KR102070020B1 - 정사면체 구조인 옥타아민 화합물 및 그 제조방법 - Google Patents

정사면체 구조인 옥타아민 화합물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 a) 테트라페닐메테인을 나이트로화하여 나이트로기를 도입하는 단계; b) 나이트로기를 환원하여 테트라키스(4-아미노페닐)메테인(tetrakis(4-aminophenyl)methane)을 얻는 단계; c) 테트라키스(4-아미노페닐)메테인을 나이트로화하여 o-나이트로기를 도입하는 단계; 및 d) o-나이트로기를 환원하는 단계;를 포함하며, d) 단계는 강산조건에서 수행되는 옥타아민 화합물의 제조방법 및 중심원자가 C이고 o-페닐렌디아민(phenylenediamine)이 중심원자에 4 치환된 것인 [화학식 1]로 표현되는 옥타아민 화합물을 개시한다.

Description

정사면체 구조인 옥타아민 화합물 및 그 제조방법{Tetrahedral octaamine compound and manufacturing method thereof}
본 발명은 정사면체 구조인 옥타아민 화합물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로 o-디아미노페닐기를 포함하는 옥타아민 화합물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
신소재 재료 및 초분자 화학의 영역에서 대칭성이 높은 분자에 관한 연구가 활발하게 이루어지는 추세다. 대칭성이 높은 분자의 일 예시로서, 하나의 중심으로부터 4개의 동일한 작용기를 가지는 방파제(tetrapod)형태의 분자를 고려할 수 있다. 방파제 형태의 분자에 다양한 종류의 작용기를 도입함으로써, 고도의 대칭적인 3차원 분자의 합성이 가능할 것으로 전망된다.
가령, 테트라페닐메테인(tetraphenylmethane)과 그 유도체는 중심 탄소로부터 4개의 방향족 고리를 함유하는 사면체(tetrahedron) 형태의 유기 화합물이다. 테트라페닐메테인의 각 페닐기는 모두 중심탄소에 각각 연결되어 있으며, 화학적으로 서로 구별할 수 없는바 대등한 치환기에 해당한다. 또한, 각각의 페닐기에 동일한 작용기를 도입하는 것이 가능할 것으로 예상된다.
그런즉, 테트라페닐메테인은 반복적이고 대칭적인 구조를 구현하기 위하여 사용될 수 있다. 가령, 덴드리머(dendrimer), 다공성 고분자, 케이지 형태의 분자, 유기 골격체(organic framework) 또는 배위결합을 이용한 금속-유기 골격 구조체(metal-organic framework) 등을 포함한 연구들에서 테트라페닐메테인이 사용된다. 또한, 테트라페닐메테인을 사용할 시에는, 다이아몬드와 같은 기하학적 구조로 인하여 강성(rigidity)을 제공하는 것이 가능하다.
한편, 올쏘(o, ortho)방향으로 결합된 디아민(diamine)그룹은 퀴녹살린(quinoxaline), 금속, 벤조이미다졸(benzimibazole) 등과 반응하여 다양한 구조체를 형성할 수 있다. 특히, 다환고리 화합물을 유도할 수 있으므로, 디아민(diamine)그룹은 흥미로운 재료의 구조를 구현하고, 특성을 발현시킴에 있어서 중요한 빌딩 블록(building block)라고 할 수 있다.
다만, o-디아미노기, 특히 방향족성 고리에 치환된 o-디아미노기는 쉽게 산화될 수 있으므로, 공기 중에서 불안정하다는 단점을 가지고 있다. 따라서 o-디아미노기는 불활성기체 분위기에서 합성될 필요가 있으며, 수득 즉시 추가반응에 사용되어야만 한다. 그 결과, 수많은 3차원 유기 골격체들이 보고되었음에도 불구하고, o-디아미노기를 기초로 하는 대규모 합성 및 정제는 제한된 상태이다.
한국등록특허 제10-1503388호
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 옥타아민 화합물의 제조방법은 제조공정을 단순화하고, 그 수율을 개선하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 고분자 화합물에 강성을 부여할 수 있는 기초화합물을 안정한 형태로 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 명세서는 a) 테트라페닐메테인을 나이트로화하여 나이트로기를 도입하는 단계; b) 나이트로기를 환원하여 테트라키스(4-아미노페닐)메테인(tetrakis(4-aminophenyl)methane)을 얻는 단계; c) 테트라키스(4-아미노페닐)메테인을 나이트로화하여 o-나이트로기를 도입하는 단계; 및 d) o-나이트로기를 환원하는 단계;를 포함하며, d) 단계는 강산조건에서 수행되는 옥타아민 화합물의 제조방법을 개시한다.
본 발명의 각 옥타아민 화합물의 제조방법에 있어서, d) 단계는 염화제일주석(SnCl2) 및 염산(HCl)이 첨가된 조건에서 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 각 옥타아민 화합물의 제조방법에 있어서, b) 단계 이전에, a)단계에서 수득된 테트라(4-나이트로페닐)메테인을 재결정하는 단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 각 옥타아민 화합물의 제조방법에 있어서, b) 단계는 극성 비양성자성 용매와 극성 양성자성 용매가 부피비 2 대 1로 혼합되어 있는 혼합용매조건에서 수행되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 각 옥타아민 화합물의 제조방법에 있어서, c)단계 이전에, b) 단계에서 수득된 테트라키스(4-아미노페닐)메테인(tetrakis(4-aminophenyl)methane)의 아민기에 보호기를 도입하는 단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 각 옥타아민 화합물의 제조방법에 있어서, d) 단계 이전에, c) 단계에서 수득된 테트라키스(o-나이트로아닐리닐)메테인(tetrakis(o-nitroanilinyl)methane)을 재결정하는 단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 본 명세서는 중심원자가 C이고, o-페닐렌디아민(phenylenediamine)이 중심원자에 4 치환된 것인, 하기 [화학식 1]로 표현되는 옥타아민 화합물을 추가로 개시한다.
[화학식 1]
Figure 112018098188636-pat00001
또한, 본 명세서는 본 발명의 각 옥타아민 화합물의 제조방법에 의하여 제조된 옥타아민 화합물의 염을 개시한다.
본 발명의 옥타아민 화합물의 제조방법은 o-디아미노기가 치환된 옥타아민 화합물을 단순한 공정을 통하여 대량으로 생산하는 구체적인 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 고분자 화합물에 강성을 부여할 수 있는 옥타아민 화합물을 제공한다.
또한, 본 발명의 옥타아민 화합물의 제조방법을 통하여, 별도의 추가공정 없이도 안정한 형태의 최종생성물을 수득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 옥타아민 화합물의 제조방법을 간략하게 묘사한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 테트라키스(4-아미노페닐)메테인의 합성과정을 간략하게 묘사한 반응의 청사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 테트라키스(페닐렌-1,2-디아민)메테인의 합성과정을 간략하게 묘사한 반응의 청사진이다.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다"등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.
<1. 본 발명의 옥타아민 화합물의 제조방법>
본 명세서는 a) 테트라페닐메테인을 나이트로화하여 나이트로기를 도입하는 단계; b) 나이트로기를 환원하여 테트라키스(4-아미노페닐)메테인(tetrakis(4-aminophenyl)methane)을 얻는 단계; c) 테트라키스(4-아미노페닐)메테인을 나이트로화하여 o-나이트로기를 도입하는 단계; 및 d) o-나이트로기를 환원하는 단계;를 포함하며, d) 단계는 강산조건에서 수행되는 옥타아민 화합물의 제조방법을 개시한다.
본 명세서 내에서, 상기 a) 단계는 제1나이트로화단계로 지칭될 수 있고, 상기 b) 단계는 제1환원단계로 지칭될 수 있으며, 상기 c) 단계는 제2나이트로화단계로 지칭될 수 있고, 상기 d) 단계는 제2환원단계로 지칭될 수 있다. 상기 제1나이트로화단계와 상기 제2나이트로화단계는 각각 방향족성 고리에 나이트로기(nitro group)를 도입하는 단계를 지칭한다. 상기 제1환원단계와 상기 제2환원단계는 나이트로기을 아민기(Amine group)로 환원시키는 단계이다.
도 1은 본 발명의 옥타아민 화합물의 제조방법을 간략하게 묘사한 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 옥타아민 화합물의 제조방법에 있어서, 출발물질의 방향족성 고리에 아민기를 도입하기 위한 방법으로서, 나이트로기를 도입하는 단계와 도입된 나이트로기를 환원시키는 단계가 2회 반복되는 것을 확인할 수 있다. 상술한 바와 같이, 나이트로기의 도입과 환원을 반복함으로써, 본 발명의 아민 작용기의 위치가 특정될 수 있게 된다. 아민 작용기 간의 상대적인 위치선택성이 나타나는 까닭은 후술하는 바와 같다.
본 발명에 있어서, 상기 나이트로기가 방향족성 고리에 치환됨으로써, 상기 방향족성 고리의 추가적인 친전자성 첨가반응(electrophilic aromatic substitution)은 메타(meta, m)-위치선택성을 띠게 된다. 따라서, 목적하는 옥타아민 화합물을 합성하기 위해서, 방향족성 고리 상에 도입된 나이트로기를 아민기로 환원할 필요가 있다. 즉, 나이트로화단계와 환원단계의 반복을 통하여, 본 발명의 옥타아민 화합물의 제조가 가능해진다.
세부적으로, 상기 제1나이트로화단계, 상기 제1환원단계, 및 상기 제2나이트로화단계를 경유함으로써, 방향족성 고리 상에 도입된 치환기가 서로 올쏘(ortho, o) 자리에 위치하게 된다. 또한, 상기 제2환원단계를 경유함으로써, 본 발명의 옥타아민 화합물의 방향족성 고리는 올쏘 디아민(diamine) 치환기를 포함하게 된다.
한편, 본 발명의 제1나이트로화단계와 제2나이트로화단계에서 사용되는 반응조건은 방향족성 고리에 나이트로기를 도입할 수 있는 조건이면 충분하다. 가령, 주지의 질산 및 황산 혼합 조건을 통하여 본 발명의 제1 및 제2나이트로화단계가 수행될 수 있다. 한편, 비교적 작업자 친화적인 환경을 조성할 수 있다는 점에서, 황산 외에 아세트산과 같은 비교적 약한 유기산을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 아세트산을 활용하는 경우에는, pH 조건을 일정하게 유지하기 위하여 무수아세트산을 첨가할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1환원단계는 나이트로기를 아민기로 환원할 수 있는 반응조건에서 수행되면 충분하다. 가령, 리튬알루미늄하이드라이드(Lithium Aluminum Hydride, LAH), 소듐보로하이드라이드(Sodium Borohydride, NaBH4)와 같이 염기조건의 환원제를 사용하는 방법, Pd/C(Palladium on Carbon), Pt/C(Platinum on Carbon), Lindlar Catalyst, Raney Ni, PtO2와 같이 비교적 중성조건의 환원제를 사용하는 방법, 및 강산조건에서 Zn, Hg, Fe, Sn 등의 금속을 사용하여 환원하는 방법 중 하나 이상이 상기 제1환원단계에 적용될 수 있다.
다만, 추가적인 워크업(work-up) 단계를 생략하여 수율을 증대시킬 수 있다는 관점에서, 본 발명의 상기 제1환원단계는 염기조건 또는 염기에 가까운 중성조건에서 수행되는 것이 바람직하다. 가령, 일 예시로서, 본 발명의 제1환원단계는 Pd/C, H2 및 유수조건에서 진행될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 제1환원단계는 환원반응을 촉진하기 위하여 환원성 화합물을 추가로 포함하여 수행될 수 있다. 상기 환원성 화합물의 예시로서, 에틸렌 글라이콜(Ethylene Glycol, HO(CH2)2OH) 하이드라진(Hydrazine, N2H4) 등을 고려할 수 있다. 특히, 전자가 풍부하고, 약한 염기성을 띠는 하이드라진을 포함하는 것이 상기 제1환원단계의 수율 측면에서 더욱 바람직하다.
한편, 본 발명의 각 옥타아민 화합물의 제조방법에 있어서, 제2환원단계(d) 단계)는 염화제일주석(SnCl2) 및 염산(HCl)이 첨가된 조건에서 수행되는 것이 바람직하다. 본 발명의 제2환원단계를 산성 조건에서 수행함으로써, 본 발명의 옥타아민 화합물을 디암모늄 클로라이드(Diammonium Chloride)염의 형태로 얻을 수 있다. 디암모늄은 방향족성 고리에 치환된 아민기가 모두 양이온으로 변화된 상태이므로, 공기와의 직접적인 접촉에도 아민기의 산화가 진행되지 않는다. 그 결과, 본 발명의 옥타아민 화합물의 제조방법을 통할 시에 옥타아민 화합물을 염의 형태로 수득하여, 옥타아민 화합물의 장기간 보관이 용이해진다.
한편, 본 발명의 제2환원단계에 있어서, SnCl2 외의 다양한 전이금속염화물 및 전이금속/강산 조건을 적용하는 것이 가능하다. 일 예시로서, TiCl3, Zn(0)/HCl, Fe(0)/HCl 등의 적용을 고려할 수 있다. 한편, 산조건의 경우, 염산 이외의 강산 조건을 사용하는 것이 가능하나, 수율 및 염의 안정도를 고려할 시에 황산을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 각 옥타아민 화합물의 제조방법에 있어서, b) 단계 이전에, a)단계에서 수득된 테트라(4-나이트로페닐)메테인을 재결정하는 단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 본 발명의 각 옥타아민 화합물의 제조방법에 있어서, d) 단계 이전에, c) 단계에서 수득된 테트라키스(o-나이트로아닐리닐)메테인(tetrakis(o-nitroanilinyl)methane)을 재결정하는 단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 각 재결정하는 단계는, 물, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 톨루엔, 클로로메탄, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, 이하 THF), 디메틸포름아미드(Dimethylformamide, 이하 DMF) 등의 용매가 하나 이상 포함되는 용매조건 하에서 수행될 수 있다. 특히, 생성물의 용해도 및 수율을 최대화한다는 점을 고려하였을 때, 테트라(4-나이트로페닐)메테인을 재결정하는 단계는 THF 용매조건에서 재결정화하는 것이 바람직하다. 동일한 관점에서, 테트라키스(o-나이트로아닐리닐)메테인(tetrakis(o-nitroanilinyl)methane)을 재결정하는 단계는 DMF와 소량의 물이 혼합된 혼합용매 조건에서 수행되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 각 옥타아민 화합물의 제조방법에 있어서, b) 단계는 극성 비양성자성 용매와 극성 양성자성 용매가 혼합되어 있는 혼합용매조건에서 수행되는 것을 고려할 수 있다. 본 발명의 일 측면으로서, 상기 극성 비양성자성 용매는 테트라(4-나이트로페닐)메테인을 용해시키는 역할을 수행한다. 한편, 상기 극성 양성자성 용매는 나이트로기를 아민기로 변환함에 있어서, 양성자를 공급하는 역할을 수행한다. 따라서, 상기 비양성자성 용매는 나이트로기에 비하여 과량으로 존재하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 가령, 수율을 극대화하는 관점에서 극성 비양성자성 용매와 극성 양성자성 용매를 부피비 2:1로 혼합하는 것이 바람직하다.
본 발명의 각 옥타아민 화합물의 제조방법에 있어서, c)단계 이전에, b) 단계에서 수득된 테트라키스(4-아미노페닐)메테인(tetrakis(4-aminophenyl)methane)의 아민기에 보호기를 도입하는 단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 보호기의 도입을 통하여 추가적인 나이트로화 단계에서 4-아미노페닐 모이어티(moiety)가 페닐-4-암모늄(ammonium) 모이어티로 변형되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 테트라키스(4-아미노페닐)메테인(tetrakis(4-aminophenyl)methane)의 아민기에 보호기를 도입함으로써, 부생성물의 생성을 억제하는 것이 가능하다.
본 발명에 있어서, 아민기의 보호기는 강산조건에서 아민기가 암모늄기로 변형되는 것을 방지할 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 아민기에 대한 보호기의 일 예시로서, 카보벤질옥시(Carbobenzyloxy, Cbz)기, p-메톡시벤질 카보닐(p-methoxybenzyl carbonyl, MeOZ)기, 아세틸(Acetyl, Ac)기, 벤조일(Benzoyl, Bz)기, 벤질(Benzyl)기, 토실(Tosyl, Ts)기, 및 트리클로로에틸 클로로포메이트(Trichloroethyl Chloroformate, Troc)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 고려할 수 있다.
<2. 본 발명의 옥타아민 화합물>
본 명세서는 중심원자가 C이고, o-페닐렌디아민(phenylenediamine)이 중심원자에 4 치환된 것인, 하기 [화학식 1]로 표현되는 옥타아민 화합물을 추가로 개시한다.
[화학식 1]
Figure 112018098188636-pat00002
본 발명의 [화학식 1]로 표현되는 옥타아민 화합물의 중심 탄소원자는 sp3혼성이다. 따라서, 본 발명의 옥타아민 화합물은 전체적으로 등방적인 정사면체 구조를 유지한다. 특히, 본 발명의 옥타아민 화합물에 있어서, 각 o-페닐렌디아민 모이어티 간의 입체반발을 최소화하기 위하여, 중심탄소원자와 아릴그룹 사이의 σC-C 결합의 회전이 억제된다. 본 발명의 상술한 바와 같은 구조적 특성은 본 발명의 옥타아민 화합물을 기초로 하여 합성된 고분자 화합물에 강성이 부여되는 구조적 근거라고 할 수 있다.
또한, 본 명세서는 본 발명의 각 옥타아민 화합물의 제조방법에 의하여 제조된 옥타아민 화합물의 염을 개시한다. 본 발명의 각 제조방법을 통하면, 최종생성물로서 옥타아민 화합물의 염을 얻을 수 있다. 본 발명의 옥타아민 화합물의 염은 산성조건에서 얻어지는바, 주로 암모늄 염에 해당한다. 암모늄의 짝이온에 있어서 특별한 제한은 없으나, 제2환원단계에서 주로 염산이 사용된다는 점에 비추어 보았을 때, 염화 암모늄인 것이 바람직하다. 본 발명의 최종생성물은 하기 [화학식 2]로 표현될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112018098188636-pat00003
이하, 첨부한 도면 및 실시예들을 참조하여 본 명세서가 청구하는 바에 대하여 더욱 자세히 설명한다. 다만, 본 명세서에서 제시하고 있는 도면 내지 실시예 등은 통상의 기술자에게 의하여 다양한 방식으로 변형되어 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 본 명세서의 기재사항은 본 발명을 특정 개시 형태에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하고 있는 것으로 보아야 한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명을 통상의 기술자로 하여금 더욱 정확하게 이해할 수 있도록 돕기 위하여 제시되는 것으로서 실제보다 과장 되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 발명의 실시예에 기재된 다양한 종류의 시약 및 용매는 특별한 언급이 없는 한 시그마 알드리치(Sigma Aldrich) 사(社)에서 제조 및 판매된 것이다. 본 발명의 옥타아민 화합물의 제조에 사용되는 용매는 질소기체로 퍼징(purging)한 후 사용되고, 모든 반응은 질소 분위기 하에서 진행되는 것이 바람직하다. 한편, 본 발명의 옥타아민 화합물의 제조방법에 있어서, 출발물질이라고 할 수 있는 테트라페닐메테인은 알파 에이사(Alfa Aesar)사(社) 제이다.
또한, 본 발명의 옥타아민 화합물 등의 구조식을 규명하기 위하여, 브루커(Bruker) 사의 AVANCE Ⅲ HD 400MHz FT-NMR 기가 사용되었다. 상기 FT-NMR 기를 활용하여 각 화합물의 1H-NMR 스펙트라와 13C-NMR 스펙트라를 촬영하였다. 또한, Thermo Scientific Flash 2000 Analyzer를 사용하여, 각 화합물을 원소분석하였다. 각 화합물의 녹는점은 A. Kr*?*ss Optronic 사의 KSPIN automatic melting point meter를 사용하여 측정하였다. 고해상도 질량 스펙트라는 JEOL 사의 JMS-700을 사용하여 측정하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 테트라키스(4-아미노페닐)메테인의 합성과정을 간략하게 묘사한 반응의 청사진이다. 후술하는 실시예 1 및 실시예 2는 도 2와 같이 간략하게 표현될 수 있다. 반응의 상세한 메커니즘은 공지된 나이트로화 반응(Nitration) 및 불균일 촉매(heterogeneous catalyst)에 의한 수소첨가반응(Hydrogenation)과 동일하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 테트라키스(페닐렌-1,2-디아민)메테인의 합성과정을 간략하게 묘사한 반응의 청사진이다 후술하는 실시예 3 내지 5는 도 3과 같이 간략하게 표현될 수 있다. 반응의 상세한 메커니즘은 공지된 첨가-제거반응(Addition-Elimination reaction) 메커니즘, 나이트로화 반응(Nitration), 및 산 조건에서의 수소첨가반응(Hydrogenation)과 동일하다.
{실시예}
실시예 1. 테트라(4-나이트로페닐)메테인의 합성
질소 분위기 하에서 테트라(페닐)메테인(tetra(phenyl)methane) (5g, 15.6 mmol)을 질산(nitric acid, 27.5 ml), 빙초산 (acetic acid, 17 ml), 아세트산 무수물(acetic anhydride, 9.5 ml) 혼합액에 함께 교반시켰다. 위험을 방지하기 위해 저온(섭씨 0도 이하)에서 반응을 시작하였으며, 서서히 실온까지 승온하며 5시간동안 교반시켰다. 이후, 반응물을 얼음물에 첨가하여 황색 침전물을 얻었다. 상기 황색 침전물을 여과하여 물로 여러 번 씻어낸다. 여과된 황색 가루를 재결정하여 순도가 개선하였다. 본 실험에서는 재결정을 위하여 THF를 사용하였다. 생성물의 수율은 85%였으며, 녹는점은 319 내지 321℃였다. 테트라(4-나이트로페닐)메테인이 생성된 것인지 규명하기 위하여 1HNMR, 13CNMR spectrum을 촬영하고, Mass spectrum(MS)을 측정한 결과는 다음과 같다.
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 8.25-8.23 (d, J = 8 Hz), 7.67-7.65 (d, J = 8 Hz);
13C NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 152.00, 147.16, 131.70, 123.06, 64.89 (Figure S2).
MS calcd for C25H16N4O8: 500.09, found 500.02.
실시예 2. 테트라키스(4-아미노페닐)메테인의 합성
상기 실시예 1의 테트라(4-나이트로페닐)메테인(3 g, 5.99 mmol)을 질소 분위기 하에서 THF(60 ml)로 용해시켜 용액을 얻었다. 탄소에 담지된 팔라듐 촉매(palladium on carbon, Pd/C 10 wt%, 600 mg)와 하이드라진 일수화물(hydrazine monohydrate, 30 ml)을 섞은 혼합물을 천천히 상기 용액에 첨가한다. 이틀 간의 환류(reflux)과정을 거친 후, 실온에서 팔라듐 촉매를 여과하여 제거했다. 여과된 용액을 저압에서 건조시켜 하얀색 가루형태의 생성물을 얻었다. 생성물의 녹는점 330 내지 332℃였다. 테트라키스(4-아미노페닐)메테인이 생성된 것인지 규명하기 위하여 1HNMR, 13CNMR spectrum을 촬영하고, 원소분석(Elemental analysis, EA)을 실시한 뒤 Mass spectrum(MS)을 측정한 결과는 다음과 같다.
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 6.69-6.67 (d, J = 8 Hz, 8H), 6.40-6.38 (d, J = 8 Hz, 8H), 4.84 (s, 8H);
13C NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 145.66, 135.83, 131.03, 112.57, 61.11.
Anal. Calcd for C25H24N4: C, 78.92, H, 6.36, N, 14.73. Found: C, 78.41 H, 6.92, N, 15.04. HRMS calcd for C25H24N4: 380.200, found 380.200.
실시예 3. N,N',N'',N'''-(메테인테트라일테트라키스(2-나이트로벤젠-4,1-다이일))테트라아세트아마이드(N,N',N'',N'''-(methanetetrayltetrakis(2-nitrobenzene-4,1-diyl))tetraacetamide)의 합성
상기 실시예 2의 테트라키스(4-아미노페닐)메테인(2g, 5.260 mmol)과 아세트산 무수물(acetic anhydride, 90 ml)을 넣어 30분간 교반하였다. 그 후 톨수엔-4-술폰산 일수화물(p-toluenesulfonic acid monohydrate, 4.5 g, 23.670 mmol)을 첨가하였다. 섭씨 0도에서 반응이 진행되었으며, 반응과정에서 질산칼륨(KNO3, 2.234 g)을 천천히 첨가했다. 질산칼륨을 첨가한 후, 실온에서 하루 동안 교반하였다. 반응용액을 물과 혼합하여 황색 가루를 침전시켰으며, 이를 여과하여 생성물을 얻을 수 있었다. 여과된 황색 가루를 재결정 하여 순도가 개선하였다. 재결정은 DMF(dimethylformamide)용매와 소량의 물을 첨가하여 진행하였다. 생성물의 녹는점은 242 내지 244℃이었다. N, N', N'', N'''-(메테인테트라일테트라키스(2-나이트로벤젠-4,1-다이일))테트라아세트아마이드가 생성된 것인지 규명하기 위하여 1HNMR, 13CNMR spectrum을 촬영하고, 원소분석(Elemental analysis, EA), Mass spectrum(MS)을 측정한 결과는 다음과 같다.
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 10.35 (s, 4H), 7.72 (s, 4H), 7.65-7.63 (d, J = 8 Hz, 4H), 7.54-7.52 (d, J = 8 Hz, 4H) δ 2.07 (s, 12H);
13C NMR (39.52 MHz, DMSO) δ 169.0, 141.9, 140.8, 136.6, 130.7, 125.7, 125.5, 62.6.
Anal. Calcd for C33H28N8O12: C, 54.40, H, 3.87, N, 15.38, O, 26.35. Found: C, 54.41 H, 3.92, N, 15.48, O, 26.38. HRMS calcd for C33H28N8O12 728.1827, found 728.1804.
실시예 4. 테트라키스( o -나이트로아닐리닐)메테인(tetrakis(o-nitroanilinyl)methane)의 합성
상기 실시예 3의 N, N', N'', N'''-(메테인테트라일테트라키스(2-나이트로벤젠-4,1-다이일))테트라아세트아마이드(2.24 g, 2.073 mmol)를 에탄올(300 ml)에 녹이고, 수산화나트륨(NaOH, 0.805 g)을 물(14 ml)에 녹인 용액과 천천히 혼합하였다. 2시간동안 교반과 함께 환류 과정을 거쳤다. 또한, 회전증발농축기(rotary evaporator)를 이용하여 섞여있는 용매를 제거한 뒤 노란색 가루형태의 생성물을 수거하였다. 생성물의 녹는점은 350℃ 이상이었다. 테트라키스(o-나이트로아닐리닐)메테인이 생성된 것인지 규명하기 위하여 1HNMR, 13CNMR spectrum을 촬영하고, 원소분석(Elemental analysis, EA), Mass spectrum(MS)을 측정한 결과는 다음과 같다.
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 7.71 (s, 4H), 7.59 (s, 8H, -NH2), 7.06-7.04 (d, J = 8 Hz, 4H), 7.01-6.99 (d, J = 8 Hz, 4H);
13C NMR (39.52 MHz, DMSO) δ 145.60, 139.27, 131.87, 129.42, 125.02, 119.93, 60.34.
Anal. Calcd for C25H20N8O8: C, 53.57, H, 3.60, N, 19.99, O, 22.84. Found: C, 53.57, H, 3.58, N, 19.62, O, 22.66.
HRMS calcd for C25H20N8O8 560.1404, found 560.1402.
실시예 5. 테트라키스(페닐렌-1,2-디아민)메테인의 합성
상기 실시예 4의 테트라키스(o-나이트로아닐리닐)메테인(1.5 g, 2.676 mmol)과 이수화 염화제일주석(SnCl2 dihydrate, 24 g)을 에탄올(150 ml)에 녹이고 염산(37 %, 90 ml)을 첨가하여 24시간 환류하였다. 상기 용액을 실온까지 식힌 후, 백색 침전물을 여과하여 백색 가루를 수득하였다. 상기 백색 가루를 염산(24 ml)으로 3번 씻어냈다. 그 후, 저압에서 상기 백색 가루를 건조한 후 에틸아세테이트(ethyl acetate)로 씻어냈다. 최종 생성물은 희석된 염산에 첨가하여 재결정한다. 재결정된 테트라키스(페닐렌-1,2-디아민)메테인의 염의 질량은 1.87g이었으며, 수율은 95.71%로 나타났다. 1HNMR, 13CNMR spectrum을 촬영하고, 원소분석(Elemental analysis, EA), Mass spectrum(MS)을 측정한 결과는 다음과 같다.
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 7.15-7.13 (d, J = 8 Hz,4H), 7.06 (s, 4H), 7.01-6.99 (d, J = 8 Hz, 4H);
13C NMR (39.52 MHz, DMSO) δ 143.93, 129.00, 127.07, 125.21, 124.58, 122.76, 62.84
Anal. Calcd for C25H36N8Cl8: C, 41.04, H, 4.96, N, 15.30, Cl, 38.73. Found: C, 41.00, H, 4.99, N, 15.20, Cl, 38.81 (estimated from EA).
HRMS calcd for C25H28N8 440.2437, found 440.2448.

Claims (8)

  1. a) 테트라페닐메테인을 나이트로화하여 나이트로기를 도입하는 단계;
    b) 상기 나이트로기를 환원하여 테트라키스(4-아미노페닐)메테인(tetrakis(4-aminophenyl)methane)을 얻는 단계;
    c) 상기 테트라키스(4-아미노페닐)메테인을 나이트로화하여 o-나이트로기를 도입하는 단계; 및
    d) 상기 o-나이트로기를 환원하는 단계;를 포함하며,

    상기 d) 단계는 강산조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 옥타아민 화합물의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 d) 단계는 염화제일주석(SnCl2) 및 염산(HCl)이 첨가된 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 옥타아민 화합물의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 b) 단계 이전에,
    상기 a)단계에서 수득된 테트라(4-나이트로페닐)메테인을 재결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 옥타아민 화합물의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 b) 단계는 극성 비양성자성 용매와 극성 양성자성 용매가 부피비 2 대 1로 혼합되어 있는 혼합용매조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 옥타아민 화합물의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 c)단계 이전에,
    상기 b) 단계에서 수득된 테트라키스(4-아미노페닐)메테인(tetrakis(4-aminophenyl)methane)의 아민기에 보호기를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 옥타아민 화합물의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 d) 단계 이전에,
    상기 c) 단계에서 수득된 테트라키스(o-나이트로아닐리닐)메테인(tetrakis(o-nitroanilinyl)methane)을 재결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 옥타아민 화합물의 제조방법.
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KR101503388B1 (ko) 2013-04-17 2015-03-18 광주과학기술원 삼차원 공유결합 네트워크 나노캡슐 및 그 제조방법
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