KR19980023243A - 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체의 정제 방법 - Google Patents

Abstract

디카르복실산의 알킬에스테르와 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 유도체 및 촉매를 반응 용매에서 반응시켜 반응 생성물을 얻고, 상기 반응 생성물을 물중탕에서 감압 농축하고, 상기 여과물에 증류수를 가한 후, 상기 혼합물을 가열 교반하여 두 개의 액층으로 이루어진 혼합물을 얻고, 상기 혼합물을 냉각하여 고형물을 얻은 뒤, 상기 고형물을 분쇄하고 감압 여과한 후 세척하고, 이 고형물을 감압 건조하는 공정으로 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체를 정제한다.

상기한 정제 방법은 종래의 합성 반응 직후에 별도의 유기용매를 사용하는 것과는 달리, 증류수만 사용하여 직접 반응 생성물의 농축물에서 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체를 정제할 수 있다. 따라서, 기존의 재결정이나 추출 등의 조작을 거치지 않으므로, 정제과정이 간소화되고 조작이 간편하며 능률적이다. 또한, 재결정에 필요한 유기 용매를 사용하지 않으므로 경제적이고, 자원을 절약할 수 있으며, 환경오염을 방지할 수 있으면서, 기존의 방법들에 비하여 높은 수율로 고순도 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체를 수득할 수 있다.

Description

2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체의 정제 방법

[산업상 이용 분야]

본 발명은 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체의 정제 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체를 간단한 방법으로 고수율 및 고순도로 얻을 수 있는 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체의 정제 방법에 관한 것이다.

[종래 기술]

2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체는 고분자 재료의 광안정제로 사용되는 물질로서, 에스테르 치환 반응 촉매 존재하에서 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀과 에스테르 화합물을 반응시켜 합성하는 방법은 공지의 사실로서 알려져 있다. 상기 유도체 중의 하나인 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트를 대표적인 예로 들어 합성 반응 혼합물의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.

2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀, 디메틸세바케이트, 촉매로써 나트륨메톡사이드, 또는 기타 에스테르 치환반응촉매를 넣은 둥근 플라스크에 헵탄 및 기타 용매를 넣고 딘-스타크 콘덴서 및 환류 콘덴서를 장착한 후 가열하면서 교반한다. 이 혼합물 용액을 바로 다음의 정제 과정의 원료로 사용하였다.

종래의 정제 방법에는 재결정화하는 방법과 추출 방법이 있으며, 이 중 재결정화하는 방법은 용매로 니트릴계 용매(일본 특허 공개 공보 소 63-198663호), 헥산(일본 특허 공개 공보 평 1-311066호), 이소프로판올과 물의 혼합액(일본 특허 공개 공보 평 2-237974호 및 평 3-41070호), 헵탄(평 3-284666호) 등과 같이 특정 유기 용매를 사용하여 재결정화하는 방법을 거쳐 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트를 수득하는 방법이다. 또한 추출 방법은 용매로 톨루엔(일본 특허 공개 공보 평 2-67264호), 헵탄과 톨루엔 혼합 용액(일본 특허 공개 공보 소 63-198662호)과 같이 특정 유기용매를 사용하여 반응용액으로부터 추출한 후 감압하에서 용매를 제거하여 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트를 수득하는 방법이다.

그러나 상기한 재결정법을 사용하는 경우에는 재결정화 과정의 조작이 쉽지 않고 복잡할 뿐만 아니라, 조작의 미세한 변화에 의해서도 순도 및 수율이 낮게 나오는 경우가 많으며, 재결정용 유기용매 사용으로 인하여 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한 상기한 추출에 의한 방법에 있어서도 순도 및 수율이 낮고, 추출용 유기용매를 별도로 사용하여야 하므로 비용이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 첫째, 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체의 합성방법에 의해 얻어진 반응혼합물부터 유기 용매를 사용하지 않고 직접 정제할 수 있는 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체의 정제 방법을 제공하는 것이고, 둘째, 종래의 재결정화법이나 추출법에 비해 간편하면서도 경제적인 방법으로 고순도의 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체를 고수율로 얻을 수 있는 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체의 정제 방법을 제공하는 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하기 화학식(1)의 화합물과 화학식(2)의 화합물 및 촉매를 반응 용매에서 반응시켜 반응 생성물을 얻고; 상기 반응 생성물을 물중탕에서 감압 농축하고; 상기 농축물에 증류수를 가한 후; 상기 혼합물을 가열 교반하여 두 개의 액층으로 이루어진 혼합물을 얻고; 상기 혼합물을 냉각하여 고형물을 얻은 뒤; 상기 고형물을 분쇄하고 감압 여과한 후 세척하고; 상기 고형물을 감압 건조하는 공정을 포함하는 화학식(3)의 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체의 정제 방법을 제공한다.

(상기 식에서 R은 C₁∼C₈알킬, R₁은 C₁∼C₁₈알킬, C₃∼C₆시클로알킬, 페닐, C₇∼C₈아랄킬, R₂는 수소, 히드록시, 메틸이다)

상기한 본 발명에 있어서, 일반식(1) 화합물과 일반식(2) 화합물 사용량의 비율은 1: 2.2∼2.4 당량인 것이 바람직하다.

또한 상기한 방법에 있어서, 상기 반응용매는 헵탄, 헥산 등의 지방족 탄화수소계 용매 또는 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소계 용매로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것이 바람직하다.

본 정제 방법에 대한 발명의 방법에 있어서, 합성 반응으로부터 얻어진 반응 혼합물에서 반응 용매를 제거하는 과정에서의 상기 물중탕의 온도는 70℃ 미만에서는 용매가 제거되는 속도가 매우 느려지므로 70∼100℃가 바람직하며, 더욱 바람직한 물중탕의 온도는 85∼95℃이다.

또한 상기한 방법에 있어서, 상기 여과물에 증류수를 0.05∼1.0M, 더욱 바람직하게는 0.25∼0.5M의 양으로 첨가하는 것이 바람직하다. 이는 첨가되는 증류수의 양이 상기 범위의 양보다 적을 경우에는 고체 혼합물 내의 불순물 제거가 힘들므로 정제 순도가 저하되며, 반대로 너무 많을 경우에는 필요 이상의 폐수가 생성되는 단점이 있기 때문이다.

본 발명의 정제 방법에 있어서, 물중탕의 온도가 80℃ 미만에서는 유기 용액층에 남아있는 고체가 잘 용해되지 않으므로 상기 증류수를 가한 혼합물을 80∼100℃, 더욱 바람직하게는 85∼95℃의 물중탕에서 가열하여 혼합물 고체를 용융시키는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 고형물을 상온에서, 신속한 결정화를 위해 더욱 바람직하게는 3∼5℃에서, 결정화가 완결될 때까지 보관하는 공정을 더욱 포함하는 것이 바람직하다.

[작용]

이하 본 발명의 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체의 정제 방법 중 대표적인 보기로서 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트를 예로 들어, 상기한 정제방법을 더욱 상세히 설명한다.

비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트 합성반응 직후에 반응혼합물이 들어 있는 반응 플라스크를 물중탕에서 진공도 25∼30torr로 감압 교반하여 용매를 제거한다. 이 때 물중탕의 온도가 70℃ 미만에서는 용매의 제거가 매우 느려지므로, 물중량의 온도는 70∼100℃가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 85∼95℃에서 실시한다. 농축된 반응혼합물에 증류수를 가한다. 가하는 증류수의 양은 반응 출발물질인 디메틸세바케이트의 사용량을 기준으로 몰농도범위 0.05∼1.0M이 되도록 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 0.25∼0.5M의 범위이다. 이 때 전체 혼합물은 수용액층과 유기용액층의 두 층으로 분리되며, 이 때 물중탕의 온도가 80℃ 미만에서는 유기 용액층에 남아 있는 고체가 잘 용융되지 않으므로 이 혼합용액을 80∼100℃, 더욱 바람직하기로는 85∼95℃의 온도의 물중탕에서 가열 교반하여 고체 혼합물을 모두 용융시킨다. 교반을 멈춘 후, 플라스크를 물중탕에서 꺼내어 상온에서, 더욱 바람직하기로는 결정화를 신속하게 완결시키기 위해 3∼5℃에서 서서히 냉각하면 상층인 유기층이 결정화되기 시작한다. 유기층이 모두 고체화된 후, 이 고체를 작은 크기로 부순 뒤 감압 여과하고, 증류수로 세척한다. 여과된 고체를 상온에서 감압 건조하면 가스 크로마토그래피(GC: Gas Chromatography) 순도 99% 이상의 고순도 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트를 고수율로 얻을 수 있다.

이 때, 정제과정의 원료로 사용되는 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트 합성반응의 혼합물 내에는 출발물질중의 하나인 디메틸세바케이트가 전량 소모되어 잔류량이 없어야 한다. 만약 소량(GC 순도 0.5% 이상)이라도 잔류하는 경우에는 디메틸세바케이트도 수용액에 불용성이므로 정제과정에서 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트와 함께 유기층으로 분리되어 순수한 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트 결정을 생성하기가 어려운 문제점이 있다. 따라서 원료 혼합물의 제조시 디메틸세바케이트 1당량에 대해서 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀을 10∼20% 과량인 2.2∼2.4 당량을 사용함으로써 디메틸세바케이트의 전량 소모를 유도하는 것이 중요하다.

상술한 바와 같이 고온의 증류수의 사용만으로 정제가 가능한 이유는 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트의 합성 반응에서 불순물로서 유기부산물이 거의 생성되지 않을 뿐만 아니라, 과량 사용에 의하여 반응 종료후 혼합물 내에 잔류하는 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 및 무기물질들은 고온의 물에 용해되지만 반응 주생성물인 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트는 물에 거의 용해되지 않으므로 반응혼합물로부터 불순물들을 효과적으로 제거할 수 있기 때문이다.

[실시예]

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 일실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 11.32g, 디메틸세바케이트 6.91g 및 반응 촉매로서 나트륨메톡사이드 41㎎을 넣은 250㎖의 둥근 플라스크에 헵탄 30㎖를 넣었다. 리시버 부분에 별도의 헵탄을 가득 채운 용량 10㎖의 딘-스타크 콘덴서 및 환류 콘덴서를 상기 둥근 플라스크에 장착한 후 104℃로 가열하면서 상기 혼합물을 교반하여 20시간동안 환류시켰다. 이어서, 90℃의 물중탕에서 진공도 25∼35torr로 감압하여 용매를 제거하여 얻은 상아색 점액 상태의 농축된 혼합물을 바로 정제과정의 원료로 사용하였다. 약 90℃의 물중탕에서 상기 농축된 반응혼합물에 약 90℃의 증류수 60㎖를 가하였다. 이 때 혼합물은 탁한 백색의 물층과 투명한 미색 유기층의 두 층으로 분리되며, 이 혼합용액을 약 90℃의 물중탕에서 10분간 가열, 교반하였다. 교반을 멈춘 후, 상기 혼합액이 든 둥근 플라스크를 물중탕에서 꺼내어 상온에서 2시간동안 서서히 냉각하면 상층인 유기층이 결정화되기 시작하며, 다시 이 플라스크를 3.5∼4℃로 6시간 가량 냉장 보관하여 유기층을 모두 고체화하였다. 이 고체를 작은 크기로 부순 뒤 Schott사 제품의 3번 유리여과기를 이용하여 진공도 25 내지 35torr에서 여과하고, 다시 증류수 40㎖로 세척하였다. 여과된 고체를 상온에서 감압 건조하여 가스 크로마토그래피 분석 순도(GC 순도) 99% 이상의 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트 14.29g(수율 99.1%)을 얻었다.

(실시예 2)

반응 촉매로서 나트륨메톡사이드 8㎎을 사용하여 47시간동안 환류시켜 얻은 반응혼합물을 정제과정의 원료로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 GC 순도 99.1%의 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트 13.85g(수율 96.0%)을 얻었다.

(실시예 3)

반응용매로서 헥산 30㎖를 사용하여 43시간동안 환류시켜 얻은 반응혼합물을 정제과정의 원료로써 사용한 것을 제외하고는 상기한 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 GC 순도 99.2%의 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트 13.70g(수율 95.0%)을 얻었다.

(비교예 1)

2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 11.32g, 디메틸세바케이트 6.91g 및 반응촉매로서 나트륨메톡사이드 81㎎을 넣은 250㎖의 둥근 플라스크에 헵탄 30㎖를 넣었다. 리시버 부분에 별도의 헵탄을 가득 채운 용량 10㎖의 딘-스타크 콘덴서 및 환류 콘덴서를 상기 둥근 플라스크에 장착한 후 104℃로 가열하면서 상기 혼합물을 교반하여 24시간 동안 환류시켰다. 이어서, 90℃의 물중탕에서 진공도 25∼35torr로 감압하여 용매를 제거하여 얻은 혼합물을 바로 정제과정의 원료로 사용하였다. 상기 용매가 제거된 반응혼합물에 증류수 50㎖와 에틸에테르 50㎖를 가하고 교반한 후 유기층을 분리하였다. 수용액층을 에틸에테르 각각 30㎖씩으로 4회 추출하고, 유기층을 모두 합친 후 황산마그네슘으로 건조시켰다. 여과하여 얻은 여과액의 용매를 감압 제거한 후 생성된 고체상의 조반응물에 아세토니트릴 15㎖를 가하고 가열하여 완전히 용해시킨 다음 상온으로 서서히 냉각시켜 결정을 석출하였다. 이 혼합물을 약 4℃로 10시간 이상 냉각한 후 여과하여 얻어진 고체를 상온에서 감압 건조하여 가스 크로마토그래피 분석 순도(GC 순도) 88.6%의 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트 10.71g(수율 74.3%)을 얻었다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 정제 방법은 종래의 합성 반응 직후에 별도의 유기 용매를 사용하는 것과는 달리, 증류수만 사용하여 직접 반응 생성물의 농축물에서 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체를 정제할 수 있다. 따라서, 기존의 재결정이나 추출 등의 조작을 거치지 않으므로, 정제과정이 간소화되고 조작이 간편하며 능률적이다. 또한, 재결정에 필요한 유기 용매를 사용하지 않으므로 경제적이고, 자원을 절약할 수 있으며, 환경오염을 방지할 수 있으면서, 기존의 방법들에 비하여 높은 수율로 고순도 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체를 수득할 수 있다.

Claims (11)

1. 하기 화학식(1)의 화합물과 화학식 (2)의 화합물 및 촉매를 반응 용매에서 반응시켜 반응 생성물을 얻고;

   상기 반응 생성물을 물중탕에서 감압 농축하고;

   상기 농축물에 증류수를 가한 후;

   상기 혼합물을 가열 교반하여 두 개의 액층으로 이루어진 혼합물을 얻고;

   상기 혼합물을 냉각하여 고형물을 얻은 뒤;

   상기 고형물을 분쇄하고 감압 여과한 후 세척하고;

   상기 고형물을 감압 건조하는;

   공정을 포함하는 화학식(3)의 2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디놀 에스테르 유도체의 정제 방법.

   [화학식 1]

   [화학식 2]

   [화학식 3]

   (상기 식에서 R은 C₁∼C₈알킬, R₁은 C₁∼C₁₈알킬, C₃∼C₆시클로알킬, 페닐, C₇∼C₈아랄킬, R₂는 수소, 히드록시, 메틸이다)
2. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식(1) 화합물과 화학식(2) 화합물 사용량의 비율은 1: 2.2∼2.4 당량인 정제 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 반응용매는 헵탄, 헥산 등의 지방족 탄화수소계 용매 또는 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소계 용매로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것인 정제 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 물중탕의 온도는 70∼100℃도인 정제 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 물중탕의 온도는 85∼95℃인 정제 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 여과물에 가하는 증류수의 양은 0.05∼1.0M인 정제 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 증류수의 양은 0.25∼0.5M인 정제 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 증류수를 가한 혼합물을 가열하는 공정은 80∼100℃의 물중탕에서 실시하는 것인 정제 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 물중탕의 온도는 85∼95℃인 정제 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 고형물을 상온의 온도에서 결정화가 완결될 때까지 보관하는 공정을 더욱 포함하는 정제 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 고형물을 보관하는 온도는 3∼5℃인 정제 방법.