카복실산 유도체의 세정제 또는 청정제의 사용(미국등록특허 8,334,318)이 있고, 미국등록특허 8,546,446에서는 이소소르비드를 이용한 설페이트의 음이온 계면활성제를 제조하여 청정제, 세정제 및 화장품 조성물을 포함한 수용성 알칼리 금속의 구성 그룹으로부터 선택된 전해질로 이소소르비드 유도체의 수계 시스템에 관한 연구가, 미국등록특허 2017/0002295는 소수성 에스테르 모이어티와 카복실산염 일부를 포함해 황함유 화합물의 음이온성 계면활성제 관한 연구 등이 공개된 바 있다.
나아가, 양이온 계면활성제의 제조법의 특허로는, 금속 기반의 양이온 표면활성제 나노 입자류와 이들의 사용을 만드는 방법(미국등록특허 2017/0007642), 양이온 표면 활성제를 가진 프로테인의 정화(미국등록특허 9,534,013), 모노-알킬 아민 양이온 표면활성제, 음이온 고분자 분리막 및 폴리올을 포함한 모발 컨디셔닝 조성물을 제조하는 방법(미국등록특허 2016/0374924) 등이 공개된 바 있다.
그러나, 상기 연구에서는 이소소르비드를 이용하여 에스테르, 카복실산, 아마이드, 설페이트 유도체에 관한 제조방법 및 조성을 나타내었을 뿐, 이소소르비드 유도체의 위치선택적 제조에 관한 연구는 없다.
이에, 본 발명자들은 이소소르비드에 엑소형으로 알킬사슬을 도입하는 위치선택적이고 효율적으로 음이온 계면활성제 2-O-알킬 이소소르비드-5-O-알킬 술폰산 염을 제조하는 방법을 연구하던 중, 본 발명에 따른 제조방법이 용매, 촉매, 몰비, 온도 등의 조건을 조절하여 이소소르비드에 엑소형으로 알킬 사슬을 높은 위치선택성과 우수한 효율성으로 도입할 수 있으므로, 2-O-알킬 이소소르비드-5-O-알킬 술폰산 염을 제조하는데 유용하게 사용될 수 있음을 알아내었고, 상기 제조방법으로 제조된 이소소르비드에 술폰산기를 도입한 음이온 계면활성제가 낮은 표면장력 및 높은 기포력을 나타내어 계면활성제로 유용하게 사용될 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 이소소르비드계 음이온 계면활성제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 이소소르비드계 음이온 계면활성제의 위치선택적 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 이소소르비드계 음이온 계면활성제를 제공한다:
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
R1은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-20알킬이고;
L1은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6알킬렌이고; 및
M은 알칼리 금속이다).
또한, 본 발명은 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이,
화학식 2로 표시되는 이소소르비드 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물을 유기용매와 물의 혼합용매하에 상전이 촉매를 사용하여 화학식 4로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 얻은 화학식 4로 표시되는 화합물과 화학식 5로 표시되는 화합물을 반응시켜 화학식 6으로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 얻은 화학식 6으로 표시되는 화합물과 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 3);를 포함하는 상기 이소소르비드계 음이온 계면활성제의 위치선택적 제조방법을 제공한다:
[반응식 1]
(상기 반응식 1에서,
R1, L1 및 M은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고; 및
X는 각각 독립적으로 할로겐이다).
본 발명에 따른 제조방법은 용매 또는 촉매 등의 반응 조건을 조절하여 높은 위치선택성과 우수한 수율으로 이소소르비드에 엑소형으로 알킬 사슬을 도입할 수 있으므로, 2-O-알킬이소소르비드-5-O-알킬 술폰산 염을 제조하는데 유용하게 사용될 수 있고, 상기 제조방법으로 제조된 이소소르비드에 술폰산기를 도입한 음이온 계면활성제는 낮은 표면장력 및 높은 기포력을 나타내어 계면활성제로 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 이소소르비드계 음이온 계면활성제를 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-20알킬이고;
L1은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6알킬렌이고; 및
M은 알칼리 금속이다.
바람직하게,
R1은 직쇄 또는 분지쇄의 C2- 16알킬이고;
L1은 직쇄 또는 분지쇄의 C1- 3알킬렌이고; 및
M은 나트륨 또는 칼륨이다.
보다 바람직하게,
R1은 직쇄 또는 분지쇄의 C6- 12알킬이고;
L1은 -CH2-이고; 및
M은 나트륨이다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 계면활성제의 바람직한 예로는 하기의 화합물들을 들 수 있다:
[화학식 A]
[화학식 B]
[화학식 C]
[화학식 D]
이하, 본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 이소소르비드계 음이온 계면활성제에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 이소소르비드계 음이온 계면활성제의 성능을 평가하기 위하여, 표면장력을 측정한 결과, 본 발명에 따른 이소소르비드계 음이온 계면활성제는 낮은 표면장력을 나타냄을 알 수 있다(실험예 1 및 표 3 참조).
또한, 본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 이소소르비드계 음이온 계면활성제의 성능을 평가하기 위하여, 기포력을 측정한 결과, 본 발명에 따른 이소소르비드계 음이온 계면활성제는 높은 기포력을 나타냄을 알 수 있었다(실험예 2 및 표 4 참조).
따라서, 본 발명에 따른 이소소르비드계 음이온 계면활성제가 우수한 표면장력 및 기포력을 나타내어 계면활성제로 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 본 발명은 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이,
화학식 2로 표시되는 이소소르비드 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물을 유기용매와 물의 혼합용매하에 상전이 촉매를 사용하여 화학식 4로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 얻은 화학식 4로 표시되는 화합물과 화학식 5로 표시되는 화합물을 반응시켜 화학식 6으로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 얻은 화학식 6으로 표시되는 화합물과 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 3);를 포함하는 상기 이소소르비드계 음이온 계면활성제의 위치선택적 제조방법을 제공한다:
[반응식 1]
(상기 반응식 1에서,
R1, L1 및 M은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고; 및
X는 각각 독립적으로 할로겐이다).
이하, 본 발명에 따른 이소소르비드계 음이온 계면활성제의 위치선택적 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 화학식 2로 표시되는 이소소르비드 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물을 유기용매와 물의 혼합용매하에 상전이 촉매를 사용하여 화학식 4로 표시되는 화합물을 얻는 단계이며, 구체적으로, 화학식 2로 표시되는 이소소르비드 화합물의 2번 위치의 하이드록시에 화학식 3으로 표시되는 알킬 화합물을 위치 선택적으로 도입하여 엑소형으로 알킬기가 도입된 화학식 4로 표시되는 화합물을 얻는 단계이다.
이때, 상기 단계 1의 수행을 위한 바람직한 온도범위는 40-120℃이다. 40℃미만에서는 반응속도가 느리며, 120 ℃이상에서는 이소소르비드의 2번 및 5번 O위치에 모두 화학식 3으로 표시되는 화합물이 도입된 다이머의 생성이 증가하게 되는 문제가 있다.
상기 단계 1의 수행을 위한 바람직한 반응시간 범위는 특히 한정되는 것은 아니나, 1-8 시간일 수 있다.
상기 유기용매는 톨루엔, 다이메틸포름아마이드 및 다이메틸설퍼옥사이드으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 유기용매이며, 상기 유기용매를 사용하지 않을 경우 위치선택성을 나타내지 않고, 매우 낮은 수율을 나타낸다(실시예 1, 비교예 1-7 및 표 2 참조). 한편, 상기 물의 사용량은 화학식 2로 표시되는 이소소르비드 화합물의 사용 중량 대비 0.01-50%를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 증류수 사용량의 범위를 벗어날 경우, 위치선택성 및 수율이 감소한다.
상기 상전이 촉매는 1-알콕시-3-디알킬아미노-2-프로판올, 1-알콕시-2-하이드록시프로필-3-트리알킬암모늄염, 테트라부틸암모늄 브로마이드 중에 선택되고, 이때 염의 음이온 부분은 할라이드 및 메틸설페이트를 사용하는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로, 33-메틸아미노-1-헥실옥시프로판-2-올, 3-디메틸아미노-1-옥틸옥시프로판-2-올, 3-디메틸아미노-1-도데실옥시프로판-2-올, 3-디메틸아미노-1-옥타데실옥시프로판-2-올, 3-디에탄올아미노-1-헥실옥시프로판-2-올, 3-디에탄올아미노-1-옥틸옥시프로판-2-올, 3-디에탄올아미노-1-도데실옥시프로판-2-올, 3-디에탄올아미노-1-옥타데실옥시프로판-2-올, 1-헥실옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 메틸설페이트, 1-옥틸옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 메틸설페이트, 1-도데실옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 메틸설페이트, 1-옥타데실옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 메틸설페이트, 1-옥틸옥시-2-하이드록시프로필-3-디에탄올암모늄 메틸설페이트, 1-옥틸옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 브로마이드, 1-헥실옥시-2-하이드록시프로필-3-디에탄올암모늄 메틸설페이트, 1-옥틸옥시-2-하이드록시프로필-3-디에탄올암모늄 메틸설페이트, 1-도데실옥시-2-하이드록시프로필-3-디에탄올암모늄 메틸설페이트 및 1-옥타데실옥시-2-하이드록시프로필-3-디에탄올암모늄 메틸설페이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종인 것이 바람직하다. 상전이 촉매로서 본 발명에 따른 상전이 촉매가 아닌 통상적으로 사용되는 상전이 촉매인 메틸 트리옥틸 암모늄 클로라이드(실시예 1, 비교예 7, 표 2 참조)를 사용할 경우, 수율이 현저하게 낮고, 2-O-헥실 이소소르비드에 대한 선택성 또한 나타나지 않으므로, 반드시 본 발명에 따른 상전이 촉매를 사용하여야 함을 알 수 있다.
상기 단계 1은 염기를 사용할 수 있으며, 그 종류로는 특히 한정되는 것은 아니나, 알칼리금속 수산화물이 바람직하며, 특히, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화리튬으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 단계 1은 화학식 2로 표시되는 이소소르비드 화합물 1몰에 대하여 화학식 3으로 표시되는 화합물 1-2.5 몰, 염기 1-2.5 몰 및 상전이 촉매 0.0001-0.1 몰의 비율로 사용하여 수행하는 것이 바람직하다.
화학식 3으로 표시되는 화합물은 화학식 2로 표시되는 이소소르비드 화합물에 대하여 1-2.5 몰비 범위로 사용하는 것이 바람직하며, 화학식 3 화합물의 사용량이 1 몰비 미만일 경우 반응 수율이 현저하게 떨어지며, 2.5 몰비 초과일 경우 위치선택성이 사라지고 2번 및 5번 O위치에 모두 화학식 3으로 표시되는 화합물이 도입된 다이머의 생성이 증가하게 되므로 1-2.5 몰비 범위로 사용하는 것이 수율 및 위치선택성 면에서 바람직하다.
염기는 화학식 2로 표시되는 이소소르비드 화합물에 대하여 1-2.5 몰비 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 염기 사용량이 1 몰비 미만일 경우 수율이 현저하게 떨어지며, 2.5 몰비 초과일 경우 2번 및 5번 O위치에 모두 화학식 3으로 표시되는 화합물이 도입된 다이머의 생성이 증가하게 되므로 1-2.5 몰비 범위로 사용하는 것이 수율 및 위치선택성 면에서 바람직하다.
상전이 촉매는 화학식 2로 표시되는 이소소르비드 화합물에 대하여 0.0001 -0.1 몰비 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 촉매를 사용하지 않으면 반응속도 및 수율이 감소하게 된다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 얻은 화학식 4로 표시되는 화합물과 화학식 5로 표시되는 화합물을 반응시켜 화학식 6으로 표시되는 화합물을 얻는 단계이며, 구체적으로, 상기 단계 1에서 얻은 화학식 4로 표시되는 화합물과 화학식 5로 표시되는 화합물을 용매 및 염기를 포함하는 조건하에 반응시켜 화학식 6으로 표시되는 화합물을 얻는 단계로서, 구체적으로, 화학식 4로 표시되는 화합물에 화학식 5로 표시되는 화합물을 적가하여 5번 위치의 하이드록실기에 엔도형으로 알케인(alkene)기을 도입하여 화학식 6으로 표시되는 화합물을 얻는 단계이다.
이때, 상기 단계 2의 수행을 위한 바람직한 온도범위는 특히 한정되는 것은 아니나, 40-120℃에서 수행할 수 있다.
상기 단계 2의 수행을 위한 바람직한 반응시간 범위는 특히 한정되는 것은 아니나, 1-8시간일 수 일 수 있다.
상기 염기는 특히 한정되는 것은 아니나, 알칼리금속 수산화물이 바람직하며, 특히, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화리튬으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 반응은 특히 한정되는 것은 아니나 용매를 사용하지 않고 진행할 수 있으며, 증류수를 첨가하여 반응을 진행할 수도 있다.
상기 단계 2는 화학식 4로 표시되는 화합물 1몰에 대하여 화학식 5로 표시되는 화합물 1-6 몰 및 염기 1-2 몰의 비율로 사용하여 수행하는 것이 바람직하다.
화학식 5로 표시되는 화합물은 화학식 4로 표시되는 화합물에 대하여 1-2.5 몰비 범위로 사용하는 것이 바람직하며, 화학식 5 화합물의 사용량이 1 몰비 미만일 경우 미반응의 화학식 4로 표시되는 화합물의 과량 남게되어 반응 수율이 현저하게 떨어지며, 6 몰비 초과일 경우 미반응의 화학식 5로 표시되는 화합물이 서로 결합하여 화학식 5로 표시되는 화합물의 중합체가 형성되어 효율적이지 못하므로, 1-6 몰비 범위로 사용하는 것이 수율 및 효율성 면에서 바람직하다.
염기는 화학식 4로 표시되는 화합물에 대하여 1-2 몰비 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 염기 사용량이 1 몰비 미만일 경우 수율이 현저하게 떨어지며, 2 몰비 초과일 경우 부반응이 일어나 부가 생성물이 증가하게 되므로 효율적이지 못한 바, 1-3 몰비 범위로 사용하는 것이 수율 및 효율성면에서 바람직하다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 3은 상기 단계 2에서 얻은 화학식 6으로 표시되는 화합물과 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 얻는 단계이다.
이때, 상기 단계 3의 수행을 위한 바람직한 온도범위는 특히 한정되는 것은 아니나 50-100℃에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 단계 3의 수행을 위한 바람직한 반응시간 범위는 5번 위치의 알킬의 길이에 따라 달라지며, 바람직하게는 5-24 시간 반응시킬 수 있다.
상기 반응에서 사용가능한 용매로는 특히 한정되는 것은 아니나, 이소프로판올, 프로판올, 테트라하이드로퓨란, 에탄올 및 메탄올으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 유기용매와 물을 혼합사용할 수 있다. 상기 물와 유기용매의 비율은 1:1-1:10인 것이 바람직하다. 유기용매를 사용하지 않고 물만 사용하거나 유기용매의 사용비를 초과하면 생성물의 분해가 일어나게 되는 바, 상기 비율로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 단계 3은 화학식 6으로 표시되는 화합물 1몰에 대하여 화학식 7로 표시되는 화합물 1-2.5 몰의 비율로 사용하여 수행하는 것이 바람직하다.
화학식 7 화합물의 사용량이 1 몰비 미만일 경우 미반응의 화학식 6으로 표시되는 화합물의 과량 남게되어 반응 수율이 현저하게 떨어지며, 2.5 몰비를 초과할 경우, 생성된 화학식 1로 표시되는 화합물의 분해가 일어날 수 있으므로, 1-2.5 몰비 범위로 사용하는 것이 수율 및 효율성 면에서 바람직하다.
본 발명에 따른 실시예의 생성물의 생성 결과를 통하여 본 발명에 따른 제조방법은 높은 위치 선택성으로 엑소형으로 알킬이 도입되고, 엔도형으로 술폰산염이 도입된 2-O-알킬-이소소르비드 -5-O-알킬 술폰산 염을 제조할 수 있음을 알 수 있다(실시예 1 내지 4 및 표 2 참조).
본 발명에 따른 제조방법은 용매 또는 촉매 등의 반응 조건을 조절하여 높은 위치선택성과 우수한 수율으로 이소소르비드에 엔도형으로 알킬 사슬을 도입할 수 있으므로, 2-O-알킬이소소르비드-5-O-알킬 술폰산 염을 제조하는데 유용하게 사용될 수 있고, 상기 제조방법으로 제조된 이소소르비드에 술폰산기를 도입한 음이온 계면활성제는 낮은 표면장력 및 높은 기포력을 나타내어 계면활성제로 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예 및 실험예에 대해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<
실시예
1> 2-O-
헥실
이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염의 화학적 제조
단계 1: 2-O-헥실 이소소르비드의 화학적 제조
3구 반응기에 온도계, 컨덴서, 교반기, 오일배스를 설치하고, 이소소르비드 50 g(0.34 mol), 수산화리튬 32.8 g(1.37 mol), 1-브로모 헥산 113.08 g(0.68 mol), 다이메틸포름아마이드 200 mL, 증류수 5 mL, 1-헥실옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 메틸설페이트 5.42 g(0.017 mol)를 둥근바닥 3구 플라스크에 첨가하여 교반시킨다. 반응 온도 40℃ ~ 100℃에서 3시간 반응 후 감압 증류하여 용매 및 1-브로모 헥산 제거하여 2-O-헥실 이소소르비드와 5-O-헥실 이소소르비드의 비율이 24/1의 선택성을 나타내어 에틸아세테이트와 헥산으로 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 노란색 액체 (67g, 99%)을 얻었다. (수율 99%, 2-O-헥실 이소소르비드/5-O-헥실 이소소르비드=24/1, 높은 2-O-헥실 이소소르비드 선택성)
1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 0.80-0.87 (m, 3H), 1.29-1.32 (m, 6H), 1.55-1.58 (m, 2H), 3.55-3.60 (m, 1H), 3.91-3.99 (m, 4H), 4.03-4.09 (m, 2H), 4.18-4.22 (m, 1H), 443-4.44 (m, 1H), 4.67-4.69(m, 1H).
단계 2: 2-O-헥실-5-O-알릴 이소소르비드의 화학적 제조
3구 반응기에 온도계, 컨덴서, 교반기, 오일배스를 설치하고, 제조한 2-O-헥실 이소소르비드 10 g(0.04 mol), 수산화나트륨 2.6 g(0.06 mol), 알릴 브로마이드 6.57 g(0.05 mol), 증류수 1mL을 넣고 40℃ ~ 100℃에서 3시간 반응 후 헥산과 5 % 염화나트륨 수용액으로 2회 추출 후 회전증발기를 이용하여 생성물을 얻을 수 있다. 노란색 액체 (11g, 99%)를 얻는다.
1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 0.80-0.87 (m, 3H), 1.29-1.32 (m, 6H), 1.55-1.58 (m, 2H), 3.45-3.46(m., 2H), 3.55-3.60 (m, 1H), 3.91-3.99 (m, 4H), 4.03-4.09 (m, 2H), 4.18-4.22 (m, 1H), 443-4.44 (m, 1H), 4.67-4.69(m, 1H), 5.20-5.33 (m, 2H), 5.89-5.99 (m, 1H).
단계 3: 2-O-헥실 이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염의 화학적 제조
3구 반응기에 온도계, 마그네틱 바, 환류 냉각기 을 설치한 후, 오일배스 및 교반기를 준비한다. 아황산나트륨(2.74 g, 0.02 mol), 아황산수소나트륨(2.26 g, 0.02 mol)을 증류수 20 g에 녹인 후 메탄올 50 g을 넣고 교반시킨 후 2-O-헥실-5-O-알릴 이소소르비드(10 g, 0.04 mol)을 첨가하여 50℃ ~ 100℃에서 5시간 교반하여 연노란색 액체 (14.5g, 99%)를 얻었다.
1H NMR (300 MHz, D2O): δ 0.80-0.87 (m, 3H), 1.29-1.32 (m, 6H), 1.55-1.58 (m, 2H), 1.99-2.06 (m, 2H), 2.96-2.99 (m, 2H), 3.55-3.60 (m, 3H), 3.91-3.99 (m, 1H), 4.03-4.09 (m, 1H), 4.18-4.22 (m, 1H), 4.00-4.03 (m, 2H), 443-4.44 (m, 1H), 4.67-4.69(m, 1H), 4.63 (m, 1H), 4.74 (m, 1H).
상기 실시예 1의 단계 1에서, 반응 조건을 달리하여 실험을 수행하였으며, 그 조건 및 결과(수율 및 선택성)을 하기 표 1에 나타내었다.
| 조건 | 유기용매 | 증류수 사용유무 |
증류수 사용량 |
상전이촉매 | 수율 (%) |
선택성 |
| 1-1 |
다이메틸 포름아마이드 |
O | 10% | 1-헥실옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 메틸설페이트 | 99 | 24/1 |
| 1-2 | " | O | 15% | " | 98 | 23/1 |
| 1-3 | " | O | 1% | " | 98 | 22/1 |
| 1-4 | " | O | 0.01% | " | 98 | 21/1 |
| 1-5 | " | O | 30% | " | 98 | 22/1 |
| 1-6 | " | O | 50% | " | 98 | 21/1 |
| 1-7 | 톨루엔 | O | 10% | " | 98 | 21/1 |
| 1-8 | 다이메틸 설퍼옥사이드 |
O | 10% | " | 98 | 22/1 |
상기 표 1에서,
조건 1-1은 상기 실시예 1의 단계 1의 조건을 나타낸 것이고;
조건 1-2 내지 1-8은 상기 실시예 1의 단계 1과 동일한 방법을 사용하되, 상기 표의 조건만을 달리하여 수행한 것이고;
선택성은 2-O-헥실 이소소르비드/5-O-헥실 이소소르비드의 생성 비율을 나타내는 것이고; 및
증류수 사용량은 실시예 1의 출발물질인 이소소르비드 사용 중량 대비 사용중량부를 나타내는 것이다.
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실시예
2> 2-O-
옥틸
이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염의 화학적 제조
단계 1: 2-O-옥틸 이소소르비드의 화학적 제조
실시예 1의 단계1과 동일한 조건으로 반응을 진행하되, 1-브로모헥산 대신 1-브로모 옥탄 132.28g (0.68 mol)을 사용하고, 상전이 촉매로 1-헥실옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 메틸설페이트 대신 1-옥틸옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 메틸설페이트를 첨가하여 반응한다. 생성물은 노란색 액체 (73.92g, 99%)이다. (수율 99%, 2-O-옥틸 이소소르비드/5-O-옥틸 이소소르비드= 23/1, 높은 2-O-옥틸 이소소르비드 선택성)
1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 0.80-0.87 (m, 3H), 1.29-1.32 (m, 10H), 1.55-1.58 (m, 2H), 3.55-3.60 (m, 1H), 3.91-3.99 (m, 4H), 4.03-4.09 (m, 2H), 4.18-4.22 (m, 1H), 443-4.44 (m, 1H), 4.67-4.69(m, 1H).
단계 2: 2-O-옥틸-5-O-알릴 이소소르비드의 화학적 제조
실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 진행하여 노란색 액체 (11.55g, 99%)를 얻었다.
1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 0.80-0.87 (m, 3H), 1.29-1.32 (m, 10H), 1.55-1.58 (m, 2H), 3.45-3.46(m., 2H), 3.55-3.60 (m, 1H), 3.91-3.99 (m, 4H), 4.03-4.09 (m, 2H), 4.18-4.22 (m, 1H), 443-4.44 (m, 1H), 4.67-4.69(m, 1H), 5.20-5.33 (m, 2H), 5.89-5.99 (m, 1H).
단계 3: 2-O-옥틸 이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염의 화학적 제조
실시예 1의 단계 3과 동일한 방법으로 진행하되, 아황산나트륨(2.74 g, 0.02 mol), 아황산수소나트륨(2.26 g, 0.02 mol)을 증류수 10 g에 녹인 후 에탄올 70 g을 넣고 반응하여 연노랑 액체 (12.3g, 99%)을 얻었다.
1H NMR (300 MHz, D2O): δ 0.80-0.87 (m, 3H), 1.29-1.32 (m, 10H), 1.55-1.58 (m, 2H), 1.99-2.06 (m, 2H), 2.96-2.99 (m, 2H), 3.55-3.60 (m, 3H), 3.91-3.99 (m, 1H), 4.03-4.09 (m, 1H), 4.18-4.22 (m, 1H), 4.00-4.03 (m, 2H), 443-4.44 (m, 1H), 4.67-4.69(m, 1H), 4.63 (m, 1H), 4.74 (m, 1H).
<
실시예
3> 2-O-데실 이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염의 화학적 제조
단계 1: 2-O-데실 이소소르비드의 화학적 제조
실시예 1의 단계 1과 동일한 조건으로 반응을 진행하되, 1-브로모헥산 대신 1-브로모 데실 153.28g (0.68 mol)과 테트라부틸암모늄 브로마이드 5.64 g(0.017 mol)을 첨가하여 반응을 진행한다. 생성물은 노란색 액체 (83g, 99%)이다.(수율 99%, 2-O-데실 이소소르비드/5-O-데실 이소소르비드=22/1, 높은 2-O-데실 이소소르비드 선택성)
1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 0.80-0.87 (m, 3H), 1.29-1.32 (m, 14H), 1.55-1.58 (m, 2H), 3.55-3.60 (m, 1H), 3.91-3.99 (m, 4H), 4.03-4.09 (m, 2H), 4.18-4.22 (m, 1H), 443-4.44 (m, 1H), 4.67-4.69(m, 1H).
단계 2: 2-O-데실-5-O-알릴 이소소르비드의 화학적 제조
실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 진행하되, 수산화나트륨 대신 수산화칼륨 3.7 g(0.06mol)을 사용하여 노란색 액체 (11.55g, 99%)를 얻었다.
1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 0.80-0.87 (m, 3H), 1.29-1.32 (m, 14H), 1.55-1.58 (m, 2H), 3.45-3.46(m., 2H), 3.55-3.60 (m, 1H), 3.91-3.99 (m, 4H), 4.03-4.09 (m, 2H), 4.18-4.22 (m, 1H), 443-4.44 (m, 1H), 4.67-4.69(m, 1H), 5.20-5.33 (m, 2H), 5.89-5.99 (m, 1H).
단계 3: 2-O-데실 이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염의 화학적 제조
실시예 1의 단계 3과 동일한 방법으로 진행하되, 아황산나트륨(2.74 g, 0.02 mol), 아황산수소나트륨(2.26 g, 0.02 mol)을 증류수 10 g에 녹인 후 이소프로판올 100 g을 넣고 반응하여 연노랑 액체 (12.3g, 99%)을 얻었다.
1H NMR (300 MHz, D2O): δ 0.80-0.87 (m, 3H), 1.29-1.32 (m, 14H), 1.55-1.58 (m, 2H), 1.99-2.06 (m, 2H), 2.96-2.99 (m, 2H), 3.55-3.60 (m, 3H), 3.91-3.99 (m, 1H), 4.03-4.09 (m, 1H), 4.18-4.22 (m, 1H), 4.00-4.03 (m, 2H), 443-4.44 (m, 1H), 4.67-4.69(m, 1H), 4.63 (m, 1H), 4.74 (m, 1H).
<
실시예
4> 5-O-
도데실
이소소르비드-2-O-프로필 술폰산 염의 화학적 제조
단계 1: 2-O-도데실 이소소르비드의 화학적 제조
실시예 1의 단계 1과 동일한 조건으로 반응을 진행하되, 1-브로모헥산 대신 1-브로모 도데칸 170.71g (0.68 mol)을 사용하고, 상전이 촉매로 1-헥실옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 메틸설페이트 대신 1-도데실옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 메틸설페이트를 첨가하여 반응한다. 생성물은 노란색 액체 (94g, 99%)이다. (수율 99%, 2-O-도데실 이소소르비드/5-O-도데실 이소소르비드= 21/1, 높은 2-O-도데실 이소소르비드 선택성)
1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 0.80-0.87 (m, 3H), 1.29-1.32 (m, 18H), 1.55-1.58 (m, 2H), 3.55-3.60 (m, 1H), 3.91-3.99 (m, 4H), 4.03-4.09 (m, 2H), 4.18-4.22 (m, 1H), 443-4.44 (m, 1H), 4.67-4.69 (m, 1H).
단계 2: 2-O-도데실-5-O-알릴 이소소르비드의 화학적 제조
실시예 1의 단계 2와 동일한 방법으로 진행하되, 수산화나트륨 대신 수산화리튬 1.6 g(0.06mol)을 사용하여 노란색 액체 (11.55g, 99%) 노란색 액체 (11.2g, 99%)를 얻었다.
1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 0.80-0.87 (m, 3H), 1.29-1.32 (m, 18H), 1.55-1.58 (m, 2H), 3.45-3.46(m., 2H), 3.55-3.60 (m, 1H), 3.91-3.99 (m, 4H), 4.03-4.09 (m, 2H), 4.18-4.22 (m, 1H), 443-4.44 (m, 1H), 4.67-4.69(m, 1H), 5.20-5.33 (m, 2H), 5.89-5.99 (m, 1H).
단계 3: 5-O-도데실 이소소르비드-2-O-프로필 술폰산 염의 화학적 제조
실시예 1의 단계 3과 동일한 방법으로 진행하되, 아황산나트륨(2.74 g, 0.02 mol), 아황산수소나트륨(2.26 g, 0.02 mol)을 증류수 10 g에 녹인 후 메탄올 50 g을 넣고 반응하여 연노랑 액체 (12g, 99%)을 얻었다.
1H NMR (300 MHz, D2O): δ 0.80-0.87 (m, 3H), 1.29-1.32 (m, 18H), 1.55-1.58 (m, 2H), 1.99-2.06 (m, 2H), 2.96-2.99 (m, 2H), 3.55-3.60 (m, 3H), 3.91-3.99 (m, 1H), 4.03-4.09 (m, 1H), 4.18-4.22 (m, 1H), 4.00-4.03 (m, 2H), 443-4.44 (m, 1H), 4.67-4.69(m, 1H), 4.63 (m, 1H), 4.74 (m, 1H).
상기 실시예 1 내지 4의 생성물의 생성 결과를 통하여 본 발명에 따른 제조방법은 높은 위치 선택성으로 엑소형으로 알킬이 도입되고, 엔도형으로 술폰산염이 도입된 2-O-알킬-이소소르비드 -5-O-프로필 술폰산 염을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
<
비교예
1> 2-O-
헥실
이소소르비드의 화학적 제조
실시예 1의 단계 1과 동일한 조건으로 반응을 진행하되, 증류수를 이소소르비드 대비 100 %의 양으로 사용하고, 유기용매는 첨가하지 않고 반응한다. 반응성이 20%이고, 2-O-헥실 이소소르비드에 대한 선택성이 나타나지 않았다.
<
비교예
2> 2-O-
헥실
이소소르비드의 화학적 제조
실시예 1의 단계 1과 동일한 조건으로 반응을 진행하되, 유기용매를 다이메틸포름아마이드 대신 헥산을 사용하고, 증류수를 혼합하지 않고 반응한다. 반응성이 25%이고, 2-O-헥실 이소소르비드/5-O-헥실 이소소르비드=5/5로 생성되었으며, 2-O-헥실 이소소르비드에 대한 선택성이 나타나지 않았다.
<
비교예
3> 2-O-
헥실
이소소르비드의 화학적 제조
실시예 1의 단계 1과 동일한 조건으로 반응을 진행하되, 유기용매를 다이메틸포름아마이드 대신 헥산을 사용하고, 실시예 1의 단계 1과 동일한 양으로 증류수를 혼합하여 반응한다. 반응성이 28%이고, 2-O-헥실 이소소르비드에 대한 선택성이 나타나지 않았다.
<
비교예
4> 2-O-
헥실
이소소르비드의 화학적 제조
실시예 1의 단계 1과 동일한 조건으로 반응을 진행하되, 유기용매를 다이메틸포름아마이드 대신 테트라하이드로퓨란을 사용하고, 실시예 1의 단계 1과 동일한 양으로 증류수를 혼합하여 반응한다. 반응성이 25%이고, 2-O-헥실 이소소르비드/5-O-헥실 이소소르비드=4/6으로 생성되었으며, 2-O-헥실 이소소르비드에 대한 선택성이 나타나지 않았다.
<
비교예
5> 2-O-
헥실
이소소르비드의 화학적 제조
실시예 1의 단계 1과 동일한 조건으로 반응을 진행하되, 유기용매를 다이메틸포름아마이드 대신 클로로포름을 사용하고, 증류수를 혼합하지 않고 반응한다. 반응성이 10%이고, 2-O-헥실 이소소르비드에 대한 선택성이 나타나지 않았다.
<
비교예
6> 2-O-
헥실
이소소르비드의 화학적 제조
실시예 1의 단계 1과 동일한 조건으로 반응을 진행하되, 유기용매를 다이메틸포름아마이드 대신 클로로포름을 사용하고, 실시예 1의 단계 1과 동일한 양으로 증류수를 혼합하여 반응한다. 반응성이 13%이고, 2-O-헥실 이소소르비드에 대한 선택성이 나타나지 않았다.
<
비교예
7> 2-O-
헥실
이소소르비드의 화학적 제조
실시예 1의 단계 1과 동일한 조건으로 반응을 진행하되, 유기용매를 다이메틸포름아마이드 대신 클로로포름을 사용하고, 실시예 1의 단계 1과 동일한 양으로 증류수를 혼합하여 사용하였고, 1-헥실옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 메틸설페이트 대신 메틸 트리옥틸 암모늄 클로라이드를 첨가하여 반응한다. 반응성이 10%이고, 2-O-헥실 이소소르비드에 대한 선택성이 나타나지 않았다.
하기 표 2는 실시예 1에서 단계 1의 반응 조건을 달리하였을 때 및 비교예 1-7의 반응 조건 및 그 결과(수율 및 선택성)을 정리한 것이다.
| 조건 | 유기용매 | 증류수 사용유무 |
증류수 사용량 |
상전이촉매 | 수율 (%) |
선택성 |
| 1-1 |
다이메틸포름아마이드 | O | 10% | 1-헥실옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 메틸설페이트 | 99 | 24/1 |
| 1-2 | " | O | 15% | " | 98 | 23/1 |
| 1-3 | " | O | 1% | " | 98 | 22/1 |
| 1-4 | " | O | 0.01% | " | 98 | 21/1 |
| 1-5 | " | O | 30% | " | 98 | 22/1 |
| 1-6 | " | O | 50% | " | 98 | 21/1 |
| 1-7 | 톨루엔 | O | 10% | " | 98 | 21/1 |
| 1-8 | 다이메틸 설퍼옥사이드 |
O | 10% | " | 98 | 22/1 |
| 비교예 1 |
X | O | 100% | " | 20 | - |
| 비교예 2 |
헥산 | X | - | " | 25 | 5/5 |
| 비교예 3 |
" | O | 10% | " | 28 | - |
| 비교예 4 |
테트라 하이드로퓨란 |
O | 10% | " | 25 | 4/6 |
| 비교예 5 |
클로로포름 | X | - | " | 10 | - |
| 비교예 6 |
클로로포름 | O | 10% | " | 13 | - |
| 비교예 7 |
클로로포름 | O | 10% | 메틸 트리옥틸 암모늄 클로라이드 | 10 | - |
상기 표 2에서,
조건 1-1은 상기 실시예 1의 단계 1의 조건을 나타낸 것이고;
조건 1-2 내지 1-8은 상기 실시예 1의 단계 1과 동일한 방법을 사용하되, 상기 표의 조건만을 달리하여 수행한 것이고;
선택성은 2-O-헥실 이소소르비드/5-O-헥실 이소소르비드의 생성 비율을 나타내는 것이고; 및
증류수 사용량은 실시예 1의 출발물질인 이소소르비드 사용 중량 대비 사용중량부를 나타내는 것이다.
상기 표 2에 나타난 바와 같이,
본 발명에 따른 제조방법의 단계 1은 본 발명에 따른 유기용매 및 상전이 촉매를 사용하였을 때 높은 수율 및 높은 위치선택성으로 2-O-알킬 이소소르비드를 제조함을 알 수 있다.
반면, 용매로서 본 발명에 따른 유기용매가 아닌, 헥실, 테트라하이드로 퓨란 및 클로로포름을 사용한 경우(비교예 3, 4, 6) 및 유기용매를 사용하지 않고 증류수만을 사용한 경우(비교예 1), 2-O-헥실 이소소르비드에 대한 선택성이 나타나지 않을 뿐만 아니라 수율 또한 매우 낮음을 알 수 있고,
본 발명에 따른 유기용매가 아닌 다른 유기용매를 단독 또는 증류수와 혼합하여 사용하였을 때(비교예 2 내지 6) 모두 2-O-알킬 이소소르비드에 대한 위치선택성이 나타나지 않을 뿐만 아니라 수율 또한 매우 낮음을 알 수 있으며,
이로부터 본 발명에 따른 용매와 증류수를 혼합하여 사용하여야 높은 위치선택성 및 수율으로 목적하는 2-O-알킬 이소소르비드를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 상전이 촉매로서 본 발명에 따른 상전이 촉매가 아닌 통상적으로 사용되는 상전이 촉매인 메틸 트리옥틸 암모늄 클로라이드(비교예 7)를 사용할 경우, 수율이 현저하게 낮고, 2-O-알킬 이소소르비드에 대한 선택성 또한 나타나지 않으므로, 반드시 본 발명에 따른 상전이 촉매를 사용하여야 함을 알 수 있다.
<
실험예
1> 본 발명에 따른 2-O-
알킬
이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염의 표면장력 측정
본 발명에 따른 실시예 1 내지 4에서 얻은 2-O-알킬 이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염의 표면장력을 25℃에서 0.1%의 농도 범위에서 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
| 실시예 | 합성 음이온 계면활성제 | 표면 장력 (mN/m) |
| 1 | 2-O-헥실 이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염 | 27.99 |
| 2 | 2-O-옥틸 이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염 | 26.91 |
| 3 | 2-O-데실 이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염 | 28.53 |
| 4 | 2-O-도데실 이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염 | 31.61 |
상기 표 3에 나타난 바와 같이,
본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 실시예에서 얻은 2-O-알킬 이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염은 낮은 표면 장력을 나타냄으로써, 계면활성제로서 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
<
실험예
2> 본 발명에 따른 2-O-
알킬
이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염의 기포력 측정
본 발명에 따른 실시예 1 내지 4에서 얻은 2-O-알킬 이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염의 기포력을 측정하였다. 구체적으로, 25 ℃에서 100 ml 실린더에 0.1 % 용액 25ml을 넣고 20회 흔들어서 기포의 높이를 읽고 5분 후의 기포의 높이 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
| 실시예 | 합성 음이온 계면활성제 | 초기기포높이(ml) | 5분후기포높이(ml) |
| 1 | 5-O-헥실 이소소르비드-2-O-프로필 술폰산염 | 12 | 9 |
| 2 | 5-O-옥틸 이소소르비드-2-O-프로필 술폰산염 | 45 | 42 |
| 3 | 5-O-데실 이소소르비드-2-O-프로필 술폰산염 | 49 | 45 |
| 4 | 5-O-도데실 이소소르비드-2-O-프로필 술폰산염 | 51 | 47 |
상기 표 4에 나타난 바와 같이,
본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 실시예에서 얻은 2-O-알킬 이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염은 초기기포높이와 5분후 기포높이가 모두 높으며, 5-O에 결합된 알킬의 길이가 길어질수록 기포높이가 증가하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 2-O-알킬 이소소르비드-5-O-프로필 술폰산 염은 계면활성제로서 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
상기 실시예 및 실험예의 결과로부터 본 발명에 따른 제조방법이 용매 또는 촉매 등의 조건을 조절하여 이소소르비드에 엑소형으로 알킬 사슬을 높은 위치선택성과 우수한 효율성으로 도입할 수 있으므로, 2-O-알킬이소소르비드-5-O-알킬 술폰산 염을 제조하는데 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있고, 상기 제조방법으로 제조된 이소소르비드에 술폰산기를 도입한 음이온 계면활성제가 우수한 표면장력 및 기포력을 나타내어 계면활성제로 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
Claims (10)
- 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이,
화학식 2로 표시되는 이소소르비드 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물을 톨루엔, 다이메틸포름아마이드 및 다이메틸설퍼옥사이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 유기용매와 물의 혼합용매하에 1-헥실옥시-2-하이드록시프로필-3-디메틸암모늄 메틸설페이트의 상전이 촉매를 사용하여 화학식 4로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 얻은 화학식 4로 표시되는 화합물과 화학식 5로 표시되는 화합물을 반응시켜 화학식 6으로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 얻은 화학식 6으로 표시되는 화합물과 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 3);를 포함하는 이소소르비드계 음이온 계면활성제의 위치선택적 제조방법:
[반응식 1]
(상기 반응식 1에서,
R1은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-20알킬이고;
L1은 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6알킬렌이고;
M은 알칼리 금속이고; 및
X는 각각 독립적으로 할로겐이다).
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1은 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화리튬으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 염기를 더 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 화학식 3으로 표시되는 화합물은 화학식 2로 표시되는 이소소르비드 화합물 1몰에 대하여 1-2.5 몰의 비율로 사용하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 상전이 촉매는 화학식 2로 표시되는 이소소르비드 화합물 1몰에 대하여 0.0001-0.1 몰의 비율로 사용하는 것을 특징으로 하는 제조방법. - 삭제
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