KR102166840B1 - Organocatalysts with multi-hydrogen bonds and method of manufacturing cyclic alkylene carbonates using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고리형 알킬렌 카보네이트를 제조하기 위한 신규 유기촉매 및 이를 이용한 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하기 화학식 1과 같이 하나의 분자 내에 다중 수소결합이 가능한 여러 개의 하이드록시(OH)기와 암모늄 염기를 모두 포함하는 할로젠화 암모늄염을 촉매로 사용하여 에폭사이드 화합물과 이산화탄소를 원료 물질로 사용하여 기존 촉매보다 높은 전환율로 고리형 알킬렌 카보네이트를 고수율로 선택적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
[화학식 1]

Figure 112019011162555-pat00022

상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소 또는 탄소수 C1 내지 C10의 알킬기이다.The present invention relates to a novel organic catalyst for preparing a cyclic alkylene carbonate and a method for producing a cyclic alkylene carbonate using the same, and more particularly, a plurality of hydrogen bonds capable of multiple hydrogen bonds in one molecule as shown in Formula 1 below. Using an epoxide compound and carbon dioxide as raw materials by using an ammonium halide salt containing both a hydroxy (OH) group and an ammonium base as a catalyst, selectively producing a cyclic alkylene carbonate in a high yield with a higher conversion rate than the existing catalyst It's about how to do it.
[Formula 1]
Figure 112019011162555-pat00022

In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently hydrogen or a C 1 to C 10 alkyl group.

Description

다중 수소결합을 가지는 유기촉매 및 이를 이용한 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법{Organocatalysts with multi-hydrogen bonds and method of manufacturing cyclic alkylene carbonates using the same}Organic catalyst having multiple hydrogen bonds and a method of manufacturing cyclic alkylene carbonates using the same {Organocatalysts with multi-hydrogen bonds and method of manufacturing cyclic alkylene carbonates using the same}

본 발명은 다중 수소결합을 가지는 유기촉매 및 이를 이용한 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic catalyst having multiple hydrogen bonds and a method for producing a cyclic alkylene carbonate using the same.

고리형 알킬렌 카보네이트는 리튬이온 배터리의 전해액이나 폴리카보네이트의 전구체 및 다양한 제약공정의 중간체 및 반응 용매 등으로 사용범위가 매우 넓은 물질이다. 또한 이산화탄소로부터 만들어지는 고리형 알킬렌 카보네이트는 이산화탄소의 화학적 변환이라는 점에서 환경 친화적인 장점이 있지만, 높은 온도에서 이를 합성할 경우에는 추가로 더해지는 열에 의해 이러한 이산화탄소 저감 효과가 줄어드는 문제가 발생한다. 그러므로 낮은 온도에서 고리형 알킬렌 카보네이트를 합성할 수 있는 촉매의 개발이 필요하다. Cyclic alkylene carbonate is a material with a very wide range of use as an electrolyte solution for lithium ion batteries, a precursor of polycarbonate, an intermediate in various pharmaceutical processes, and a reaction solvent. In addition, cyclic alkylene carbonate made from carbon dioxide has an environmentally friendly advantage in that it is a chemical conversion of carbon dioxide, but when it is synthesized at a high temperature, the carbon dioxide reduction effect is reduced due to additional heat. Therefore, there is a need to develop a catalyst capable of synthesizing cyclic alkylene carbonate at low temperature.

일반적으로 고리형 알킬렌 카보네이트는 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 에폭사이드와 이산화탄소 그리고 촉매를 사용하여 합성 및 제조되고 있다.In general, cyclic alkylene carbonate is synthesized and manufactured using an epoxide, carbon dioxide, and a catalyst, as shown in Scheme 1 below.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure 112019011162555-pat00001
Figure 112019011162555-pat00001

상기 반응식 1에서, R은 수소, 염소, C1내지 C4인 알킬기, 알콕시 또는 아릴옥시기 중에서 선택된 것이다. In Reaction Scheme 1, R is selected from hydrogen, chlorine, a C 1 to C 4 alkyl group, an alkoxy or aryloxy group.

일반적으로 반응 시간을 단축하기 위해서는 높은 압력 또는 높은 온도 조건이 요구되는 문제가 발생한다. 따라서 높은 압력 또는 높은 온도 조건에서 고분자가 만들어지는 것과 같은 부수적인 반응이 진행되는 것을 완화하기 위해 다양한 유기 및 유기금속 촉매가 개발되어왔다.In general, a problem arises that a high pressure or high temperature condition is required in order to shorten the reaction time. Accordingly, various organic and organometallic catalysts have been developed in order to mitigate the progression of an incidental reaction such as polymer formation under high pressure or high temperature conditions.

대한민국등록특허 10-1839877에서는 상기 화학식 1에서 O-R2가 존재하지 않고, 분자 내에 페닐기에 결합된 하나의 OH를 가진 촉매를 사용하는 방법을 개시하였다. 상기한 공지 기술에서는 25℃에서 85% 수율의 고리형 프로필렌 카보네이트(cyclic propylene carbonate)를 얻기 위해서 24시간의 긴 반응 시간을 적용해야하는 문제점을 가지고 있다.Korean Patent Registration No. 10-1839877 discloses a method of using a catalyst having one OH bonded to a phenyl group in the molecule without OR 2 in the formula (1). In the above-described known technology, there is a problem in that a long reaction time of 24 hours has to be applied to obtain cyclic propylene carbonate in an 85% yield at 25°C.

할로젠화 포스포늄염(phosphonium halide), 할로젠화 이미다졸리움염(imidazolium halide), 할로젠화 암모늄염(ammonium halide)으로부터 파생된 유기 물질들을 촉매로 사용하는 방법이 일본특허공개 평9-67365호, 일본특허공개 소59-13776호, 일본특허공개 평9-235252호 및 미국특허 제2,773,070호 등에 개시되어 있다.Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 9-67365 is a method of using organic substances derived from halogenated phosphonium halide, halide imidazolium halide, and ammonium halide as a catalyst. No., Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-13776, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-235252, and U.S. Patent No. 2,773,070.

일본특허공개 평9-67365호에서는 KI를 촉매로 사용하는 방법을 개시하고 있으며, 일본특허공개 소59-13776호에서는 아이오딘화 트라이뷰틸-메틸 포스포늄염(tributylmethyl phosphonium iodide)과 할로젠화 테트라알킬포스포늄염(tetraalkyl phosphonium halide)을 촉매로 사용하는 법을 개시하고 있다. 또한, 일본특허공개 평9-235252호에서는 말단에 할로젠화 4차 포스포늄염이 결합된 폴리스타이렌과의 공중합을 통하여 고분자를 사용하는 방법을 개시하고 있다. Japanese Patent Laid-Open No. Hei 9-67365 discloses a method of using KI as a catalyst, and Japanese Patent Laid-Open No. 59-13776 discloses tributylmethyl phosphonium iodide and tetrahalogenated salt. Disclosed is a method of using an alkyl phosphonium halide as a catalyst. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-235252 discloses a method of using a polymer through copolymerization with polystyrene having a halide quaternary phosphonium salt bonded to the terminal.

상기 공지된 기술들은 100℃ 이상의 온도에서 1 내지 5시간 동안 수행되는 것을 반응 조건으로 설정함으로써 50 내지 95%의 수율로 얻을 수 있다고 기술하고 있으나, 더 좋은 수율로 얻기 위해서는 반응 시간을 연장하거나 온도를 높이는 조건상의 변화가 필요한 점 등 공정의 수행이 간단하지 않다는 문제점을 가지고 있다.The known techniques describe that it can be obtained in a yield of 50 to 95% by setting the reaction condition to be performed at a temperature of 100° C. or higher for 1 to 5 hours, but in order to obtain a better yield, the reaction time is extended or the temperature is increased. It has a problem that the execution of the process is not simple, such as the need to change the height conditions.

이와 같이 종래의 기술은 고리형 알킬렌 카보네이트를 공업적으로 제조하기 위해서 높은 온도 조건을 필요로 하고, 긴 반응 시간을 적용해야 하는 등 반응 조건이 까다로울 뿐만 아니라 선택성 및 수율이 낮다는 문제점이 있었다. 특히 반응 온도를 낮추면 촉매의 사용량을 증가(10 mol% 이상)시키거나 반응 시간을 24시간까지 늘려야 하는 한계점이 있었다.As described above, the conventional technology requires high temperature conditions in order to industrially manufacture cyclic alkylene carbonates, and requires a long reaction time to be applied, and thus reaction conditions are difficult, and selectivity and yield are low. In particular, when the reaction temperature is lowered, there is a limit to increasing the amount of catalyst used (more than 10 mol%) or increasing the reaction time to 24 hours.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상온에서 적은 양의 유기 촉매를 사용하면서도 짧은 시간 내에 수율이 높은 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법을 제공하고자 한다. 본 발명에서는, 암모늄염을 분자 내에 가지고 있으면서 동시에 서로 다른 형태의 여러 개의 수소 결합(dual hydrogen bonds)을 할 수 있는 하이드록시기를 포함하는 유기촉매를 제조하고, 이를 촉매로 하여 기존의 방법에서 사용한 높은 온도 조건보다 훨씬 낮은 온도인 상온(25℃)에서 적은 양의 촉매를 사용하여 짧은 시간 동안에 반응을 진행하였을 때 높은 수율로 고리형 알킬렌 카보네이트를 제조할 수 있음을 규명함으로써, 본 발명을 완성하였다.An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a method for producing a cyclic alkylene carbonate having a high yield within a short time while using a small amount of an organic catalyst at room temperature. In the present invention, an organic catalyst containing an ammonium salt in the molecule and a hydroxyl group capable of simultaneously forming multiple hydrogen bonds of different types is prepared, and the high temperature used in the conventional method is used as a catalyst. The present invention was completed by finding out that it is possible to prepare cyclic alkylene carbonate in a high yield when the reaction proceeds for a short time using a small amount of catalyst at room temperature (25°C), which is much lower than the conditions.

따라서 본 발명의 목적은 에폭사이드(epoxide)와 이산화탄소(carbon dioxide)를 반응시켜 고리형 알킬렌 카보네이트를 선택적으로 합성할 수 있는 신규한 유기촉매를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 상기 유기촉매 존재 하에서 에폭사이드(epoxide)와 이산화탄소(carbon dioxide)를 반응시키는 단계를 포함하는 알킬렌 카보네이트(alkylene carbonate)의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel organic catalyst capable of selectively synthesizing cyclic alkylene carbonate by reacting epoxide and carbon dioxide. Another object of the present invention is to provide a method for preparing alkylene carbonate comprising the step of reacting epoxide and carbon dioxide in the presence of the organic catalyst.

본 발명은 고리형 알킬렌 카보네이트를 제조하기 위한 신규 유기촉매 및 이를 이용한 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하기 화학식 1과 같이 하나의 분자 내에 다중 수소결합이 가능한 여러 개의 하이드록시(OH)기와 암모늄 염기를 모두 포함하는 할로젠화 암모늄염을 촉매로 사용하여 에폭사이드 화합물과 이산화탄소를 원료 물질로부터 기존 촉매보다 높은 전환율로 고리형 알킬렌 카보네이트를 고수율로 선택적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel organic catalyst for preparing a cyclic alkylene carbonate and a method for producing a cyclic alkylene carbonate using the same, and more particularly, a plurality of hydrogen bonds capable of multiple hydrogen bonds in one molecule as shown in Formula 1 below. A method of selectively producing cyclic alkylene carbonate in high yield with higher conversion rate than conventional catalysts from raw materials of epoxide compound and carbon dioxide by using an ammonium halide salt containing both hydroxy (OH) group and ammonium base as a catalyst It is about.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019011162555-pat00002
Figure 112019011162555-pat00002

상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소 또는 탄소수 C1 내지 C10의 알킬기이다.In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently hydrogen or a C 1 to C 10 alkyl group.

본 발명은 신규한 유기촉매 및 이를 이용한 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 신규한 유기촉매는 합성이 용이하고 가격이 저렴하여 경제적인 측면에서 우수할 뿐만 아니라, 친환경적인 측면에서도 우수하며, 상기 유기촉매를 이용함으로써 기존의 방법보다 완화된 조건인 상온에서 고리형 알킬렌 카보네이트 합성 반응을 진행시키고 반응 시간을 단축시킬 수 있으며 높은 수율로서 고리형 알킬렌 카보네이트를 제조할 수 있으므로, 효과적으로 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조에 이용할 수 있다.The present invention relates to a novel organic catalyst and a method for producing a cyclic alkylene carbonate using the same, wherein the novel organic catalyst is not only excellent in terms of economy because it is easy to synthesize and is inexpensive And, by using the organic catalyst, the cyclic alkylene carbonate synthesis reaction can proceed at room temperature, which is a more relaxed condition than the conventional method, and the reaction time can be shortened, and a cyclic alkylene carbonate can be produced with a high yield. It can be used for the production of cyclic alkylene carbonates.

도 1은 용매가 존재하지 않을 때 본 발명의 화합물 5를 이용한 반응 시간에 의한 반응 수율 변화를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the reaction yield change according to the reaction time using the compound 5 of the present invention in the absence of a solvent.

이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, various embodiments of the present document will be described with reference to the accompanying drawings. The examples and terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutes of the corresponding embodiments.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 에폭사이드와 이산화탄소로부터 선택적으로 고리형 알킬렌 카보네이트를 제조하기 위한 촉매를 제공하는 것으로, 본 발명의 촉매는 하기 화학식 1로 표시되는 유기촉매이다.The present invention provides a catalyst for selectively producing cyclic alkylene carbonate from epoxide and carbon dioxide, and the catalyst of the present invention is an organic catalyst represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112019011162555-pat00003
Figure 112019011162555-pat00003

상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소 또는 탄소수 C1 내지 C10의 알킬기이다.In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently hydrogen or a C 1 to C 10 alkyl group.

본 발명의 명세서상의 용어 “알킬기”는 직쇄형 또는 분지형 탄화수소를 의미하며, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필, 뷰틸, 펜틸, 헥실 등이 포함되나 이에 한정되는 것은 아니다.The term "alkyl group" in the specification of the present invention refers to a straight-chain or branched hydrocarbon, and includes, but is not limited to, methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, and the like.

본 발명의 다른 일 양태는 상기 화학식 1로 표시되는 유기촉매 존재 하에서 에폭사이드(epoxide)와 이산화탄소(carbon dioxide)를 반응시키는 단계를 포함하는 알킬렌 카보네이트(alkylene carbonate)의 제조방법에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a method for preparing an alkylene carbonate comprising reacting epoxide and carbon dioxide in the presence of an organic catalyst represented by Chemical Formula 1.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 에폭사이드는 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide), 프로필렌 옥사이드(propylene oxide), 에피클로로하이드린(epichlorohydrin), 뷰틸렌 옥사이드(butylene oxide), 스타이렌 옥사이드(styrene oxide), 글라이시돌(Glycidol) 또는 헥실렌 옥사이드(hexylene oxide)일 수 있으며, 예를 들어, 프로필렌 옥사이드일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the epoxide is ethylene oxide, propylene oxide, epichlorohydrin, butylene oxide, styrene oxide, Glycidol or hexylene oxide may be used. For example, propylene oxide may be used, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법에 있어서, 상기 유기촉매는 에폭사이드 대비 0.01 내지 10 mol%로 사용되는 것이 바람직하며, 사용량이 0.01 mol% 미만으로 사용할 경우 반응 시간이 너무 길어지고, 농도를 증가시키면 반응 시간이 단축되는 효과가 있으나, 10 mol% 이상으로 사용할 경우 촉매 단가의 증가로 인해 경제적 이득이 없다.In the method for producing a cyclic alkylene carbonate according to an embodiment of the present invention, the organic catalyst is preferably used in an amount of 0.01 to 10 mol% relative to the epoxide, and when the amount is less than 0.01 mol%, the reaction time is If it is too long and the concentration is increased, the reaction time is shortened, but there is no economic benefit due to an increase in the catalyst unit cost when used in an amount of 10 mol% or more.

본 발명의 일 실시예에 따른 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법에 있어서, 상기 반응 온도는 25 내지 150℃가 바람직하고, 반응 온도가 너무 낮은 조건에서 반응을 수행할 경우에는 반응 시간이 길어지고, 온도를 증가시키면 반응 시간이 단축되는 효과가 있으나, 150℃ 이상의 온도 조건에서 수행할 경우 이를 위해 추가적으로 소요되는 비용에 비하여 더 이상 반응 시간이 단축되지 않으므로 비경제적이다.In the method for producing a cyclic alkylene carbonate according to an embodiment of the present invention, the reaction temperature is preferably 25 to 150°C, and when the reaction is performed under conditions where the reaction temperature is too low, the reaction time becomes longer, Increasing the temperature has the effect of shortening the reaction time, but it is uneconomical because the reaction time is no longer shortened compared to the additional cost required for this when it is performed under a temperature condition of 150°C or higher.

본 발명의 일 실시예에 따른 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법에 있어서, 상기 반응은 이산화탄소가 0.1 내지 100 bar, 1 내지 30 bar, 예를 들어, 5 내지 10 bar의 기압으로 제공되는 조건 하에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the method for producing a cyclic alkylene carbonate according to an embodiment of the present invention, the reaction is carried out under conditions in which carbon dioxide is provided at an atmospheric pressure of 0.1 to 100 bar, 1 to 30 bar, for example, 5 to 10 bar. It may be, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법에 있어서, 상기 반응은 주로 용매가 없는 상태에서 진행되나, 반응 중 급격한 발열을 방지하기 위하여 용매를 사용할 수 있다. 상기 용매로는 테트라하이드로퓨란, 메틸렌클로라이드, 다이에틸에테르, 헥산, 물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the method for producing a cyclic alkylene carbonate according to an embodiment of the present invention, the reaction is mainly carried out in the absence of a solvent, but a solvent may be used to prevent rapid heat generation during the reaction. As the solvent, any one or more selected from the group consisting of tetrahydrofuran, methylene chloride, diethyl ether, hexane, and water may be used, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 고리형 알킬렌 카보네이트는 하기 화학식 2으로 표시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:In one embodiment of the present invention, the cyclic alkylene carbonate may be represented by Formula 2 below, but is not limited thereto:

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112019011162555-pat00004
Figure 112019011162555-pat00004

상기 화학식 2에서, R은 수소, 탄소, 염소, C1 내지 C4 인 알킬기, 알콕시 또는 아릴옥시기이다.In Formula 2, R is hydrogen, carbon, chlorine, a C 1 to C 4 alkyl group, an alkoxy or aryloxy group.

이하, 본원의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것 일뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples of the present application, but the following examples are merely illustrative to aid understanding of the present application, and the contents of the present application are not limited to the following examples.

실시예Example

재료 및 물질Materials and substances

모든 실험은 표준 슈랭크 타입 유리 제품(dual manifold Schlenk line)을 사용하여 질소 분위기에서 수행되었다. 질소는 활성화된 Cu 촉매를 사용하여 탈산소화하고 건조제(drierite)로 소량의 물을 제거하였다. 리간드 및 촉매 합성에 사용한 모든 용매는 소듐 디페닐케틸(sodium diphenylketyl)을 이용하여 증류하여 3Å의 활성분자체에 저장한 후 사용하였다.All experiments were performed in a nitrogen atmosphere using standard Schlenk type glassware (dual manifold Schlenk line). Nitrogen was deoxygenated using an activated Cu catalyst, and a small amount of water was removed with a drierite. All solvents used in the synthesis of ligands and catalysts were distilled using sodium diphenylketyl and stored in an active molecular sieve of 3Å.

데이터 측정Data measurement

1H 및 13C NMR 스펙트럼은 표준 파라미터를 사용하여 400 MHz NMR 분광기로 얻었다. 모든 화학적 이동(chemical shifts)은 CDCl3 (δ 7.24 for 1H NMR; δ77.00 for 13C NMR) (CD3)2S=O (δ 2.50 for 1H NMR; δ 39.25 for 13C NMR)와 CD3CN (δ 1.94 for 1H NMR; δ 1.32 and 118.26 for 13C NMR)에 대한 ppm 단위로 표시하였다. 1 H and 13 C NMR spectra were obtained with a 400 MHz NMR spectrometer using standard parameters. All chemical shifts were performed with CDCl 3 (δ 7.24 for 1 H NMR; δ77.00 for 13 C NMR) (CD 3 ) 2 S=O (δ 2.50 for 1 H NMR; δ 39.25 for 13 C NMR) and Expressed in ppm for CD 3 CN (δ 1.94 for 1 H NMR; δ 1.32 and 118.26 for 13 C NMR).

화합물의 합성Compound synthesis

각 화합물의 구조에 따른 촉매로서의 효과를 확인하기 위하여 화합물을 제조하였다. Compounds were prepared in order to confirm the effect as a catalyst according to the structure of each compound.

구체적으로 하기 화학식 3에서 화합물 1 내지 화합물 5를 하기 제조예에 따라 제조하였다. Specifically, compounds 1 to 5 in the following Formula 3 were prepared according to the following Preparation Example.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112019011162555-pat00005
Figure 112019011162555-pat00005

제조예Manufacturing example 1-1. 화합물 1의 제조 1-1. Preparation of compound 1

N,N,N-트라이메틸-N',N'-비스(2-하이드록시-3-메톡시벤질)에틸렌다이아민 아이오다이드(이하 화합물 1)을 하기 반응식 2와 같이 제조하였다.N,N,N-trimethyl-N',N'-bis(2-hydroxy-3-methoxybenzyl)ethylenediamine iodide (hereinafter, Compound 1) was prepared as shown in Scheme 2 below.

[반응식 2][Scheme 2]

Figure 112019011162555-pat00006
Figure 112019011162555-pat00006

구체적으로, 화합물 L1(1.08 g, 3.0 mmol)을 아세토나이트릴(acetonitrile; MeCN)(25 mL) 용액에 녹이고, 아이오딘화 메틸(1.7 g, 12 mmol)을 첨가한 후, 50℃에서 혼합물을 환류시켰다. 12시간 후, 반응 혼합물을 실온으로 냉각시키고 모든 휘발성 물질을 진공펌프를 사용하여 제거하였다. 얻어진 고체를 다이에틸 에테르(40 mL)로 3회 세3회 세척한 후, 건조시켰더니 원하는 생성물 1(1.36 g, 90%)을 옅은 황색 고체로 얻을 수 있었다.Specifically, compound L1 (1.08 g, 3.0 mmol) was dissolved in acetonitrile (MeCN) (25 mL) solution, methyl iodide (1.7 g, 12 mmol) was added, and then the mixture was prepared at 50°C. Refluxed. After 12 hours, the reaction mixture was cooled to room temperature and all volatiles were removed using a vacuum pump. The obtained solid was washed three times three times with diethyl ether (40 mL) and then dried to obtain the desired product 1 (1.36 g, 90%) as a pale yellow solid.

1H NMR (CDCl3):δ 6.80 - 6.76 (m, 6H, Ar-H), 3.83 (s, 6H, ArOCH 3), 3.81 (s, 4H, ArCH 2N-), 3.72 (m, 2H, -CH 2NMe3), 3.19 (s, 9H, -NMe 3), 2.93 (m, 2H, -NCH 2CH2NMe3). 13C NMR (CDCl3): δ 147.2, 144.9, 122.6, 121.7, 119.8, 111.0 (Ar), 63.61 (-CH2NMe3), 55.94 (-NMe 3), 55.22 (ArCH2N-), 55.93 (ArOCH3), 46.08 (-NCH2CH2NMe3). HRMS m/z calcd. for [C21H31N2O4I - I]+ 375.2278. Found 375.2278. 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 6.80-6.76 (m, 6H, Ar- H ), 3.83 (s, 6H, ArOC H 3 ), 3.81 (s, 4H, ArC H 2 N-), 3.72 (m, 2H, -C H 2 NMe 3 ), 3.19 (s, 9H, -N Me 3 ), 2.93 (m, 2H, -NC H 2 CH 2 NMe 3 ). 13 C NMR (CDCl 3 ): δ 147.2, 144.9, 122.6, 121.7, 119.8, 111.0 (Ar), 63.61 (- C H 2 NMe 3 ), 55.94 (-N Me 3 ), 55.22 (Ar C H 2 N- ), 55.93 (ArO C H 3 ), 46.08 (-N C H 2 CH 2 NMe 3 ). HRMS m / z calcd. for [C 21 H 31 N 2 O 4 I-I] + 375.2278. Found 375.2278.

제조예Manufacturing example 1-2. 화합물 L2의 제조 1-2. Preparation of compound L2

N,N-다이메틸-N',N'-비스(2,3-다이하이드록시벤질)에틸렌다이아민(이하 화합물 L2)을 하기 반응식 3과 같이 제조하였다.N,N-dimethyl-N',N'-bis(2,3-dihydroxybenzyl)ethylenediamine (hereinafter, compound L2) was prepared as shown in Scheme 3 below.

[반응식 3][Scheme 3]

Figure 112019011162555-pat00007
Figure 112019011162555-pat00007

구체적으로, L1 (3.6 g, 10 mmol), 20% HBr 아세트산 용액 (8 mL) 을 100 mL 아세트산과 잘 섞은 후, 120℃에서 환류시켰다. 48 시간 후, 모든 용매를 진공펌프를 사용하여 제거하였다. 이어서 농축된 HCl과 얼음을 첨가하고 NaHCO3을 첨가하여 중성화 하였다. 클로로포름을 이용하여 추출하고, MgSO4로 추출된 용액의 수분을 제거하였다. 거름종이로 걸러서 얻은 용액을 진공 펌프로 건조시켰더니, 원하는 생성물 L2(2.2 g, 65%)를 무색 고체로 얻을 수 있었다. Specifically, L1 (3.6 g, 10 mmol) and 20% HBr acetic acid solution (8 mL) were mixed well with 100 mL acetic acid, and then refluxed at 120°C. After 48 hours, all solvents were removed using a vacuum pump. Then, concentrated HCl and ice were added, and NaHCO 3 was added to neutralize. After extraction with chloroform, water of the extracted solution with MgSO 4 was removed. When the solution obtained by filtering with filter paper was dried with a vacuum pump, the desired product L2 (2.2 g, 65%) was obtained as a colorless solid.

1H NMR ((CD3)2S=O):δ 9.15 (br s, 4H, -OH) 6.68-6.63 (m, 2H, Ar-H), 6.58-6.53 (m, 4H, Ar-H), 3.57 (s, 4H, ArCH 2N-), 2.48 (s, 4H, -CH 2CH 2NMe2), 2.09 (s, 6H, -NMe 2). 13C NMR ((CD3)2S=O): δ 145.3, 144.7, 123.8, 120.5, 118.4, 114.7 (Ar), 55.52 (-CH2NMe2), 53.60 (ArCH2N-), 49.29 (-NMe 2), 44.82 (-NCH2CH2NMe2). HRMS m/z calcd. for [C18H25N2O4 + H] 333.1809. Found 333.1809. 1 H NMR ((CD 3 ) 2 S=O): δ 9.15 (br s, 4H, -O H ) 6.68-6.63 (m, 2H, Ar- H ), 6.58-6.53 (m, 4H, Ar- H) ), 3.57 (s, 4H, ArC H 2 N-), 2.48 (s, 4H, -C H 2 C H 2 NMe 2 ), 2.09 (s, 6H, -N Me 2 ). 13 C NMR ((CD 3 ) 2 S=O): δ 145.3, 144.7, 123.8, 120.5, 118.4, 114.7 (Ar), 55.52 (- C H 2 NMe 2 ), 53.60 (Ar C H 2 N-), 49.29 (-N Me 2 ), 44.82 (-N C H 2 CH 2 NMe 2 ). HRMS m / z calcd. for [C 18 H 25 N 2 O 4 +H] 333.1809. Found 333.1809.

제조예Manufacturing example 1-3. 화합물 2의 제조 1-3. Preparation of compound 2

N,N,N-트라이메틸-N',N'-비스(2,3-다이하이드록시벤질)에틸렌다이아민 아이오다이드(이하 화합물 2)을 하기 반응식 4와 같이 제조하였다.N,N,N-trimethyl-N',N'-bis(2,3-dihydroxybenzyl)ethylenediamine iodide (hereinafter, Compound 2) was prepared as shown in Scheme 4 below.

[반응식 4][Scheme 4]

Figure 112019011162555-pat00008
Figure 112019011162555-pat00008

구체적으로, 제조예 1-1의 화합물 1 제조에 이용한 것과 동일한 방식으로, 화합물 L2 (1.0 g, 3.0 mmol) 및 아이오딘화 메틸 (1.7g, 12 mmol)을 반응시켜 옅은 황색의 고체 화합물 2 (1.2 g, 85 %)를 제조하였다.Specifically, in the same manner as used for preparing compound 1 of Preparation Example 1-1, compound L2 (1.0 g, 3.0 mmol) and methyl iodide (1.7 g, 12 mmol) were reacted to form a pale yellow solid compound 2 ( 1.2 g, 85%) was prepared.

1H NMR ((CD3)2S=O): δ 9.23 (s, 2H, -OH), 8.73 (s, 2H, -OH) 6.72 - 6.59 (m, 6H, Ar-H), 3.65 (s, 4H, ArCH 2N-), 3.55 (m, 2H, -CH 2NMe3), 2.96 (s, 9H, -NMe 3), 2.80 (m, 2H, -NCH 2CH2NMe3). 13C NMR ((CD3)2S=O): δ 145.1, 144.3, 123.8, 120.8, 118.8, 114.6 (Ar), 64.95 (-CH2NMe3), 55.80 (-NMe 3), 52.50 (ArCH2N-), 45.52 (-NCH2CH2NMe3). HRMS m/z calcd. for [C19H27N2O4I - I] 347.1965. Found 347.1965. 1 H NMR ((CD 3 ) 2 S=O): δ 9.23 (s, 2H, -OH), 8.73 (s, 2H, -OH) 6.72-6.59 (m, 6H, Ar- H ), 3.65 (s , 4H, ArC H 2 N-), 3.55 (m, 2H, -C H 2 NMe 3 ), 2.96 (s, 9H, -N Me 3 ), 2.80 (m, 2H, -NC H 2 CH 2 NMe 3 ). 13 C NMR ((CD 3 ) 2 S=O): δ 145.1, 144.3, 123.8, 120.8, 118.8, 114.6 (Ar), 64.95 (- C H 2 NMe 3 ), 55.80 (-N Me 3 ), 52.50 ( Ar C H 2 N-), 45.52 (-N C H 2 CH 2 NMe 3 ). HRMS m / z calcd. for [C 19 H 27 N 2 O 4 I-I] 347.1965. Found 347.1965.

제조예Manufacturing example 1-4. 화합물 3의 제조 1-4. Preparation of compound 3

N,N,N-트라이메틸-N',N'-비스(2-하이드록시-3-메톡시-5-메틸벤질)에틸렌다이아민 아이오다이드(이하 화합물 3)를 하기 반응식 5와 같이 제조하였다.N,N,N-trimethyl-N',N'-bis(2-hydroxy-3-methoxy-5-methylbenzyl)ethylenediamine iodide (hereinafter, compound 3 ) was prepared as shown in Scheme 5 below. I did.

[반응식 5][Scheme 5]

Figure 112019011162555-pat00009
Figure 112019011162555-pat00009

구체적으로, 제조예 1-1의 화합물 1 제조에 이용한 것과 동일한 방식으로, 화합물 L3 (1.17 g, 3.0 mmol) 및 아이오딘화 메틸 (1.7g, 12 mmol)을 반응시켜 옅은 황색의 고체 화합물 3 (1.27 g, 80%)을 제조하였다.Specifically, in the same manner as used for preparing compound 1 of Preparation Example 1-1, compound L3 (1.17 g, 3.0 mmol) and methyl iodide (1.7 g, 12 mmol) were reacted to form a pale yellow solid compound 3 ( 1.27 g, 80%) was prepared.

1H NMR (CDCl3):δ 6.60 (d, 2H, J = 1.2 Hz, Ar-H), 6.54 (d, 2H, J = 0.8 Hz, Ar-H), 3.81 (s, 6H, ArOCH 3), 3.75 (s, 4H, ArCH 2N-), 3.72 (m, 2H, -CH 2NMe3), 3.20 (s, 9H, -NMe 3), 2.93 (m, 2H, -NCH 2CH2NMe3), 2.22 (s, 6H, Ar-CH 3). 13C NMR (CDCl3): δ 146.9, 142.5, 129.3, 122.8, 121.3, 112.1 (Ar), 63.89 (-CH2NMe3), 55.92 (-NMe 3), 55.55 (ArCH2N-), 54.01 (ArOCH3), 46.40 (-NCH2CH2NMe3), 21.00(Ar-CH3). HRMS m/z calcd. for [C25H35N2O4 - I] 403.2591. Found 403.2591. 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 6.60 (d, 2H, J = 1.2 Hz, Ar- H ), 6.54 (d, 2H, J = 0.8 Hz, Ar- H ), 3.81 (s, 6H, ArOC H 3 ), 3.75 (s, 4H, ArC H 2 N-), 3.72 (m, 2H, -C H 2 NMe 3 ), 3.20 (s, 9H,- N Me 3 ), 2.93 (m, 2H, -NC H 2 CH 2 NMe 3 ), 2.22 (s, 6H, Ar-C H 3 ). 13 C NMR (CDCl 3 ): δ 146.9, 142.5, 129.3, 122.8, 121.3, 112.1 (Ar), 63.89 (- C H 2 NMe 3 ), 55.92 (-N Me 3 ), 55.55 (Ar C H 2 N- ), 54.01 (ArO C H 3 ), 46.40 (-N C H 2 CH 2 NMe 3 ), 21.00 (Ar- C H 3 ). HRMS m / z calcd. for [C 25 H 35 N 2 O 4 -I] 403.2591. Found 403.2591.

제조예Manufacturing example 1-5. 화합물 L4의 제조 1-5. Preparation of compound L4

N,N-다이메틸-N',N'-비스(2,3-다이하이드록시-5-메틸벤질)에틸렌다이아민(이하 화합물 L4)을 하기 반응식 6과 같이 제조하였다.N,N-dimethyl-N',N'-bis(2,3-dihydroxy-5-methylbenzyl)ethylenediamine (hereinafter, compound L4 ) was prepared as shown in Scheme 6 below.

[반응식 6][Scheme 6]

Figure 112019011162555-pat00010
Figure 112019011162555-pat00010

구체적으로, 제조예 1-2의 화합물 L2 제조에 이용한 것과 동일한 방식으로, 화합물 L3 (3.9 g, 10 mmol) 및 20% HBr 아세트산 용액 (8 mL)을 반응시켜 무색의 고체 화합물 L4 (1.6 g, 45%)를 제조하였다.Specifically, in the same manner as used for preparing compound L2 of Preparation Example 1-2, compound L3 (3.9 g, 10 mmol) and 20% HBr acetic acid solution (8 mL) were reacted to form a colorless solid compound L4 (1.6 g, 45%) was prepared.

1H NMR (CDCl3): δ 7.87 (br s, 4H, -OH) 6.65 (d, 2H, J = 1.5 Hz, Ar-H), 6.36 (d, 2H, J = 1.4 Hz, Ar-H), 3.57 (s, 4H, ArCH 2N-), 2.59 (s, 4H, -CH 2CH 2NMe2), 2.27 (s, 6H, -NMe 2), 2.18(s, 6H, ArCH 3). 13C NMR (CDCl3): δ 145.1, 141.0, 128.9, 122.1, 121.4, 115.1 (Ar), 55.97 (-CH2NMe2), 55.49 (ArCH2N-), 48.91 (-NMe 2), 44.69 (-NCH2CH2NMe2), 20.69(ArCH3). HRMS m/z calcd. for [C20H29N2O4 + H] 361.2122. Found 361.2122. 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 7.87 (br s, 4H, -O H ) 6.65 (d, 2H, J = 1.5 Hz, Ar- H ), 6.36 (d, 2H, J = 1.4 Hz, Ar- H ), 3.57 (s, 4H, ArC H 2 N-), 2.59 (s, 4H, -C H 2 C H 2 NMe 2 ), 2.27 (s, 6H, -N Me 2 ), 2.18 (s , 6H, ArC H 3 ). 13 C NMR (CDCl 3 ): δ 145.1, 141.0, 128.9, 122.1, 121.4, 115.1 (Ar), 55.97 (- C H 2 NMe 2 ), 55.49 (Ar C H 2 N-), 48.91 (-N Me 2 ), 44.69 (-N C H 2 CH 2 NMe 2 ), 20.69 (Ar C H 3 ). HRMS m / z calcd. for [C 20 H 29 N 2 O 4 +H] 361.2122. Found 361.2122.

제조예Manufacturing example 1-6. 화합물 4의 제조 1-6. Preparation of compound 4

N,N,N-트라이메틸-N',N'-비스(2,3-다이하이드록시-5-메틸벤질)에틸렌다이아민 아이오다이드(이하 화합물 4)를 하기 반응식 7과 같이 제조하였다.N,N,N-trimethyl-N',N'-bis(2,3-dihydroxy-5-methylbenzyl)ethylenediamine iodide (hereinafter, Compound 4 ) was prepared as shown in Scheme 7 below.

[반응식 7][Scheme 7]

Figure 112019011162555-pat00011
Figure 112019011162555-pat00011

구체적으로, 제조예 1-1의 화합물 1 제조에 이용한 것과 동일한 방식으로, 화합물 L4 (1.1 g, 3.0 mmol) 및 아이오딘화 메틸 (1.7g, 12 mmol)을 반응시켜 옅은 황색의 고체 화합물 4 (1.3 g, 87 %)를 제조하였다.Specifically, in the same manner as used for preparing compound 1 of Preparation Example 1-1, compound L4 (1.1 g, 3.0 mmol) and methyl iodide (1.7 g, 12 mmol) were reacted to form a pale yellow solid compound 4 ( 1.3 g, 87%) was prepared.

1H NMR (CD3CN): δ 6.69 (d, 2H, J = 1.8 Hz, Ar-H), 6.53 (s, 2H, Ar-H), 3.81 (s, 4H, ArCH 2N-), 3.54 (m, 2H, -CH 2NMe3), 2.97 (m, 2H, -NCH 2CH2NMe3), 2.96 (s, 9H, -NMe 3), 2.18(s, 6H, ArCH 3). 13C NMR (CD3CN): δ 145.4, 142.6, 130.3, 123.0, 122.6, 116.9 (Ar), 62.84 (-CH2NMe3), 55.39 (-NMe 3), 54.15 (ArCH2N-), 46.31 (-NCH2CH2NMe3), 20.63 (ArCH3). HRMS m/z calcd. for [C21H31N2O4I - I] 375.2278. Found 375.2278. 1 H NMR (CD 3 CN): δ 6.69 (d, 2H, J = 1.8 Hz, Ar- H ), 6.53 (s, 2H, Ar- H ), 3.81 (s, 4H, ArC H 2 N-), 3.54 (m, 2H, -C H 2 NMe 3 ), 2.97 (m, 2H,- NC H 2 CH 2 NMe 3 ), 2.96 (s, 9H, -N Me 3 ), 2.18 (s, 6H, ArC H 3 ). 13 C NMR (CD 3 CN): δ 145.4, 142.6, 130.3, 123.0, 122.6, 116.9 (Ar), 62.84 (- C H 2 NMe 3 ), 55.39 (-N Me 3 ), 54.15 (Ar C H 2 N -), 46.31 (-N C H 2 CH 2 NMe 3 ), 20.63 (Ar C H 3 ). HRMS m / z calcd. for [C 21 H 31 N 2 O 4 I-I] 375.2278. Found 375.2278.

제조예Manufacturing example 1-7. 화합물 L5의 제조 1-7. Preparation of compound L5

N,N-다이메틸-N',N'-비스(2,3-다이하이드록시-5-터셔리-뷰틸벤질)에틸렌다이아민(이하 화합물 L5)을 하기 반응식 8과 같이 제조하였다.N,N-dimethyl-N',N'-bis(2,3-dihydroxy-5-tertiary-butylbenzyl)ethylenediamine (hereinafter, compound L5 ) was prepared as shown in Scheme 8 below.

[반응식 8][Scheme 8]

Figure 112019011162555-pat00012
Figure 112019011162555-pat00012

구체적으로, 1,2-다이하이드록시-4-터셔리-뷰틸페놀(8.3 g, 50 mmol), N,N-다이메틸에틸렌다이아민 (2.2 g, 25 mmol), 36% 포름알데하이드/물 (4.1 g, 50 mmol)을 100 mL 메탄올과 잘 섞은 후 상온에서 교반시켰다. 72시간 후, 모든 휘발성 물질을 진공펌프를 사용하여 제거하였다. 얻어진 무색의 고체를 메탄올(40 mL)로 3회 세척한 후, 건조시켰더니 원하는 생성물 L5 (9.4 g, 85 %)을 무색 고체로 얻을 수 있었다.Specifically, 1,2-dihydroxy-4-tertiary-butylphenol (8.3 g, 50 mmol), N,N-dimethylethylenediamine (2.2 g, 25 mmol), 36% formaldehyde/water ( 4.1 g, 50 mmol) was mixed well with 100 mL of methanol and stirred at room temperature. After 72 hours, all volatiles were removed using a vacuum pump. The obtained colorless solid was washed three times with methanol (40 mL) and then dried to obtain the desired product L5 (9.4 g, 85%) as a colorless solid.

1H NMR ((CD3)2SO):δ 6.69 (d, 2H, J = 2.2 Hz, Ar-H), 6.56 (d, 2H, J = 2.2 Hz, Ar-H), 3.57 (s, 4H, ArCH 2N-), 2.50 (s, 4H, -CH 2CH 2NMe2), 2.12 (s, 6H, -NMe 2), 1.20 (s, 18 H, ArC(CH 3)3). 13C NMR ((CD3)2SO): δ 144.6, 142.2, 140.7, 122.8, 117.0, 112.0 (Ar), 55.56 (-CH2NMe2), 53.76 (ArCH2N-), 49.22 (-NMe 2), 44.79 (-NCH2CH2NMe2), 22.58 (ArC(CH3)3), 31.45(ArC(CH3)3). HRMS m/z calcd. for [C26H41N2O4 + H] 445.3061. Found 445.3061. 1 H NMR ((CD 3 ) 2 SO): δ 6.69 (d, 2H, J = 2.2 Hz, Ar- H ), 6.56 (d, 2H, J = 2.2 Hz, Ar- H ), 3.57 (s, 4H, ArC H 2 N-), 2.50 (s, 4H, -C H 2 C H 2 NMe 2 ), 2.12 (s, 6H, -N Me 2 ), 1.20 (s , 18 H, ArC(C H 3 ) 3 ). 13 C NMR ((CD 3 ) 2 SO): δ 144.6, 142.2, 140.7, 122.8, 117.0, 112.0 (Ar), 55.56 (- C H 2 NMe 2 ), 53.76 (Ar C H 2 N-), 49.22 ( -N Me 2 ), 44.79 (-N C H 2 CH 2 NMe 2 ), 22.58 (ArC ( C H 3 ) 3 ), 31.45 (Ar C (CH 3 ) 3 ). HRMS m / z calcd. for [C 26 H 41 N 2 O 4 +H] 445.3061. Found 445.3061.

제조예Manufacturing example 1-8. 화합물 5의 제조 1-8. Preparation of compound 5

N,N,N-트라이메틸-N',N'-비스(2,3-다이하이드록시-5-터셔리-뷰틸벤질)에틸렌다이아민 아이오다이드(이하 화합물 5)를 하기 반응식 9와 같이 제조하였다.N,N,N-trimethyl-N',N'-bis(2,3-dihydroxy-5-tertiary-butylbenzyl)ethylenediamine iodide (hereinafter, Compound 5 ) was prepared as shown in Scheme 9 below. Was prepared.

[반응식 9][Scheme 9]

Figure 112019011162555-pat00013
Figure 112019011162555-pat00013

구체적으로, 제조예 1-1의 화합물 1 제조에 이용한 것과 동일한 방식으로, 화합물 L5 (1.3 g, 3.0 mmol) 및 아이오딘화 메틸 (1.7g, 12 mmol)을 반응시켜 옅은 황색의 고체 화합물 5 (1.6 g, 93 %)를 제조하였다.Specifically, in the same manner as used for preparing compound 1 of Preparation Example 1-1, compound L5 (1.3 g, 3.0 mmol) and methyl iodide (1.7 g, 12 mmol) were reacted to form a pale yellow solid compound 5 ( 1.6 g, 93%) was prepared.

1H NMR (CD3CN): δ 6.95 (d, 2H, J = 2.3 Hz, Ar-H), 6.74 (d, 2H, J = 2.3 Hz, Ar-H), 3.82 (s, 4H, ArCH 2N-), 3.54 (m, 2H, -CH 2NMe3), 2.96 (s, 9H, -NMe 3), 2.93 (m, 2H, -NCH 2CH2NMe3), 1.24 (s, 18H, ArC(CH 3)3). 13C NMR (CD3CN): δ 145.1, 144.0, 142.5, 122.8, 119.3, 113.6 (Ar), 62.98 (-CH2NMe3), 55.30 (-NMe 3), 54.16 (ArCH2N-), 46.16 (-NCH2CH2NMe3), 34.65 (ArC(CH3)3), 31.70 (ArC(CH3)3). HRMS m/z calcd. for [C27H43N2O4I - I] 459.3217. Found 459.3217. 1 H NMR (CD 3 CN): δ 6.95 (d, 2H, J = 2.3 Hz, Ar- H ), 6.74 (d, 2H, J = 2.3 Hz, Ar- H ), 3.82 (s, 4H, ArC H 2 N-), 3.54 (m, 2H, -C H 2 NMe 3 ), 2.96 (s, 9H, -N Me 3 ), 2.93 (m, 2H, -NC H 2 CH 2 NMe 3 ), 1.24 (s, 18H, ArC(C H 3 ) 3 ). 13 C NMR (CD 3 CN): δ 145.1, 144.0, 142.5, 122.8, 119.3, 113.6 (Ar), 62.98 (- C H 2 NMe 3 ), 55.30 (-N Me 3 ), 54.16 (Ar C H 2 N -), 46.16 (-N C H 2 CH 2 NMe 3 ), 34.65 (ArC( C H 3 ) 3 ), 31.70 (Ar C (CH 3 ) 3 ). HRMS m / z calcd. for [C 27 H 43 N 2 O 4 I-I] 459.3217. Found 459.3217.

제조예Manufacturing example 1-9. 화합물 6의 제조 1-9. Preparation of compound 6

N,N,N-트라이메틸-N',N'-비스(2,3-다이하이드록시-5-터셔리-뷰틸벤질)에틸렌다이아민 브로마이드(이하 화합물 6)를 하기 반응식 10와 같이 제조하였다.N,N,N-trimethyl-N',N'-bis(2,3-dihydroxy-5-tertiary-butylbenzyl)ethylenediamine bromide (hereinafter Compound 6 ) was prepared as shown in Scheme 10 below. .

[반응식 10][Scheme 10]

Figure 112019011162555-pat00014
Figure 112019011162555-pat00014

구체적으로, 실온에서 화합물 5(1.17 g, 2.0 mmol)을 포함하는 THF(25 mL)의 용액에 브로민화 은(0.41 g, 2.2 mmol)을 첨가하고, 혼합물을 3시간 동안 교반하였다. 이어서, 반응 혼합물을 셀라이트(Celite)를 통해 여과하였다. 모든 휘발성 물질을 진공조건 하에 제거하고, 잔류물을 다이에틸에테르로 세척하였다. 이를 진공건조시킨 후 화합물 6(0.86 g, 80%)를 베이지색 분말로 얻었다.Specifically, silver bromide (0.41 g, 2.2 mmol) was added to a solution of THF (25 mL) containing compound 5 (1.17 g, 2.0 mmol) at room temperature, and the mixture was stirred for 3 hours. Then, the reaction mixture was filtered through Celite. All volatiles were removed under vacuum and the residue was washed with diethyl ether. After vacuum drying, compound 6 (0.86 g, 80%) was obtained as a beige powder.

1H NMR ((CD3)2SO): δ 9.10 (s, 2H, -OH), 8.49 (s, 2H, -OH), 6.74 (s, 2H, Ar-H), 6.68 (s, 2H, Ar-H), 3.60 (s, 4H, ArCH 2N-), 3.52 (m, 2H, -CH 2NMe3), 2.94 (s, 9H, -NMe 3), 2.51 (m, 2H, -NCH 2CH2NMe3), 1.21 (s, 18H, ArC(CH 3)3). 13C NMR (CD3CN): δ 144.5, 141.8, 141.1, 123.1, 117.3, 111.7 (Ar), 61.20 (-CH2NMe3), 52.50 (-NMe 3), 52.19 (ArCH2N-), 45.85 (-NCH2CH2NMe3), 33.63 (ArC(CH3)3), 31.43 (ArC(CH3)3). HRMS m/z calcd. for [C27H43N2O4Br - Br] 459.3217. Found 459.3217. 1 H NMR ((CD 3 ) 2 SO): δ 9.10 (s, 2H, -OH), 8.49 (s, 2H, -OH), 6.74 (s, 2H, Ar- H ), 6.68 (s, 2H, Ar- H ), 3.60 (s, 4H, ArC H 2 N-), 3.52 (m, 2H, -C H 2 NMe 3 ), 2.94 (s, 9H, -N Me 3 ), 2.51 (m, 2H, -NC H 2 CH 2 NMe 3 ), 1.21 (s, 18H, ArC(C H 3 ) 3 ). 13 C NMR (CD 3 CN): δ 144.5, 141.8, 141.1, 123.1, 117.3, 111.7 (Ar), 61.20 (- C H 2 NMe 3 ), 52.50 (-N Me 3 ), 52.19 (Ar C H 2 N -), 45.85 (-N C H 2 CH 2 NMe 3 ), 33.63 (ArC( C H 3 ) 3 ), 31.43 (Ar C (CH 3 ) 3 ). HRMS m / z calcd. for [C 27 H 43 N 2 O 4 Br-Br] 459.3217. Found 459.3217.

제조예Manufacturing example 1-10. 화합물 7의 제조 1-10. Preparation of compound 7

N,N,N-트라이메틸-N',N'-비스(2,3-다이하이드록시-5-터셔리-뷰틸벤질)에틸렌다이아민 클로라이드(이하 화합물 7)를 하기 반응식 11와 같이 제조하였다.N,N,N-trimethyl-N',N'-bis(2,3-dihydroxy-5-tertiary-butylbenzyl)ethylenediamine chloride (hereinafter compound 7 ) was prepared as shown in Scheme 11 below. .

[반응식 11][Scheme 11]

Figure 112019011162555-pat00015
Figure 112019011162555-pat00015

구체적으로, 실온에서 화합물 5(1.17 g, 2.0 mmol)을 포함하는 THF(25 mL)의 용액에 염화 은(0.32 g, 2.2 mmol)을 첨가하고, 혼합물을 3시간 동안 교반하였다. 이어서, 반응 혼합물을 셀라이트(Celite)를 통해 여과하였다. 모든 휘발성 물질을 진공조건 하에 제거하고, 잔류물을 다이에틸에테르로 세척하였다. 이를 진공건조시킨 후 화합물 7(0. g, 83%)를 베이지색 분말로 얻었다.Specifically, silver chloride (0.32 g, 2.2 mmol) was added to a solution of THF (25 mL) containing compound 5 (1.17 g, 2.0 mmol) at room temperature, and the mixture was stirred for 3 hours. Then, the reaction mixture was filtered through Celite. All volatiles were removed under vacuum and the residue was washed with diethyl ether. After vacuum drying, compound 7 (0. g, 83%) was obtained as a beige powder.

1H NMR ((CD3)2SO): δ 9.15 (s, 2H, -OH), 8.55 (s, 2H, -OH), 6.76 (s, 2H, Ar-H), 6.68 (s, 2H, Ar-H), 3.61 (s, 4H, ArCH 2N-), 3.54 (m, 2H, -CH 2NMe3), 2.94 (s, 9H, -NMe 3), 2.78 (m, 2H, -NCH 2CH2NMe3), 1.21 (s, 18H, ArC(CH 3)3). 13C NMR (CD3CN): δ 144.6, 141.8, 141.1, 123.3, 117.3, 111.7 (Ar), 61.21 (-CH2NMe3), 52.40 (-NMe 3), 52.16 (ArCH2N-), 45.90 (-NCH2CH2NMe3), 33.63 (ArC(CH3)3), 31.43 (ArC(CH3)3). HRMS m/z calcd. for [C27H43N2O4Cl - Cl] 459.3217. Found 459.3217. 1 H NMR ((CD 3 ) 2 SO): δ 9.15 (s, 2H, -OH), 8.55 (s, 2H, -OH), 6.76 (s, 2H, Ar- H ), 6.68 (s, 2H, Ar- H ), 3.61 (s, 4H, ArC H 2 N-), 3.54 (m, 2H, -C H 2 NMe 3 ), 2.94 (s, 9H, -N Me 3 ), 2.78 (m, 2H, -NC H 2 CH 2 NMe 3 ), 1.21 (s, 18H, ArC(C H 3 ) 3 ). 13 C NMR (CD 3 CN): δ 144.6, 141.8, 141.1, 123.3, 117.3, 111.7 (Ar), 61.21 (- C H 2 NMe 3 ), 52.40 (-N Me 3 ), 52.16 (Ar C H 2 N -), 45.90 (-N C H 2 CH 2 NMe 3 ), 33.63 (ArC( C H 3 ) 3 ), 31.43 (Ar C (CH 3 ) 3 ). HRMS m / z calcd. for [C 27 H 43 N 2 O 4 Cl-Cl] 459.3217. Found 459.3217.

실험예Experimental example 1: 구조 변화에 대한 촉매 효과의 영향 확인 1: Confirmation of the effect of catalytic effect on structural change

화합물의 구조가 촉매의 활성에 미치는 영향을 조사하였다. 제조한 화합물들은 치환기의 상이한 전자 및 입체 효과로 인해 수소 결합 정도 및 촉매 활성에 영향을 줄 수 있는 페닐 고리에서 서로 독립적인 치환기를 갖는다. 촉매의 활성을 비교하기 위하여 CO2 10bar의 압력 조건에서 PO 10 mmol에 각 화합물을 0.20 mmol씩 25℃에서 반응시켜 반응 수율을 확인하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.The effect of the structure of the compound on the activity of the catalyst was investigated. The prepared compounds have substituents independent of each other in the phenyl ring, which can affect the degree of hydrogen bonding and catalytic activity due to different electron and steric effects of the substituent. In order to compare the activity of the catalyst, the reaction yield was confirmed by reacting each compound with 0.20 mmol of each compound at 25° C. with 10 mmol of PO under a pressure of 10 bar of CO 2 , and the results are shown in Table 1.

이때, 전환율 및 선택성은 다음 수학식을 이용하여 계산하였다.At this time, the conversion rate and selectivity were calculated using the following equation.

반응물의 전환율(conversion, C) (%) = [(전환된 반응물의 몰 수)/(사용된 반응물의 몰 수)] x 100;Conversion of the reactants (conversion, C) (%) = [(number of moles of reactants converted)/(number of moles of reactants used)] x 100;

생성물 형성의 선택성(selectivity, S) (%) = [(생성물로 전환된 반응물의 몰 수)/(전환된 반응물의 몰 수)] x 100;Selectivity of product formation (S) (%) = [(number of moles of reactant converted to product)/(number of moles of reactant converted)] x 100;

생성물의 수율(yield, Y) (%) = (S·C)/100;Product yield (yield, Y) (%) = (S·C)/100;

회전수(turnover number, TON) = [(전환된 반응물의 몰 수)/(사용된 촉매의 몰 수)] x 100;Turnover number (TON) = [(number of moles of reactant converted)/(number of moles of catalyst used)] x 100;

회전율빈도(turnover frequency, TOF) (h-1) = TON/h.Turnover frequency (TOF) (h-1) = TON/h.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112019011162555-pat00016
Figure 112019011162555-pat00016

[반응식 12][Scheme 12]

Figure 112019011162555-pat00017
Figure 112019011162555-pat00017

번호number 화합물compound 시간 (h) Time (h) 수율(%) yield(%) TONTON TOF(h-1)TOF(h -1 ) 1One 1One 88 2929 1515 22 22 22 5656 2828 44 33 33 3434 1717 22 44 44 7070 3535 44 55 55 9393 4747 66 66 66 1212 66 0.80.8 77 77 33 1.51.5 0.20.2 88 1One 1414 5151 2626 22 99 33 5959 3030 22 1010 22 44 2828 1414 44 1111 66 4242 2121 44 1212 1111 7777 3939 44 1313 1414 9898 4949 44 1414 44 44 3434 1717 44 1515 66 5151 2626 44 1616 1111 9696 4848 44 1717 55 22 2424 1212 66 1818 44 4747 2424 66 1919 66 6969 3535 66 2020 77 8181 4141 66

상기 화학식 3, 반응식 10 및 표 1에서 확인할 수 있듯이, 분자 내에 존재하는 두 개의 페닐 고리 각각에 두 개의 하이드록시기(OH)와 터셔리-뷰틸기를 가진 화합물 5가 가장 짧은 시간인 8시간 만에 93%의 수율로 가장 좋은 활성을 보임을 알 수 있었다. 즉 화학식 3의 화합물 구조에서 페닐기의 하이드록시기의 개수가 많아질수록 활성이 증가함을 보였다. As can be seen in Chemical Formula 3, Scheme 10, and Table 1, the compound 5 having two hydroxy groups (OH) and tertiary-butyl groups in each of the two phenyl rings present in the molecule is the shortest time in 8 hours. It was found that it showed the best activity with a yield of 93%. That is, it was shown that the activity increased as the number of hydroxy groups of the phenyl group increased in the structure of the compound of Formula 3.

또한, 같은 개수의 하이드록시기를 가지는 화합물들 사이에서도 촉매 활성의 차이를 보였다. 즉, 페닐기의 5번 탄소 위치에 도입된 치환기의 전자 효과 및 입체 장애 효과가 커질수록 활성이 증가함을 보였다. 특히, 하나의 페닐기에 하이드록시기가 두 개씩 존재하는 화합물인 2, 4, 5 은 시간이 증가함에 따라 얻어지는 생성물의 수율이 점진적으로 증가하였다. 최종적으로 화합물 2는 14시간만에 98%의 수율을 보였고, 화합물 4는 11시간에 96%의 수율을 보였으며, 화합물 5는 8시간에 93%의 수율을 보였다.In addition, there was a difference in catalytic activity between compounds having the same number of hydroxy groups. That is, as the electron effect and steric hindrance effect of the substituent introduced at the 5th carbon position of the phenyl group increase, the activity increases. In particular, for compounds 2 , 4 , and 5 , which are compounds in which two hydroxy groups are present in one phenyl group, the yield of the obtained product gradually increased with time. Finally, Compound 2 showed a yield of 98% in 14 hours, Compound 4 showed a yield of 96% in 11 hours, and Compound 5 showed a yield of 93% in 8 hours.

또한, 암모늄 양이온의 짝음이온인 아이오딘 이온 대신에 브로민 이온과 염화이온으로 대체된 화합물을 합성하여 이에 대한 촉매 활성을 조사하였다. 하지만, 아이오딘 음이온을 포함하는 염에 비해 매우 낮은 전환율을 보였다.In addition, a compound substituted with bromine ion and chloride ion instead of iodine ion, which is the counter anion of ammonium cations, was synthesized to investigate its catalytic activity. However, it showed a very low conversion rate compared to the salt containing iodine anion.

한편, 도 1은 용매가 존재하지 않을 때 본 발명의 화합물 5를 이용한 반응 시간에 의한 반응 수율 변화를 나타낸 그래프이다. 도 1을 참고하면, 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법에 있어서, 용매가 없는 상태에서 화합물 5를 촉매로 이용할 경우, 시간이 증가함에 따라 얻어지는 생성물의 수율이 점진적으로 증가함을 알 수 있다. Meanwhile, FIG. 1 is a graph showing a change in reaction yield by reaction time using Compound 5 of the present invention in the absence of a solvent. Referring to FIG. 1, in the method for producing cyclic alkylene carbonate, when compound 5 is used as a catalyst in the absence of a solvent, it can be seen that the yield of the obtained product gradually increases as time increases.

실험예Experimental example 2: 다양한 작용기에 따른 수율 변화 확인 2: Confirmation of yield change according to various functional groups

화합물 5 (0.20 mmol)을 촉매로 이용하여 에폭사이드 기질의 범위를 조사하였다. CO2 10 bar의 압력과 에폭사이드 10 mmol의 반응 조건에서 반응 수율을 확인하였고 그 결과를 표 2에 나타내었다. Compound 5 (0.20 mmol) was used as a catalyst to investigate the range of epoxide substrates. The reaction yield was confirmed under the reaction conditions of CO 2 10 bar and 10 mmol of epoxide, and the results are shown in Table 2.

[반응식 13][Scheme 13]

Figure 112019011162555-pat00018
Figure 112019011162555-pat00018

번호number R1 R 1 R2 R 2 R3 R 3 온도(℃)Temperature(℃) 시간 (h) Time (h) 수율(%) yield(%) TONTON TOF(h-1)TOF(h -1 ) 1One MeMe HH HH 2525 88 9393 4747 66 22 CH2ClCH 2 Cl HH HH 2525 44 9090 4545 1111 33 CH2OHCH 2 OH HH HH 2525 44 9191 4646 1212 44 CH2OMeCH 2 OMe HH HH 2525 88 9595 4848 66 55 CH2O t BuCH 2 O t Bu HH HH 2525 88 9494 4747 66 66 CH2OPhCH 2 OPh HH HH 2525 88 9393 4747 66 77 HH MeMe MeMe 120120 99 9999 5050 66 88 MeMe MeMe HH 120120 1111 9090 4545 44 99 CH2CH2CH2CH2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 120120 1212 9393 4747 44 1010 CH2CH2CH2 CH 2 CH 2 CH 2 120120 1212 9999 5050 44

상기 반응식 11 및 표 2에서 확인할 수 있듯이, 에폭사이드가 말단이냐 내부냐에 따라 촉매 활성이 크게 차이가 난다는 것을 알 수 있었다. 말단 에폭사이드(1번-6번)의 경우에는 에폭사이드의 종류가 촉매 활성을 저해하지 않았다. 특히, 에피클로로하이드린(2번)과 및 글라이시돌(3번)을 적용한 경우 다른 에폭사이드보다 짧은 반응 시간(4 시간) 내에 모두 전환되었다. 다른 종류의 말단 에폭사이드의 경우에도 8시간 내에 모두 원하는 생성물을 얻을 수 있었다. 낮은 반응성을 가지는 내부 에폭사이드(7번-10번)의 경우에는 반응 온도를 120℃로 올려서 반응을 진행하였다. 이 경우에 9시간에서 12시간내에 모든 내부 에폭사이드를 원하는 고리형 알킬렌 카보네이트로 변환시킬 수 있었다.As can be seen in Scheme 11 and Table 2, it was found that the catalytic activity greatly differs depending on whether the epoxide is terminal or internal. In the case of the terminal epoxide (No. 1-6), the type of epoxide did not inhibit the catalytic activity. In particular, when epichlorohydrin (No. 2) and glycidol (No. 3) were applied, all were converted within a shorter reaction time (4 hours) than other epoxides. In the case of other types of terminal epoxides, all desired products could be obtained within 8 hours. In the case of the internal epoxide (No. 7-10) having low reactivity, the reaction was carried out by raising the reaction temperature to 120°C. In this case, all internal epoxides could be converted to the desired cyclic alkylene carbonate within 9 to 12 hours.

실험예Experimental example 3: 촉매의 재사용 가능성 확인 3: Check the reusability of the catalyst

PO 대비 10 mol%의 화합물 5에 대한 재사용 가능성을 확인하기 위해, 상온 및 10 bar CO2 압력 조건에서 3시간 동안 고리첨가 반응을 하기 반응식 13과 같이 수행하였다. 화합물 5는 간단한 여과(암모늄염 화합물은 다이에틸에테르에 대하여 불용성이다)에 의해 쉽게 회수되었고, 다음 사이클에 재사용되었다.In order to confirm the reusability of 10 mol% of compound 5 relative to PO, the cyclic addition reaction was performed for 3 hours at room temperature and 10 bar CO 2 pressure conditions as shown in Scheme 13 below. Compound 5 was easily recovered by simple filtration (ammonium salt compound is insoluble in diethyl ether) and reused in the next cycle.

[반응식 14][Scheme 14]

Figure 112019011162555-pat00019
Figure 112019011162555-pat00019

반응회수Number of reactions 수율 (%)Yield (%) 1One 9999 22 9898 33 9999 44 9797 55 9898

상기 반응식 12 및 상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 촉매 5(화합물 5)는 촉매 활성을 잃지 않고 5회까지 재사용될 수 있음을 알 수 있었다. 반응이 완료된 후 1H NMR 분석 결과에 근거하여 확인된 바에 따르면, 반응 생성물의 선택성(selectivity)은 99%로 유지되었다.As can be seen in Scheme 12 and Table 3, it was found that the catalyst 5 (Compound 5) can be reused up to 5 times without losing catalytic activity. After the reaction was completed, as confirmed based on the results of 1 H NMR analysis, the selectivity of the reaction product was maintained at 99%.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at around its preferred embodiments. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

Claims (8)

하기 화학식 1로 표시되고, 에폭사이드(epoxide)와 이산화탄소(carbon dioxide)를 반응시켜 고리형 알킬렌 카보네이트(cyclic alkylene carbonate)를 제조 시 사용되는 유기촉매:
[화학식 1]
Figure 112020055641175-pat00020

상기 화학식 1에서, R1 은 탄소수 C1 내지 C10의 알킬기이고,
R2는 수소이다.
An organic catalyst represented by the following formula (1) and used to prepare cyclic alkylene carbonate by reacting epoxide and carbon dioxide:
[Formula 1]
Figure 112020055641175-pat00020

In Formula 1, R 1 is a C 1 to C 10 alkyl group,
R 2 is hydrogen.
제 1 항에 있어서,
상기 유기촉매는 하기 화학식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기촉매.
Figure 112020055641175-pat00024
Figure 112020055641175-pat00025

The method of claim 1,
The organic catalyst is an organic catalyst, characterized in that any one of the following formula.
Figure 112020055641175-pat00024
Figure 112020055641175-pat00025

삭제delete 유기촉매 하에서 에폭사이드(epoxide)와 이산화탄소(carbon dioxide)를 반응시키는 단계를 포함하고,
상기 유기촉매는, 상기 제 1 항 또는 제 2 항의 유기촉매인 것을 특징으로 하는 고리형 알킬렌 카보네이트(cyclic alkylene carbonate)의 제조방법.
Including the step of reacting epoxide and carbon dioxide under an organic catalyst,
The organic catalyst is a method for producing a cyclic alkylene carbonate, characterized in that the organic catalyst of claim 1 or 2.
제 4 항에 있어서,
상기 에폭사이드는 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide), 프로필렌 옥사이드(propylene oxide), 뷰틸렌 옥사이드(butylene oxide), 헥실렌 옥사이드(hexylene oxide), 및 스타이렌 옥사이드(styrene oxide)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인, 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법.
The method of claim 4,
The epoxide is any one selected from the group consisting of ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, hexylene oxide, and styrene oxide. , Method for producing cyclic alkylene carbonate.
제 4 항에 있어서,
상기 유기촉매는 상기 에폭사이드에 대해 0.01 내지 10 몰%로 사용되는 것을 특징으로 하는 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법.
The method of claim 4,
The organic catalyst is a method for producing a cyclic alkylene carbonate, characterized in that used in an amount of 0.01 to 10 mol% based on the epoxide.
제 4 항에 있어서,
상기 반응시키는 단계에서, 반응 온도는 25 내지 150℃이고, 반응 압력은 1 내지 20 bar인 것을 특징으로 하는 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법.
The method of claim 4,
In the step of reacting, the reaction temperature is 25 to 150 °C, the reaction pressure is 1 to 20 bar, characterized in that for producing a cyclic alkylene carbonate.
제 4 항에 있어서,
상기 반응시키는 단계에서의 반응은 니트(neat)인 것을 특징으로 하는 고리형 알킬렌 카보네이트의 제조방법.
The method of claim 4,
The reaction in the reacting step is a method for producing a cyclic alkylene carbonate, characterized in that neat.
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