KR102143528B1 - Continuous Microfluidic Reactor for High-Temperature Reaction and Preparation Method for Indole Derivatives Using the Reactor - Google Patents

Continuous Microfluidic Reactor for High-Temperature Reaction and Preparation Method for Indole Derivatives Using the Reactor Download PDF

Info

Publication number
KR102143528B1
KR102143528B1 KR1020190075747A KR20190075747A KR102143528B1 KR 102143528 B1 KR102143528 B1 KR 102143528B1 KR 1020190075747 A KR1020190075747 A KR 1020190075747A KR 20190075747 A KR20190075747 A KR 20190075747A KR 102143528 B1 KR102143528 B1 KR 102143528B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reaction
indole
formylation
reactor
yield
Prior art date
Application number
KR1020190075747A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박찬필
성하경
Original Assignee
충남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 충남대학교산학협력단 filed Critical 충남대학교산학협력단
Priority to KR1020190075747A priority Critical patent/KR102143528B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102143528B1 publication Critical patent/KR102143528B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D209/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings, condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom
    • C07D209/02Heterocyclic compounds containing five-membered rings, condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom condensed with one carbocyclic ring
    • C07D209/04Indoles; Hydrogenated indoles
    • C07D209/10Indoles; Hydrogenated indoles with substituted hydrocarbon radicals attached to carbon atoms of the hetero ring
    • C07D209/12Radicals substituted by oxygen atoms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00891Feeding or evacuation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/0095Control aspects

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Indole Compounds (AREA)

Abstract

The present invention relates to a continuous microfluidic reactor for a high-temperature reaction which can perform a reaction under a stable condition even in the case of a reaction under heating, and a method for preparing an indole derivative using the same. Particularly, the continuous microfluidic reactor for a high-temperature reaction includes: an inlet through which a sample is introduced by a pump; a flow path for a reaction, one end of which is linked to the inlet; a back pressure controller linked to the other end of the flow path for a reaction; and an outlet through which the sample passing through the back pressure controller is discharged. The continuous microfluidic reactor for a high-temperature reaction causes no formation of microbubbles in the flow path for a reaction even in the case of a reaction under heating, and can perform a reaction even at a temperature equal to or higher than the boiling point of a solvent.

Description

고온 반응을 위한 연속식 미세유체 반응기 및 이를 이용한 인돌 유도체의 제조 방법{Continuous Microfluidic Reactor for High-Temperature Reaction and Preparation Method for Indole Derivatives Using the Reactor}Continuous Microfluidic Reactor for High-Temperature Reaction and Preparation Method for Indole Derivatives Using the Reactor}

본 발명은 가열 반응 시에도 안정된 조건에서 반응이 가능한 고온 반응을 위한 연속식 미세유체 반응기 및 이를 이용한 인돌 유도체의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a continuous microfluidic reactor for a high-temperature reaction capable of reacting under stable conditions even during a heating reaction, and a method for producing an indole derivative using the same.

인돌(indole) 잔기는 중요한 생물학적 활성을 갖는 다수의 천연 및 합성 분자에 광범위하게 존재하며, 의약품, 염료, 살균제, 건강보조식품, 향수 등 다양한 분야에서 활용된다. Indole residues are widely present in a number of natural and synthetic molecules with important biological activities, and are used in a variety of fields such as pharmaceuticals, dyes, fungicides, health supplements and perfumes.

이 중에서도 3번 위치에 알데하이드기가 치환된 인돌-3-카복스알데하이드(indole-3-carboxaldehyde)는 그 자체로 생리적 효능을 나타내는 유용성분일 뿐 아니라 의약품이나 전기재료의 유용한 전구체로서 많은 관심을 받고 있다. 인돌-3-카복스알데하이드는 녹색 채소에 다량 함유된 필수아미노산인 트립토판이 생체 내에서 장내 미생물에 의해 변환되어 생성되는 물질로, 점막 치유를 촉진하고 병원성 대장균에서 독소 생산을 조절하는 효과가 있다고 보고되어 있다. 인돌-3-카복스알데하이드는 또한 항암 효능을 갖는 인돌-3-카비놀(indole-3-carbinol)과 3,3'-다이인돌릴메테인(DIM, diindolylmethane)이나 항생제로 사용되는 트리스인돌릴메테인(Trisindolylmethane)을 비롯한 생리활성을 갖는 인돌 유도체의 합성의 전구체로 유용하게 사용된다. 이외에도 전극의 산화 영역인 유리질의 탄소 표면에 박막을 형성하는 단량체로서 이용되기도 한다. Among them, indole-3-carboxaldehyde, which has an aldehyde group substituted at the 3 position, is not only a useful component that exhibits physiological efficacy by itself, but also attracts a lot of attention as a useful precursor for pharmaceuticals and electrical materials. . Indole-3-carboxaldehyde is a substance produced by the conversion of tryptophan, an essential amino acid contained in a large amount of green vegetables, by intestinal microbes in vivo.It is reported that it has the effect of promoting mucosal healing and regulating toxin production in pathogenic E. coli. Has been. Indole-3-carboxaldehyde is also used as an anticancer drug indole-3-carbinol and 3,3'-diindolylmethane (DIM) or trisindolyl used as an antibiotic. It is usefully used as a precursor for the synthesis of physiologically active indole derivatives including methane (Trisindolylmethane). In addition, it is also used as a monomer that forms a thin film on the surface of glassy carbon, which is an oxidation region of an electrode.

인돌-3-카복스알데하이드는 인돌의 3-위치를 포르밀화(formylation)하는 것에 의해 이루어지나, 카보닐기는 C-C, C-N 커플링 반응, 산화반응과 같은 다양한 부반응을 수반하기 때문에 많은 단계를 거쳐야 한다. Vilsmeier-Haack 반응(J. Org. Chem. 10(3) (1945) 255-258)을 비롯한 전통적인 인돌-3-카복스알데하이드 제조 방법들은 독성이 있는 POCl3를 화학양론적인 양으로 사용하거나, 과량의 강산 또는 강염기를 사용하고 고온에서 반응을 진행한다. 따라서 폐수의 발생에 따른 환경적인 문제 외에도, 인돌에 산이나, 염기, 온도에 약한 작용기가 치환되어 있는 경우에는 적용이 어렵고, 선택성이 낮다는 문제가 있었다.Indole-3-carboxaldehyde is formed by formylation of the 3-position of indole, but the carbonyl group involves various side reactions such as CC, CN coupling reaction, and oxidation reaction, so many steps must be taken. . Traditional indole-3-carboxaldehyde production methods, including the Vilsmeier-Haack reaction (J. Org. Chem. 10(3) (1945) 255-258), use toxic POCl 3 in stoichiometric amounts or in excess. A strong acid or strong base of is used and the reaction proceeds at high temperature. Therefore, in addition to the environmental problems caused by the generation of wastewater, when indole is substituted with an acid, a base, or a weak functional group in temperature, there is a problem that it is difficult to apply and the selectivity is low.

Su 등(J. Am. Chem. Soc. 133(31) (2011) 11924-7)은 Ru 촉매와 N-메틸 아닐린를 사용하여 온화한 조건에서 인돌의 3-위치를 포르밀화하는 방법을 공개하였다. 상기 방법의 주된 전략은 이미늄 이온 중간체의 형성을 통하여 N-메틸 아닐린의 N-결합을 끊어주는 것이다. Su 등의 발표 이후 여러 가지 다른 촉매와 아민을 사용하여 인돌의 3-위치를 포르밀화하는 방법들이 개발되었으나, 이들은 모두 과량의 피발산(pivalic acid)을 첨가제로 사용하여야 한다. 따라서 산에 취약한 작용기가 있는 경우 적용이 어렵기 때문에 사용이 제한적이다. 이후에도 많은 연구자들이 인돌-3-카복스알데하이드의 제법들을 개시하였으나, 특정 작용기에만 적용이 가능하다거나, 고온에서 긴 반응시간을 요하거나, 공정이 너무 복잡하고 독성물질을 사용하는 등 여전히 해결되어야 할 문제들이 남아있다.Su et al. (J. Am. Chem. Soc. 133(31) (2011) 11924-7) disclosed a method of formylating the 3-position of indole under mild conditions using a Ru catalyst and N-methyl aniline. The main strategy of this method is to break the N-bond of N-methyl aniline through the formation of an iminium ion intermediate. After the publication of Su et al., methods for formylating the 3-position of indole using various different catalysts and amines have been developed, but all of them must use an excess of pivalic acid as an additive. Therefore, if there is a weak functional group in the acid, it is difficult to apply, so its use is limited. Since then, many researchers have initiated the preparation of indole-3-carboxaldehyde, but it can be applied only to specific functional groups, requires a long reaction time at high temperature, the process is too complex and uses toxic substances, etc. Problems remain.

최근 왕 등(Tetrahedron Letters 58(30) (2017) 2877-2880)은 포르밀화를 위한 촉매로서 I2를, 탄소원으로 헥사메틸렌테트라아민(HMTA)을, 산소 또는 공기를 용매를 산화제로 사용한 도 1에 기재된 반응식의 회분식 반응에 의해 인돌-3-카복스알데하이드를 제조하는 방법을 공개하였다. 왕 등은 상기 방법에 의해 금속 촉매를 사용하지 않고, 짧은 시간에 높은 수율(예를 들어 미치환 인돌의 경우, 120℃에서 0.8시간 반응 시 97%의 수율)로 인돌-3-카복스알데하이드를 제조할 수 있음을 주장하였다. 그러나 하기 비교예에 기재하였듯이 본 발명자들이 왕 등의 방법에 의해 실제로 인돌-3-카복스알데하이드를 제조하기 위하여 조건을 달리하며 수많은 반복실험을 진행하였으나, 왕 등의 결과를 재현할 수 없었다. 자체적인 반응 조건의 최적화에 의해, 1 mmol 스케일 반응에 대해 6시간 반응 시 70% 미만의 수율만을 얻을 수 있었다. 이는 왕 등의 논문에 기재되지 않은 필수적인 구성요소가 인돌의 3-포르밀화에 필요하거나, 혹은 실험 조건이 매우 정밀하게 제어되어야 함을 시사한다. 왕 등이 제시한 방법에 의해 반응시간과 반응수율이 그대로 적용할 수 있다고 하더라도 반응 시 산소나 공기가 산화제로 작용하고, 첨가제로 활성탄소를 사용하기 때문에 회분식 반응기의 크기가 증가할수록 반응 시간이 길어지고 수율이 낮아지며 반응 후 처리 공정이 복잡하여 대량생산에 적용하는데 문제가 있다. Recently, Wang et al (Tetrahedron Letters 58(30) (2017) 2877-2880) used I 2 as a catalyst for formylation, hexamethylenetetraamine (HMTA) as a carbon source, and oxygen or air as a solvent as an oxidizing agent. A method for producing indole-3-carboxaldehyde by a batch reaction of the reaction scheme described in was disclosed. Wang et al. did not use a metal catalyst by the above method, and indole-3-carboxaldehyde in a high yield in a short time (for example, in the case of unsubstituted indole, a yield of 97% when reacted at 120°C for 0.8 hours). It claimed to be possible to manufacture. However, as described in the following comparative example, the present inventors performed numerous repeated experiments with different conditions to actually prepare indole-3-carboxaldehyde by Wang et al.'s method, but the results of Wang et al. could not be reproduced. By optimizing your own reaction conditions, for a 1 mmol scale reaction When reacting for 6 hours, only a yield of less than 70% could be obtained. This suggests that essential components not described in Wang et al.'s thesis are necessary for 3-formylation of indole, or that the experimental conditions must be controlled very precisely. Even if the reaction time and reaction yield can be applied by the method suggested by Wang et al., the reaction time becomes longer as the size of the batch reactor increases because oxygen or air acts as an oxidizing agent during the reaction and activated carbon is used as an additive. There is a problem in applying it to mass production due to the high yield and the complex treatment process after the reaction.

한편, 미세화학반응 기술에 의한 연속흐름 반응기를 이용한 반응은 종래의 회분식 반응에 비해 혁신적인 장점을 보여주며, 위험하고 불안정한 화학물질 역시 다양한 반응에 적용할 수 있다. 미세유체 시스템에서는 다양한 실험 조건들의 통제가 가능하며, 이들을 병렬 연결한 미세반응 소자를 사용하면 대량 생산에 이용할 가능성이 열리게 되었다. 본 발명자들은 미세유체 시스템을 활용하여 개별 화학 반응에 적합한 연속흐름 반응기에 대해 출원하여 등록특허 제10-1662516호(기체-액체 광반응을 위한 연속식 반응기 및 이를 이용한 광반응 방법), 등록특허 제10-1721216호(비혼화성 액-액 반응을 위한 연속식 미세유체 반응시스템 및 이를 이용한 반응 방법)로 등록받은 바 있다. On the other hand, the reaction using a continuous flow reactor by microchemical reaction technology shows innovative advantages over conventional batch reactions, and dangerous and unstable chemicals can also be applied to various reactions. In the microfluidic system, various experimental conditions can be controlled, and the use of microreactive elements connected in parallel opens the possibility of using them for mass production. The present inventors applied for a continuous flow reactor suitable for individual chemical reactions using a microfluidic system, and registered patent No. 10-1662516 (continuous reactor for gas-liquid photoreaction and photoreaction method using the same), registered patent No. It has been registered as No. 10-1721216 (Continuous microfluidic reaction system for immiscible liquid-liquid reaction and reaction method using the same).

연속식 미세유체 반응기의 경우 반응 온도가 높으면 유체 내에 미세기포가 생성되어 유체의 흐름을 방해하기 때문에 반응 시간이나 온도를 제어하는 데 문제가 있다. 특히 반응 온도가 용매의 끓는점보다 높은 경우, 연속식 미세유체 반응기를 사용할 수 없다는 제약이 있었다. 또한 미세유체 반응기는 유로의 폭이 좁기 때문에 반응물이 모두 용해된 상태가 아니라, 고체상태의 물질이 포함된 경우에는 미세유체 반응기 중 유체의 흐름이 고르지 못하고 고상의 물질로 인해 유로가 막힐 수 있어 미세유체 반응기에서 반응을 진행하는 데 어려움이 있다. In the case of a continuous microfluidic reactor, when the reaction temperature is high, microbubbles are generated in the fluid, thereby interfering with the flow of the fluid, so there is a problem in controlling the reaction time or temperature. In particular, when the reaction temperature is higher than the boiling point of the solvent, there is a limitation that a continuous microfluidic reactor cannot be used. In addition, since the microfluidic reactor has a narrow flow path, all reactants are not dissolved, but if a solid substance is included, the flow of the fluid in the microfluidic reactor is uneven, and the flow path may be blocked by the solid substance. There is a difficulty in proceeding the reaction in a fluid reactor.

등록특허 제10-1662516호Registered Patent No. 10-1662516 등록특허 제10-1721216호Registered Patent No. 10-1721216

J. Org. Chem. 10(3) (1945) 255-258J. Org. Chem. 10(3) (1945) 255-258 J. Am. Chem. Soc. 133(31) (2011) 11924-7J. Am. Chem. Soc. 133(31) (2011) 11924-7 Tetrahedron Letters 58(30) (2017) 2877-2880Tetrahedron Letters 58(30) (2017) 2877-2880

본 발명은 가열 반응 시에도 반응용 유로 내에 미세기포가 생성되지 않아 유체의 흐름에 영향을 미치지 않으며, 반응 온도가 용매의 끓는점보다 높은 경우에도 적용이 가능한 연속식 미세유체 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a continuous microfluidic reactor that does not affect the flow of fluid because microbubbles are not generated in the reaction flow path even during a heating reaction, and can be applied even when the reaction temperature is higher than the boiling point of the solvent. do.

본 발명은 또한 상기 연속식 미세유체 반응기를 사용하여 인돌 유도체를 효과적으로 3-포르밀화하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for effectively 3-formylating an indole derivative using the continuous microfluidic reactor.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 펌프에 의해 시료가 주입되는 주입구; 주입구에 일 말단이 연결된 반응용 유로; 반응용 유로의 타말단에 연결된 배압 조절기; 및 배압 조절기를 통과한 시료가 배출되는 배출구;를 포함하여 가열 반응 시 반응용 유로 내 미세기포가 형성되지 않고, 용매의 끓는점 이상의 온도에서도 반응이 가능한 것을 특징으로 하는 연속식 미세유체 반응기에 관한 것이다. The present invention for achieving the above object is an injection port through which a sample is injected by a pump; A reaction flow path having one end connected to the injection port; A back pressure regulator connected to the other end of the reaction flow path; And it relates to a continuous microfluidic reactor, characterized in that the reaction is possible at a temperature above the boiling point of the solvent, without forming microbubbles in the reaction flow path during the heating reaction including; .

배압 조절기(back pressure regulator)는 일종의 안전 장치로 압력 조절기(pressure regulator)가 소정 압력 이하인 경우에만 밸브가 열리는 것에 반해, 배압 조절기는 소정 압력 이상인 경우에만 밸브가 열리도록 한다. 본 발명의 연속식 미세유체 반응기에서는 배압 조절기에 의해 반응용 유로의 압력을 높이는 것에 의해 용매의 증발을 억제하기 때문에 미세기포가 형성되지 않도록 한다. 용매의 증발에 의해 형성되는 미세기포는 반응용 유로에서 반응액의 혼합이나 고른 열전달을 방해하며, 미세기포가 융합하여 큰 공기방울이 되는 경우에는 심한 경우 유체의 흐름에도 영향을 미친다. 이러한 문제는 반응온도가 용매의 끓는점에 가까울수록 더 심각하며, 반응온도가 용매의 끓는점을 넘어선다면 통상의 연속식 미세유체 반응기에 의한 반응은 불가능하게 된다. 본 발명에서는 배압 조절기를 사용하여 반응용 유로내의 압력을 대기압보다 높게 유지하는 것에 의해 미세기포의 생성을 억제하고, 용매의 끓는점 이상의 온도에서도 반응이 가능하게 하는 것을 특징으로 한다. 배압 조절기의 임계 압력은 원하는 반응조건에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있음은 당연하다.A back pressure regulator is a type of safety device that opens the valve only when the pressure regulator is below a predetermined pressure, whereas the back pressure regulator allows the valve to open only when the pressure is above a predetermined pressure. In the continuous microfluidic reactor of the present invention, since the evaporation of the solvent is suppressed by increasing the pressure in the reaction flow path by the back pressure regulator, microbubbles are not formed. Micro-bubbles formed by evaporation of the solvent interfere with mixing of the reaction liquid or even heat transfer in the reaction flow path, and when micro-bubbles fuse to form large air bubbles, in severe cases, the flow of the fluid is affected. This problem is more serious as the reaction temperature approaches the boiling point of the solvent, and if the reaction temperature exceeds the boiling point of the solvent, the reaction by a conventional continuous microfluidic reactor becomes impossible. In the present invention, by using a back pressure regulator to maintain the pressure in the reaction flow path higher than atmospheric pressure, generation of microbubbles is suppressed, and reaction is possible at a temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent. It is natural that the critical pressure of the back pressure regulator can be appropriately selected and used according to the desired reaction conditions.

본 발명의 연속식 미세유체 반응기에서 상기 주입구는 복수개로 형성되어 각각의 반응액이 따로 주입되도록 할 수도 있다. 주입구가 복수개인 경우에는 반응용 유로의 선단에 각각의 주입구를 통해 주입된 반응액이 혼합될 수 있도록 혼합용 유로를 별도로 구비할 수 있다. In the continuous microfluidic reactor of the present invention, a plurality of injection ports may be formed so that each reaction solution is separately injected. When there are a plurality of injection ports, a mixing channel may be separately provided at the tip of the reaction channel so that the reaction liquid injected through each injection port can be mixed.

본 발명의 연속식 미세유체 반응기에서 상기 펌프는 배압 조절기의 임계압력보다 높은 압력에서 작동 가능하여야 한다. 또한 반응용 유로를 포함하여 연속식 미세유체 반응기에 포함되는 부속품, 예를 들면, 유니온이나 조인트 등 역시 배압 조절기의 임계압력에서 사용가능한 것이어야 한다.In the continuous microfluidic reactor of the present invention, the pump must be operable at a pressure higher than the critical pressure of the back pressure regulator. In addition, accessories included in the continuous microfluidic reactor, including the reaction flow path, such as unions and joints, must also be usable at the critical pressure of the back pressure regulator.

상기 반응용 유로의 폭은 0.1~5.0mm인 것이 바람직하다. 반응용 유로의 폭이 좁을수록 유로 내 온도편차가 적기 때문에 특히 고온반응에서 부반응이나 반응속도의 저하가 없어 안정적인 반응에 유리하지만 반응 용량이 저하되므로 생산성이 낮아질 수 있다. 반면 반응용 유로의 폭이 너무 넓으면 유효 반응 부피는 증가하지만 유로 내 고른 열전달에 방해를 받기 때문에 반응 효율성이 저하된다.It is preferable that the width of the reaction flow path is 0.1 to 5.0 mm. The narrower the width of the reaction flow path, the smaller the temperature deviation in the flow path, and thus, there is no side reaction or decrease in the reaction rate in a high-temperature reaction, which is advantageous for a stable reaction, but the reaction capacity decreases, so productivity may be lowered. On the other hand, if the width of the reaction flow path is too wide, the effective reaction volume increases, but the reaction efficiency decreases because even heat transfer in the flow path is disturbed.

본 발명은 또한 상기 연속식 미세유체 반응기를 이용한 화학 반응에 관한 것이다. 본 발명자들은 본 발명의 연속식 미세유체 반응기를 이용한 경우, 활성탄소와 같은 고상의 첨가제를 사용하지 않고도 빠른 반응속도와 높은 수율로 인돌의 3-포르밀화 반응을 진행할 수 있었다. 이에 반하여, 회분식 반응에 의한 경우에는 왕 등의 보고와는 달리 활성탄소와 같은 고상의 첨가제를 사용한다고 하더라도 반응속도나 반응수율이 크게 향상되지 않아, 왕 등이 제시한 방법에 공개되지 않은 필수적인 구성조건이 필요하거나, 혹은 정밀한 반응조건의 제어를 요하는 것을 시사하였다. The present invention also relates to a chemical reaction using the continuous microfluidic reactor. In the case of using the continuous microfluidic reactor of the present invention, the present inventors were able to carry out the 3-formylation reaction of indole with a fast reaction rate and high yield without using solid additives such as activated carbon. On the other hand, in the case of a batch reaction, unlike Wang et al.'s report, even if a solid additive such as activated carbon is used, the reaction rate or reaction yield is not significantly improved, so an essential composition not disclosed in the method suggested by Wang et al. It was suggested that conditions were required, or precise control of reaction conditions was required.

본 발명에서 인돌의 3-포르밀화 반응은 탄소원으로 헥사메틸렌테트라아민(HMTA)을, 촉매로서 요오드를 사용하며, 활성탄소와 같은 첨가제는 필요로 하지 않는다. In the present invention, the 3-formylation reaction of indole uses hexamethylenetetraamine (HMTA) as a carbon source and iodine as a catalyst, and does not require additives such as activated carbon.

반응 용매로는 N,N-디메틸포름아미드(DMF) 또는 디메틸 설폭사이드(DMSO)이거나 또는 상기 용매와 물의 혼합물을 포함하는 것이 바람직하나, 다른 용매의 사용을 제외하는 것은 아니다. 물과의 혼합 용매를 사용하는 경우, 인돌 유도체의 용해도를 고려하여 그 비율을 적절히 조절하는 것은 당업자에게 용이할 것이다.The reaction solvent is preferably N,N-dimethylformamide (DMF) or dimethyl sulfoxide (DMSO), or a mixture of the solvent and water, but the use of other solvents is not excluded. When using a mixed solvent with water, it will be easy for those skilled in the art to properly adjust the ratio in consideration of the solubility of the indole derivative.

본 발명에서 인돌의 3-포르밀화 반응은 120~160℃에서 진행하는 것이 바람직하였다. 반응온도가 증가할수록 반응속도는 증가하므로 반응온도가 너무 낮으면 반응속도 역시 너무 낮아지며, 반응온도가 150~160℃ 정도에서 반응속도는 거의 차이가 없었다.In the present invention, the 3-formylation reaction of indole was preferably carried out at 120 to 160°C. As the reaction temperature increases, the reaction rate increases. Therefore, if the reaction temperature is too low, the reaction rate becomes too low, and there is little difference in the reaction rate when the reaction temperature is about 150 to 160°C.

사용하는 반응시약의 당량 또한 반응속도에 영향을 미친다. 요오드 당량은 0.2~1.0 당량인 것이 바람직하였는데, 상기 범위에서 요오드 당량이 증가할수록 반응속도 역시 증가하였다. HMTA 당량은 1.0~3.0 당량인 것이 바람직하였으며, 상기 범위에서 HMTA 당량이 증가할수록 반응속도도 증가하였다. 따라서 반응속도에 따른 경제성과, 요오드 및/또는 HMTA의 사용량 및 후처리 과정에 소요되는 공정에 대한 비용을 고려하여 상기 범위에서 적절한 양을 사용할 수 있을 것이다.The equivalent weight of the reaction reagent used also affects the reaction rate. The iodine equivalent was preferably 0.2 to 1.0 equivalent, and the reaction rate also increased as the iodine equivalent increased in the above range. The HMTA equivalent was preferably 1.0 to 3.0 equivalent, and the reaction rate increased as the HMTA equivalent increased in the above range. Accordingly, in consideration of the economic performance according to the reaction rate, the amount of iodine and/or HMTA used, and the cost of the process required for the post-treatment process, an appropriate amount may be used within the above range.

본 발명의 방법에 의해 인돌 유도체는, 전자 주게 치환체와 전자 받게 치환체가 있는 경우 모두 3-포르밀화가 가능하였다.According to the method of the present invention, the indole derivative was capable of 3-formylation in both the electron donor substituent and the electron acceptor substituent.

이상과 같이 본 발명의 연속식 미세유체 반응기에 의하면 가열 반응 시에도 반응용 유로 내에 미세기포가 생성되지 않아 기포로 인한 유체의 흐름 방해를 방지할 수 있어 반응시간을 일정하게 조절할 수 있고, 반응 조건의 제어가 용이하므로 보다 효과적인 반응이 가능하다.As described above, according to the continuous microfluidic reactor of the present invention, even during the heating reaction, microbubbles are not generated in the reaction flow path, so it is possible to prevent the flow of fluid due to bubbles from being disturbed, so that the reaction time can be constantly adjusted, and the reaction conditions It is easy to control, so more effective reaction is possible.

또한 본 발명의 연속식 미세유체 반응기를 사용하면 용매의 끓는점보다 높은 온도에서도 반응이 가능하므로 보다 넓은 범위의 반응에 유용하게 사용될 수 있다. In addition, when the continuous microfluidic reactor of the present invention is used, the reaction is possible at a temperature higher than the boiling point of the solvent, and thus it can be usefully used in a wider range of reactions.

또한 본 발명의 연속식 미세유체 반응기를 사용하면, 인돌 유도체의 3-포르밀화 반응을 높은 수율로 진행할 수 있어 대량 생산에 용이하게 적용할 수 있다.In addition, when the continuous microfluidic reactor of the present invention is used, the 3-formylation reaction of the indole derivative can be carried out in high yield, so that it can be easily applied to mass production.

도 1은 종래기술에 의한 인돌의 3-포르밀화 반응식.
도 2는 회분식 반응기에서의 인돌의 3-포르밀화에 대한 용매의 영향을 보여주는 그래프.
도 3은 회분식 반응기에서의 인돌의 3-포르밀화에 대한 첨가제의 영향을 보여주는 그래프(100℃ 반응).
도 4는 회분식 반응기에서의 인돌의 3-포르밀화에 대한 첨가제의 영향을 보여주는 그래프(120℃ 반응).
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 연속식 미세유체 반응기의 모식도.
도 6은 연속식 미세유체 반응기에서의 인돌의 3-포르밀화에 대한 I2 당량의 영향을 보여주는 그래프.
도 7은 연속식 미세유체 반응기에서의 인돌의 3-포르밀화에 대한 I2 당량별로 반응시간에 따른 수율을 보여주는 그래프.
도 8은 연속식 미세유체 반응기에서의 인돌의 3-포르밀화에 대한 온도의 영향을 보여주는 그래프.
1 is a reaction scheme of 3-formylation of indole according to the prior art.
Figure 2 is a graph showing the effect of solvent on 3-formylation of indole in a batch reactor.
3 is a graph showing the effect of additives on 3-formylation of indole in a batch reactor (100° C. reaction).
4 is a graph showing the effect of additives on 3-formylation of indole in a batch reactor (120° C. reaction).
5 is a schematic diagram of a continuous microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the effect of I 2 equivalents on 3-formylation of indole in a continuous microfluidic reactor.
7 is a graph showing the yield according to reaction time for each I 2 equivalent for 3-formylation of indole in a continuous microfluidic reactor.
8 is a graph showing the effect of temperature on 3-formylation of indole in a continuous microfluidic reactor.

이하 첨부된 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the attached examples. However, these embodiments are merely examples for easily explaining the content and scope of the technical idea of the present invention, and thus the technical scope of the present invention is not limited or changed. It will be obvious to those skilled in the art that various modifications and changes are possible within the scope of the technical idea of the present invention based on these examples.

[실시예][Example]

비교예 : 회분식 반응을 이용한 인돌의 제조Comparative Example: Preparation of indole using batch reaction

1) 왕 등의 결과1) The result of Wang et al.

먼저 왕 등이 보고한 실험 결과를 하기 표 1에 정리하였다. 왕 등에 의하면 공기 중의 산소가 산화제로 작용한다. 왕 등은 활성탄소에 의해 반응속도가 크게 증가하여, 활성탄소를 첨가하지 않는 경우에는 당량의 I2를 사용하였을 때 100℃에서 10시간에 51%의 반응이 진행하는 것에 비해, 0.1 g의 활성탄소가 첨가되면 100℃에서는 6시간에 97%, 120℃에서는 0.8시간에 97%의 수율로 인돌의 3-포르밀화가 진행됨을 보고하였다. 130℃에서는 오히려 수율이 94%로 감소하였다. 또한 요오드의 당량은 0.2 당량으로 줄인다고 하여도 수율 또는 반응시간에 영향을 미치지 않았다.First, the experimental results reported by Wang et al. are summarized in Table 1 below. According to Wang et al., oxygen in the air acts as an oxidizing agent. Wang et al. reacted significantly with activated carbon, so when no activated carbon was added, 0.1 g of activity was carried out compared to 51% reaction in 10 hours at 100°C when an equivalent amount of I 2 was used. When carbon was added, it was reported that 3-formylation of indole proceeds in a yield of 97% in 6 hours at 100°C and 97% in 0.8 hours at 120°C. At 130° C., the yield decreased to 94%. In addition, even if the equivalent of iodine was reduced to 0.2 equivalent, the yield or reaction time was not affected.

Figure 112019065021974-pat00001
Figure 112019065021974-pat00001

2) 왕 등의 방법을 응용한 인돌의 3-포르밀화 반응2) 3-formylation reaction of indole using Wang et al.'s method

왕 등의 방법을 응용하여, 인돌(1 mmol), HMTA(2 mmol), I2, DMF를 라운드 플라스크에 넣고 승온하여 반응시켰다. 시간의 경과에 따라 시료를 채취하고, GC/MS(Agilent Technologies 2890 GC system/5975C VL MSD with Triple-Axis Detector)를 사용하여 반응의 진행정도를 분석하여 표 2에 기재하였다.By applying the method of Wang et al., indole (1 mmol), HMTA (2 mmol), I 2 , and DMF were added to a round flask and heated to react. Samples were collected over time, and the progress of the reaction was analyzed using GC/MS (Agilent Technologies 2890 GC system/5975C VL MSD with Triple-Axis Detector) and shown in Table 2.

Figure 112019065021974-pat00002
Figure 112019065021974-pat00002

표 2의 Entry 1과 2를 비교하면 활성탄소를 첨가하지 않은 상태에서 95℃에서 8시간 반응 시 수율은 52%, 120℃에서 7시간 반응 시의 수율은 67%이고, 10시간 반응 시의 수율은 각각 65%, 68%로 반응온도를 증가시키면 반응속도는 증가하였으나, 최종 반응수율에 영향을 미치지는 않았다. 이는 왕 등의 실험에서의 반응수율(표 1의 Entry 1)보다 다소 높았다. 반응온도가 140℃로 증가하면 초기 반응속도는 빨랐으나 수율이 크게 저하되었는데, 이는 반응물이나 중간산물 또는 최종산물이 140℃의 온도에서 안정하지 않기 때문으로 사료된다(Entry 5).Comparing Entry 1 and 2 in Table 2, the yield when reacting at 95°C for 8 hours without adding activated carbon is 52%, the yield when reacting at 120°C for 7 hours is 67%, and the yield when reacting for 10 hours Increasing the reaction temperature to 65% and 68% respectively increased the reaction rate, but did not affect the final reaction yield. This was somewhat higher than the reaction yield in Wang et al's experiment (entry 1 in Table 1). When the reaction temperature was increased to 140°C, the initial reaction rate was fast, but the yield was greatly reduced, which is believed to be because the reactant, intermediate product, or final product is not stable at a temperature of 140°C (Entry 5).

요오드의 당량을 0.2 당량으로 감소시키면(Entry 2 vs 4) 반응속도는 다소 감소하였으나, 반응수율에는 큰 영향을 미치지 않았다. 이는 왕 등의 결과와 어느정도 부합한다.Reducing the equivalent of iodine to 0.2 equivalent (Entry 2 vs 4) slightly decreased the reaction rate, but did not significantly affect the reaction yield. This is somewhat consistent with the results of Wang et al.

용매의 부피를 증가시키면(Entry 3 vs 4) 반응속도가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 초기 반응속도만이 빨라질 뿐 최종 수율에는 거의 영향을 미치지 않았다.It was confirmed that the reaction rate decreased when the volume of the solvent was increased (Entry 3 vs 4). However, only the initial reaction rate was accelerated, but it had little effect on the final yield.

전체적으로는 활성탄소가 없는 상태에서는 인돌의 3-포르밀화 반응은 왕 등의 보고에 비해 다소 빠르고, 높은 수율을 나타내었다. Overall, in the absence of activated carbon, the 3-formylation reaction of indole was somewhat faster than that reported by Wang et al. and showed a high yield.

그러나 활성탄소의 첨가에 의한 효과는 왕 등의 보고와는 전혀 상이하였다. 용매의 사용량을 왕 등의 조건(표 1의 Entry 6)과 동일하게 한 경우에도 반응시간이나 반응수율은 활성탄소가 첨가되지 않은 Entry 3과 거의 동일하여 활성탄소에 의한 영향이 거의 없는 것을 확인할 수 있었다. However, the effect of the addition of activated carbon was completely different from that reported by Wang et al. Even when the amount of solvent used was the same as the conditions of Wang, etc. (entry 6 in Table 1), the reaction time and reaction yield were almost the same as that of Entry 3 in which no activated carbon was added, so it was confirmed that there was little effect from activated carbon. there was.

이에 하기에서는 회분식 반응에서 추가적인 변수가 반응에 미치는 영향을 평가하였다.Accordingly, the effect of additional variables on the reaction in the batch reaction was evaluated below.

3) 인돌의 3-포르밀화 반응에 대한 용매의 영향 평가3) Evaluation of the influence of the solvent on the 3-formylation reaction of indole

인돌(1 mmol), HMTA(2 mmol), I2(0.2 mmol), 용매 10 ml를 25 ml 라운드 플라스크에 넣고 120℃에서 반응시켰다. 용매로는 DMF, DMF/물 1:1(v/v) 혼합물, MIBK 또는 톨루엔/물 1:1(v/v) 혼합물을 사용하였다. 시간의 경과에 따라 시료를 채취하고, GC/MS(Agilent Technologies 2890 GC system/5975C VL MSD with Triple-Axis Detector)를 사용하여 반응의 진행정도를 분석하였다. Indole (1 mmol), HMTA (2 mmol), I 2 (0.2 mmol), and 10 ml of a solvent were added to a 25 ml round flask and reacted at 120°C. As a solvent, DMF, DMF/water 1:1 (v/v) mixture, MIBK, or toluene/water 1:1 (v/v) mixture was used. Samples were collected over time, and the progress of the reaction was analyzed using GC/MS (Agilent Technologies 2890 GC system/5975C VL MSD with Triple-Axis Detector).

도 2는 그 결과를 보여주는 그래프로, 왕 등이 사용한 DMF 단독 용매보다 물과 DMF의 혼합물을 사용한 경우 반응 속도와 수율이 가장 높았다. 이후에는 반응시간이 증가하여도 수율이 더 증가하지는 않았다. 물의 첨가에 의해 수율이 증가한 것은 DMF에 용해되지 않던 HMTA가 물에 의해 용해도가 증가하기 때문으로 보인다. 톨루엔이나 다른 용매에서는 반응이 거의 진행되지 않았다.2 is a graph showing the results, when using a mixture of water and DMF than the DMF alone solvent used by Wang et al., the reaction rate and yield were highest. After that, even if the reaction time increased, the yield did not increase further. The increase in the yield by the addition of water appears to be due to the increase in the solubility of HMTA, which was not dissolved in DMF, by water. The reaction hardly proceeded with toluene or other solvents.

4) 인돌의 3-포르밀화 반응에 대한 첨가제의 영향 평가4) Evaluation of the effect of additives on the 3-formylation reaction of indole

왕 등의 반응에서 사용한 활성탄소의 영향을 재확인하고 이의 대체제를 확인하기 위하여 2)에서 최적화된 반응 조건에 활성탄소 또는 그래핀 옥사이드를 첨가하여 인돌-3-포르밀화 반응을 실시하였다. In order to reconfirm the effect of the activated carbon used in Wang et al.'s reaction and to confirm its substitute, indole-3-formylation reaction was performed by adding activated carbon or graphene oxide to the reaction conditions optimized in 2).

도 3과 도 4는 각각 2)에 기재된 양의 반응 시료를 사용하여 100℃ 및 120℃에서 활성탄소 또는 그래핀 옥사이드가 반응에 미치는 영향을 평가한 그래프이다.3 and 4 are graphs evaluating the effect of activated carbon or graphene oxide on the reaction at 100° C. and 120° C. using the reaction sample of the amount described in 2), respectively.

그러나 도 3과 도 4에서 확인할 수 있듯이 왕 등의 보고와는 달리 활성탄소 또는 그래핀 옥사이드의 첨가는 반응속도나 최종 수율에 거의 영향을 미치지 않았으며, 100℃에서 반응이 다소 느리게 진행되었으나 120℃에서와 20시간 후의 수율은 거의 비슷하였다.However, as can be seen in FIGS. 3 and 4, unlike Wang et al.'s report, the addition of activated carbon or graphene oxide hardly affected the reaction rate or final yield, and the reaction proceeded somewhat slowly at 100°C, but at 120°C. The yield after 20 hours was almost the same as in.

실시예 1 : 연속식 미세유체 반응기의 제작Example 1: Fabrication of a continuous microfluidic reactor

폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene) 재질의 튜브(OD: 1.6 mm, ID: 1 mm, 길이: 16 m; Bohlender, Germany)와 OD 1.6 mm용 폴리에테르에테르케톤(PEEK, polyether ether ketone) 재질의 유니온(Upchurch Scientific, USA), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE, ethylene tetrafluoroethylene) 재질의 나사 및 패롤((Upchurch Scientific, USA), 배압 조절기(40, 75, 100, 250 psi; Upchurch Scientific, USA) 및 듀얼펌프(KP-22-13, SS, FLOM, Japan) 또는 시린지 펌프(Legato 210, KD Scientific, USA)을 사용하여 도 5에 도시된 구조의 미세유체 시스템을 이용한 연속흐름 반응기를 제작하였다. Polytetrafluoroethylene (PTFE) tube (OD: 1.6 mm, ID: 1 mm, length: 16 m; Bohlender, Germany) and polyether ether ketone (PEEK) material for OD 1.6 mm Union (Upchurch Scientific, USA), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) screw and parol (Upchurch Scientific, USA), back pressure regulator (40, 75, 100, 250 psi; Upchurch Scientific, USA) And a dual pump (KP-22-13, SS, FLOM, Japan) or a syringe pump (Legato 210, KD Scientific, USA) to fabricate a continuous flow reactor using the microfluidic system of the structure shown in FIG. 5.

상기 미세유체 시스템에 사용된 구성요소들은 모두 고온(~260℃)과 고압(~500 psi)에 사용 가능한 재질이다.The components used in the microfluidic system are all materials that can be used at high temperatures (~260°C) and high pressures (~500 psi).

실시예 2 : 연속식 미세유체 반응기에서의 인돌의 3-포르밀화 반응Example 2: 3-formylation reaction of indole in a continuous microfluidic reactor

1) 인돌의 3-포르밀화 반응에 대한 용매의 영향 평가1) Evaluation of the effect of solvents on the 3-formylation reaction of indole

실시예 1에서 제조한 연속식 미세유체 반응기를 사용하여 하기 표 3에 기재된 부피의 DMF와 물을 용매로 하여 인돌의 3-포르밀화를 실시하였다. 용매의 총 부피는 40 ml였다. Using the continuous microfluidic reactor prepared in Example 1, 3-formylation of indole was performed using the volumes of DMF and water shown in Table 3 below as solvents. The total volume of solvent was 40 ml.

Figure 112019065021974-pat00003
Figure 112019065021974-pat00003

구체적으로, 인돌(4 mmol)과 I2(4 mmol)는 DMF에 용해시켰으며, HMTA(8 mmol)는 물 또는 물과 MIBK의 혼합물에 각각 용해시킨 후 합하여 투명한 용액이 얻어질 때까지 상온에서 교반하였다. 반응 혼합물을 듀얼 펌프를 사용하여 실시예 1에서 제조한 연속식 미세유체 반응기에 투입하였다. 연속식 미세유체 반응기는 75 psi의 배압 조절기를 사용하였다. 오일조의 온도는 140℃로 설정하였으며, 반응기 중 반응이 일어나는 반응유로의 부피는 12.6 ml(0.1 × 0.1 × 3.14 × 1600)이므로 반응시간이 10분이 되도록 유속을 1.26 ml/min으로 조절하였다. Specifically, indole (4 mmol) and I 2 (4 mmol) were dissolved in DMF, and HMTA (8 mmol) was dissolved in water or a mixture of water and MIBK, respectively, and then combined at room temperature until a clear solution was obtained. Stirred. The reaction mixture was introduced into the continuous microfluidic reactor prepared in Example 1 using a dual pump. The continuous microfluidic reactor used a 75 psi back pressure regulator. The temperature of the oil bath was set to 140°C, and since the volume of the reaction flow path in which the reaction occurred in the reactor was 12.6 ml (0.1 × 0.1 × 3.14 × 1600), the flow rate was adjusted to 1.26 ml/min so that the reaction time was 10 minutes.

배압 조절기를 통해 배출되는 반응액을 GC/MS로 분석하여, 표 1에 수율을 기재하였다. 그 결과 1:1(v/v)의 DMF/물의 혼합물에서 반응이 가장 빠르게 진행하는 것을 확인할 수 있었다. DMSO 역시 DMF와 유사한 수율을 나타내었으나, 경제성과 이후 처리과정을 고려하면 DMF가 더 유리하였다.The reaction solution discharged through the back pressure regulator was analyzed by GC/MS, and the yield is shown in Table 1. As a result, it was confirmed that the reaction proceeds fastest in a mixture of 1:1 (v/v) DMF/water. DMSO also showed a similar yield to DMF, but DMF was more advantageous in consideration of economic performance and subsequent processing.

2) 인돌의 3-포르밀화 반응에 대한 반응기의 영향 평가2) Evaluation of the effect of the reactor on the 3-formylation reaction of indole

반응기에 사용된 튜브의 내경, 길이와 그에 따라 유속을 변경한 것을 제외하고는 1)의 Entry 2와 동일한 방법에 의해 인돌의 3-포르밀화 반응을 실시하여, 인돌의 3-포리밀화 반응에 대한 반응기의 영향을 평가하고 그 결과를 표 4에 기재하였다. The 3-formylation reaction of indole was carried out in the same manner as in Entry 2 of 1), except that the inner diameter and length of the tube used in the reactor and the flow rate were changed accordingly. The effect of the reactor was evaluated and the results are shown in Table 4.

Figure 112019065021974-pat00004
Figure 112019065021974-pat00004

표 4에서 확인할 수 있듯이, 튜브의 내경보다는 길이가 더 큰 영향을 미치는 것으로 보인다. 이는 튜브의 길이가 증가하면서 동일 반응시간을 위해서는 유속이 빨라지기 때문에 튜브내에서 반응물의 혼합이 효과적으로 이루어져 반응이 활발하게 이루어지는 것으로 보인다. 내경의 감소 역시 유속이 느려져서 수율이 감소하는 것으로 사료된다.As can be seen in Table 4, the length seems to have a greater influence than the inner diameter of the tube. As the length of the tube increases, the flow rate increases for the same reaction time, so it seems that the reaction material is effectively mixed in the tube, and the reaction is active. It is thought that the decrease in the inner diameter also decreases the yield due to the slow flow rate.

3) 인돌의 3-포르밀화 반응에 대한 I3) I for the 3-formylation reaction of indole 22 당량의 영향 평가 Evaluate the impact of equivalents

I2의 당량만을 변경한 것을 제외하고는 1)의 Entry 2와 동일한 방법에 의해 I2 당량이 인돌의 3-포르밀화 반응에 미치는 영향을 평가하고 그 결과를 도 6에 도시하였다. 도 6에서 확인할 수 있듯이, I2의 당량이 증가할수록 동일 반응시간 후 반응 수율은 증가하여 1.0 당량에서 최고 수율을 나타내고 이후 I2의 당량이 더욱 증가할수록 수율은 감소하였다. In the same manner as in Entry 2 of 1), except that only the equivalent of I 2 is changed, the equivalent of I 2 is The effect of indole on the 3-formylation reaction was evaluated, and the results are shown in FIG. 6. As can be seen from FIG. 6, as the equivalent of I 2 increased, the reaction yield increased after the same reaction time, indicating the highest yield at 1.0 equivalent, and the yield decreased as the equivalent of I 2 increased further.

도 7은 유속을 각각 2.52, 1.26, 0.84 및 0.42 ml/min으로 조절하여 반응시간을 5, 10, 15 및 30분으로 조절한 것으로 I2 당량이 1 당량까지는 반응시간이 길어지면 수율이 증가하였으나, 1.5 당량으로 더욱 증가하는 경우 반응시간이 10분보다 길어지면 오히려 수율이 감소하였다. 반응액을 NMR로 추가적으로 분석한 결과에 의하면, I2 당량이 1당량보다 높은 경우 부산물이 생성되었다. I2 대신 KI를 사용한 경우에는 반응이 거의 진행되지 않았다.7 shows the reaction times were adjusted to 5, 10, 15, and 30 minutes by adjusting the flow rates to 2.52, 1.26, 0.84 and 0.42 ml/min, respectively. When the reaction time was increased up to 1 equivalent of I 2, the yield increased. When the reaction time was further increased to 1.5 equivalents, the yield decreased as the reaction time was longer than 10 minutes. According to the result of additional analysis of the reaction solution by NMR, when the I 2 equivalent was higher than 1 equivalent, a by-product was produced. When KI was used instead of I 2 , the reaction hardly proceeded.

4) 인돌의 3-포르밀화 반응에 대한 HMTA 당량의 영향 평가4) Evaluation of the effect of HMTA equivalent on the 3-formylation reaction of indole

I2의 당량만을 변경한 것을 제외하고는 1)의 Entry 2와 동일한 방법에 의해 HMTA 당량이 인돌의 3-포르밀화 반응에 미치는 영향을 평가하고 그 결과를 표 5에 기재하였다. The HMTA equivalent is the same as in Entry 2 of 1), except that only the equivalent of I 2 is changed. The effect of indole on the 3-formylation reaction was evaluated, and the results are shown in Table 5.

Figure 112019065021974-pat00005
Figure 112019065021974-pat00005

표 5는 HMTA의 당량이 증가할수록 10분 반응 시, 인돌의 3-포르밀화 반응 수율은 점차 증가함을 보여준다.Table 5 shows that as the equivalent of HMTA increases, the yield of 3-formylation of indole gradually increases when reacting for 10 minutes.

5) 인돌의 3-포르밀화 반응에 대한 반응 농도의 영향 평가5) Evaluation of the effect of reaction concentration on the 3-formylation reaction of indole

시료의 농도, 즉 총 용매의 양만을 변경한 것을 제외하고는 1)의 Entry 2와 동일한 방법에 의해 반응 농도가 인돌의 3-포르밀화 반응에 미치는 영향을 평가하고 그 결과를 표 6에 기재하였다. 표 6에서 농도는 인돌을 기준으로 반응혼합액에서의 농도로 기재하였다. 표 6에서 확인할 수 있듯이, 반응액의 농도가 증가할수록 반응 수율은 점차 감소하였다.The reaction concentration is the same as in Entry 2 of 1), except that only the concentration of the sample, that is, the amount of total solvent is changed. The effect of indole on the 3-formylation reaction was evaluated, and the results are shown in Table 6. In Table 6, the concentration was described as the concentration in the reaction mixture based on indole. As can be seen from Table 6, the reaction yield gradually decreased as the concentration of the reaction solution increased.

Figure 112019065021974-pat00006
Figure 112019065021974-pat00006

6) 인돌의 3-포르밀화 반응에 대한 반응 온도의 영향 평가6) Evaluation of the effect of reaction temperature on the 3-formylation reaction of indole

반응온도를 변경한 것을 제외하고는 1)의 Entry 2와 동일한 방법에 의해 반응온도가 인돌의 3-포르밀화 반응에 미치는 영향을 평가하고 그 결과를 표 7에 기재하였다. 연속식 미세유체 반응기에 사용한 배압 조절기의 압력은 도 8에 도시하였다. Except for changing the reaction temperature, the reaction temperature is reduced by the same method as in Entry 2 of 1) The effect of indole on the 3-formylation reaction was evaluated, and the results are shown in Table 7. The pressure of the back pressure regulator used in the continuous microfluidic reactor is shown in FIG. 8.

도 8로부터, 반응온도가 증가할수록 10분 반응시의 수율은 점차적으로 증가하며 130℃ 이후 반응 수율의 증가는 완만하였다. 140℃의 수율은 76%였으며, 150 및 160℃의 수율은 80%로 150℃보다 온도가 높아도 수율은 더 증가하지 않았다.From FIG. 8, as the reaction temperature increased, the yield during the 10 minute reaction gradually increased, and the increase in the reaction yield was gentle after 130°C. The yield at 140° C. was 76%, and the yield at 150 and 160° C. was 80%, and even if the temperature was higher than 150° C., the yield did not increase further.

이에 비해 왕 등은 회분식 반응 시 온도가 120℃에서보다 130℃에서 반응 시 수율이 오히려 감소함을 보고하였다.In contrast, Wang et al. reported that the yield decreased when the temperature was reacted at 130°C than at 120°C during the batch reaction.

표 7은 각 온도에서 유속을 2.52, 2.58, 1.26 및 0.84 ml/min으로 변화시켜 반응시간을 5분, 8분, 10분 및 15분으로 변경한 후 반응액의 수율을 확인한 것이다. Table 7 shows the yield of the reaction solution after changing the reaction time to 5 minutes, 8 minutes, 10 minutes and 15 minutes by changing the flow rate to 2.52, 2.58, 1.26 and 0.84 ml/min at each temperature.

Figure 112019065021974-pat00007
Figure 112019065021974-pat00007

반응온도가 높을수록 반응속도는 빠르지만 80%의 수율에 도달한 이후에는 수율의 증가는 매우 완만하여, 15분 후의 수율은 140~160℃에서 거의 동일하였다. 140℃에서 1 mmol의 반응을 완결하는데 소요되는 시간은 15분+10 (ml)/1.26(ml/분) = 23분으로 70% 정도의 수율을 얻는데 소요되는 회분식 반응 시간 10시간에 비하면, 수율을 차치하고라도 소요시간만 고려한다고 하더라도 그 효율은 26배 이상의 높은 효율을 나타내었다.The higher the reaction temperature, the faster the reaction rate, but after reaching a yield of 80%, the increase in the yield was very gentle, and the yield after 15 minutes was almost the same at 140-160°C. The time required to complete the reaction of 1 mmol at 140°C is 15 minutes + 10 (ml)/1.26 (ml/min) = 23 minutes, compared to the batch reaction time required to obtain a yield of about 70%, compared to 10 hours. Even if only the required time was considered, the efficiency was more than 26 times higher.

7) 인돌 유도체의 3-포르밀화 반응7) 3-formylation reaction of indole derivatives

인돌 유도체를 변경한 것을 제외하고는 1)의 방법에 의해 인돌의 3-포르밀화 반응을 진행하고 10분 후의 수율을 표 8에 기재하였다. 단, 반응액이 투명하게 용해될 수 있도록 표 8에서 1~7은 DMF:물을 6:4(v/v)의 비율로 총 10 ml를 사용하였고, 8과 9는 DMF:물을 8:4(v/v)의 비율로 총 12 ml를 사용하였으며, 반응온도는 150℃에서 진행하고, 100 psi의 배압 조절기를 사용하였다. Except for changing the indole derivative, the 3-formylation reaction of indole proceeded by the method 1), and the yield after 10 minutes is shown in Table 8. However, in Table 8, DMF:water was used in a total of 10 ml in a ratio of 6:4 (v/v), and 8 and 9 used DMF:water in 8: A total of 12 ml was used at a ratio of 4 (v/v), the reaction temperature was carried out at 150° C., and a back pressure regulator of 100 psi was used.

하기 표 8에서 확인할 수 있듯이, 치환기가 알킬아민인 Entry 4와 5를 제외하고는, 치환체의 위치나 치환체의 종류와 무관하게 10분 동안 높은 수율로 인돌의 3-포르밀화가 진행되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in Table 8 below, it can be confirmed that 3-formylation of indole proceeds at a high yield for 10 minutes regardless of the position of the substituent or the type of the substituent, except for Entry 4 and 5 where the substituents are alkylamines. there was.

Figure 112019065021974-pat00008
Figure 112019065021974-pat00008

Claims (6)

펌프에 의해 시료가 주입되는 주입구;
주입구에 일 말단이 연결된 반응용 유로;
반응용 유로의 타말단에 연결된 배압 조절기; 및
배압 조절기를 통과한 시료가 배출되는 배출구;
를 포함하여 가열 반응 시 반응용 유로 내 미세기포가 형성되지 않고, 용매의 끓는점 이상의 온도에서도 반응이 가능한 연속식 미세유체반응기에서 인돌과 헥사메틸렌테트라아민 및 요오드 용액의 혼합 용액을 반응시키는 것을 특징으로 하는 인돌 유도체의 3-포르밀화 방법.
An injection port through which the sample is injected by the pump;
A reaction flow path having one end connected to the injection port;
A back pressure regulator connected to the other end of the reaction flow path; And
An outlet through which the sample passing through the back pressure regulator is discharged;
Including, during the heating reaction, microbubbles are not formed in the reaction flow path, and a mixed solution of indole, hexamethylenetetraamine, and iodine solution is reacted in a continuous microfluidic reactor capable of reaction at a temperature above the boiling point of the solvent. 3-formylation method of indole derivatives.
제 1 항에 있어서,
상기 펌프는 배압 조절기의 임계압력보다 높은 압력에서 작동가능한 것을 특징으로 하는 인돌 유도체의 3-포르밀화 방법.
The method of claim 1,
The method of 3-formylation of an indole derivative, wherein the pump is operable at a pressure higher than the critical pressure of the back pressure regulator.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 반응용 유로의 폭은 0.1 ~ 5.0 mm인 것을 특징으로 하는 인돌 유도체의 3-포르밀화 방법.
The method of claim 1 or 2,
3-formylation method of an indole derivative, characterized in that the width of the reaction channel is 0.1 ~ 5.0 mm.
삭제delete 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 반응시의 용매는 N,N-디메틸포름아미드(DMF) 또는 디메틸 설폭사이드(DMSO)이거나 또는 상기 용매와 물의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 인돌 유도체의 3-포르밀화 방법.
The method of claim 1 or 2,
The solvent in the reaction is N,N-dimethylformamide (DMF) or dimethyl sulfoxide (DMSO), or 3-formylation method of an indole derivative, characterized in that it contains a mixture of the solvent and water.
제 5 항에 있어서,
반응온도는 120~160℃인 것을 특징으로 하는 인돌 유도체의 3-포르밀화 방법.
The method of claim 5,
The reaction temperature is a 3-formylation method of an indole derivative, characterized in that 120 ~ 160 ℃.
KR1020190075747A 2019-06-25 2019-06-25 Continuous Microfluidic Reactor for High-Temperature Reaction and Preparation Method for Indole Derivatives Using the Reactor KR102143528B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190075747A KR102143528B1 (en) 2019-06-25 2019-06-25 Continuous Microfluidic Reactor for High-Temperature Reaction and Preparation Method for Indole Derivatives Using the Reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190075747A KR102143528B1 (en) 2019-06-25 2019-06-25 Continuous Microfluidic Reactor for High-Temperature Reaction and Preparation Method for Indole Derivatives Using the Reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102143528B1 true KR102143528B1 (en) 2020-08-11

Family

ID=72048208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190075747A KR102143528B1 (en) 2019-06-25 2019-06-25 Continuous Microfluidic Reactor for High-Temperature Reaction and Preparation Method for Indole Derivatives Using the Reactor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102143528B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114572969A (en) * 2022-02-11 2022-06-03 中国科学技术大学先进技术研究院 Microfluidic reaction system and method for preparing reduced graphene oxide

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005103484A (en) * 2003-10-01 2005-04-21 Koichi Nakamura Reactor
KR20130106962A (en) * 2012-03-21 2013-10-01 충남대학교산학협력단 Microreactor and microreactor system including catalyst
KR101662516B1 (en) 2015-01-30 2016-10-14 충남대학교산학협력단 Continuous Reactor for Photoreaction between Gas and Liquid and Method for Photoreaction using It
KR20160121159A (en) * 2015-04-10 2016-10-19 충남대학교산학협력단 Continuous Microfluidics System for Immiscible Liquid-Liquid Reaction and Method using the System
KR20180117675A (en) * 2016-02-29 2018-10-29 막스-플랑크-게젤샤프트 츄어 푀르더룽 데어 비쎈샤프텐 에.파우. Modular continuous flow unit

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005103484A (en) * 2003-10-01 2005-04-21 Koichi Nakamura Reactor
KR20130106962A (en) * 2012-03-21 2013-10-01 충남대학교산학협력단 Microreactor and microreactor system including catalyst
KR101662516B1 (en) 2015-01-30 2016-10-14 충남대학교산학협력단 Continuous Reactor for Photoreaction between Gas and Liquid and Method for Photoreaction using It
KR20160121159A (en) * 2015-04-10 2016-10-19 충남대학교산학협력단 Continuous Microfluidics System for Immiscible Liquid-Liquid Reaction and Method using the System
KR101721216B1 (en) 2015-04-10 2017-03-29 충남대학교산학협력단 Continuous Microfluidics System for Immiscible Liquid-Liquid Reaction and Method using the System
KR20180117675A (en) * 2016-02-29 2018-10-29 막스-플랑크-게젤샤프트 츄어 푀르더룽 데어 비쎈샤프텐 에.파우. Modular continuous flow unit

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. Am. Chem. Soc. 133(31) (2011) 11924-7
J. Org. Chem. 10(3) (1945) 255-258
Tetrahedron Letters 58(30) (2017) 2877-2880

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114572969A (en) * 2022-02-11 2022-06-03 中国科学技术大学先进技术研究院 Microfluidic reaction system and method for preparing reduced graphene oxide
CN114572969B (en) * 2022-02-11 2023-08-18 中国科学技术大学先进技术研究院 Microfluidic reaction system and method for preparing reduced graphene oxide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bana et al. The route from problem to solution in multistep continuous flow synthesis of pharmaceutical compounds
Pieber et al. Direct aerobic oxidation of 2-benzylpyridines in a gas–liquid continuous-flow regime using propylene carbonate as a solvent
Wu et al. Oxidative trifluoromethylation and fluoroolefination of unactivated olefins
KR102143528B1 (en) Continuous Microfluidic Reactor for High-Temperature Reaction and Preparation Method for Indole Derivatives Using the Reactor
Wiles et al. Translation of microwave methodology to continuous flow for the efficient synthesis of diaryl ethers via a base-mediated SNAr reaction
US20100065512A1 (en) Continuous Flow Reactor
CN111100081B (en) Continuous preparation method of prothioconazole
US10968156B2 (en) Process for the manufacturing of a 3-halopropionyl halide in a flow reactor
CN115819242B (en) Preparation method of 3-hydroxy-4-nitrobenzaldehyde
CN110963964B (en) Continuous synthesis method of piroctone
Jin et al. Multistep continuous flow synthesis of Erlotinib
Wang et al. Photoredox-catalyzed [4+ 2] annulation of cyclobutylanilines with alkenes, alkynes, and diynes in continuous flow
CN110194739B (en) Cyanoalkyl substituted dihydroisoquinolinone compound and preparation method thereof
Iordanidis et al. Continuous flow organocatalytic chlorination of alkenes
CA2767516C (en) Continuous flow process for the preparation of 2-pyridinylmethylsulfinyl imidazo[4,5-b]pyridine and benzimidazole derivatives
KR20160120989A (en) Preparation Method for Meta-Substituted Phenol by Oxidative Heck/Dehydrogenation in Microchannel
Baumeister Investigation of Multiphase Oxidation Reactions with Oxygen and Hydrogen peroxide in Microstructured Reactors for Pharmaceutical and Fine-Chemical Production
CN108084097B (en) Method for preparing 5-methyl-2-pyrazine methanol from dihydroxyacetone
CN111153781B (en) Method for catalyzing Friedel-crafts acylation reaction by using protonic acid
CN114957174B (en) Alkyl substituted alpha-methylene-gamma-butyrolactone derivative and synthesis method thereof
CN114702363B (en) Method for continuously synthesizing 9-phenanthrene phenol compounds by utilizing visible light to promote
CN111892511B (en) N- (2-chloro-4-fluorophenyl) -2- (2,4,6-trichlorophenoxy) acetamide and application thereof
CN108911980B (en) Method for kinetic resolution of alpha-hydroxy-beta-dicarbonyl compound enantiomer under micro-reaction condition or conventional reaction condition
Brunner Enabling Technologies for High Throughput Synthesis: Flow Reactions on Heparin Esters and Solid Phase Oxidizing Reagents
CN116284009A (en) Method for continuously preparing 4, 5-imidazolinyl spiro pyrazolone compound by utilizing photocatalysis microchannel

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Publication of correction