KR20000040689A - 파라-디옥사논의 정제 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파라-디옥사논의 정제 방법에 관한 것이다.

즉, 본 발명의 파라-디옥사논의 정제 방법은,

(a) 용매에 파라-디옥사논 혼합물을 용해시켜 혼합 용액을 제조하는 단계;

(b) 상기 혼합 용액으로부터 파라-디옥사논을 결정화 시키는 단계;

(c) 반응 혼합물에 비하여 순도가 높은 파라-디옥사논 결정체를 얻기 위하여 여과하는 단계;

(d) 상기 (c) 단계에서 여과한 파라-디옥사논을 (a) 내지 (c)단계를 반복하여 재결정하는 단계; 및

(e) 상기 단계에서 얻어진 최종의 결과물을 감압하에서 이소프로판올을 제거하고 고순도의 파라-디옥사논을 증류하는 단계로 이루어지되 특히 상기 파라-디옥사논 혼합물을 용해시키는 용매로서 지방족 알코올을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 정제 방법은, 지방족 알코올 용매를 사용한 재결정과 감압 증류과정을 통하여 순도 99.97 중량% 이상으로 파라-디옥사논을 정제할 수 있고, 또한 수득율 면에서도 기존의 지방족 에스테르 용매를 사용했을 때의 30 중량% 보다 월등히 높은 48 중량%의 수득율로 파라-디옥사논을 얻을 수 있다.

Description

파라-디옥사논의 정제 방법

본 발명은 파라-디옥사논의 정제방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 파라-디옥사논을 용해시키는 용매로서 지방족 알코올을 사용함으로써 높은 수득율로 고순도 파라-디옥사논을 얻을 수 있는 정제 방법에 관한 것이다.

상기 파라-디옥사논 모노머로 합성된 고분자들은 흡수성 외과용 제품으로 사용되고 있고 또한 수술용 봉합사를 제조하는데 사용되고 있다. 도디(Doddi)는 무엇보다도 강한 폴리(파라-디옥사논) 원사를 만들기 위해서는 아주 고순도의 파라-디옥사논 모노머가 요구된다고 미국특허 제 5,391,768호에서 기술하고 있지만 구체적으로 고순도 정제 방법에 대한 언급이 없다.

또한, 고분자들을 만드는 많은 특허(예를 들면, 미국특허 제 4,643,191, 4,646,741, 4,788,979, 4,838,269, 5,047,048, 5.007,929, 5,076,807, 5,080,656호)들이 있으나 이들 특허들도 파라-디옥사논의 정제 방법에 관한 언급은 없다.

미국특허 제 3,020,289호는 분별 증류에 의한 연속 정제 방법을, 미국특허 제 3,063,967호에서는 질소조건하에서 증류를 하고 있으나 이러한 단순 증류 정제는 중합하기에 부적합한 낮은 순도의 파라-디옥사논만이 얻어지게 된다.

그래서, 좀더 순도를 높이려는 연구가 진행되었으며 미국특허 제 5,391,707호에서는 반응 혼합물에 들어있는 디에틸렌글리콜을 벤질 브로마이드와 반응시켜 끓는점이 파라-디옥사논에 비해 월등히 높은 유도체로 만들어 디에틸렌글리콜을 쉽게 제거하는 증류 정제 방법을 기술하고 있다.

그러나, 반응 혼합물에는 디에틸렌글리콜 이외의 무수히 많은 불순물이 혼합되어 있어 단순히 증류만으로는 기타 불순물들이 제거되지 않기 때문에 고순도의 파라-디옥사논을 얻기가 불가능하다.

이에, 좀더 고순도 파라-디옥사논을 얻는 방법으로는 미국특허 제 5,391,768호에서 용매를 사용한 파라-디옥사논 정제 방법이 제시되었으며, 여기에서는 지방족 에스테르 용매에 파라-디옥사논을 녹여 재결정시키는 방법을 사용하여 상대적으로 순도가 높은 파라-디옥사논을 30 중량% 수득율로 얻고 있다.

그러나, 상기 특허에서 사용한 용매 에틸 아세테이트의 경우, 온도를 -30℃까지 내려야 하며, 또한 상온에서 여과할 수 없는 관계로 상온에서 작업하기가 어렵고 수득율이 낮은 단점을 가지고 있다.

이 밖에도 용매를 사용하지 않고 반응 혼합물을 곧바로 냉각시켜 파라-디옥사논을 결정화시키고 남은 여액을 버리고 다시 결정을 녹여 결정화시키는 과정을 수회 반복하여 순도 99 중량%까지 얻을 수 있는 방법으로 미국특허 제 5,675,022호에서 기술하고 있으나, 실제 분자량이 큰 고분자를 합성하기 위해서는 이 보다 훨씬 높은 순도의 파라-디옥사논이 요구되고 있다.

본 발명의 방법은 어떠한 방법에 의해서 만들어진 파라-디옥사논도 정제할 수 있다. 파라-디옥사논은 미국특허 제 2,142,033, 2,900,395, 3,119,840, 4,070,375, 4,116,821호 등의 방법에 의해서 준비되어질 수 있다.

상기 파라-디옥사논은 디에틸렌 글리콜로부터 탈수소화 반응을 통하여 얻을 수 있으며 여러 의료용 고분자 원료 물질로 사용되고 있다. 보다 높은 고분자량의 폴리(파라-디옥사논) 고분자를 얻기 위하여, 고순도의 파라-디옥사논이 요구되고 있는데 미국특허 제 5,391,768호은 에틸 아세테이트 용매를 사용하여 파라-디옥사논을 재결정시키는 과정과 증류를 통하여 상대적으로 순도가 높은 파라-디옥사논을 30 중량% 수득율로 얻었다.

그러나, 상기 특허에서 사용한 용매 에틸 아세테이트의 경우 -3℃(용해온도, 표 1참조) 근처에서 파라-디옥사논이 모두 용해되기 때문에 상온에서 작업이 어렵고 수득율이 낮은 단점을 가지고 있다.

이에 본 발명자들은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 정제의 연구를 거듭한 결과, 파라-디옥사논 혼합물을 용해시키는 용매로서 지방족 알코올을 사용할 경우 99.97 중량% 이상의 고순도 파라-디옥사논을 높은 수득율로 얻을 수 있음을 발견하여 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명의 파라-디옥사논의 정제 방법은,

(a) 파라-디옥사논 혼합물을 용매에 용해시켜 혼합 용액을 제조하는 단계;

(b) 상기 혼합 용액으로부터 파라-디옥사논을 결정화 시키는 단계;

(c) 상기 혼합물에 비하여 순도가 높은 파라-디옥사논 결정체를 얻기 위하여 여과하는 단계;

(d) 상기 (c) 단계에서 여과한 파라-디옥사논을 (a) 내지 (c)단계를 반복하여 재결정하는 단계; 및

(e) 상기 단계에서 얻어진 최종의 결과물을 감압하에서 이소프로판올을 제거하고 고순도의 파라-디옥사논을 증류하는 단계로 이루어지되 상기 파라-디옥사논 혼합물을 용해시키는 용매로서 지방족 알코올을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 에틸 아세테이트 등의 알킬 에스테르 용매를 사용하지 않고 파라-디옥사논을 재결정시키기 위하여 지방족 알코올을 사용한 것을 특징으로 하고, 재결정시킨 고체를 증류하여 높은 수득율로 고순도 파라-디옥사논을 얻는 정제 방법인 것이다.

상기 단계(a)에서 사용된 지방족 알코올은 메탄올, 에탄올 또는 이소프로판올 등을 포함하며, 이중에서 가장 바람직하게는 이소프로판올이다.

상기 용매에 용해시키는 파라-디옥사논 혼합물의 양은 파라-디옥사논을 제조하기 위하여 사용된 반응에 따라 용매 1 리터당 400 내지 1,800g를 혼합한다. 상기 파라-디옥사논을 제조하기 위하여 디에틸렌글리콜이 사용되었을 경우에는 용매 1 리터당 400 내지 2,000g을 혼합하는 것이 좋다. 상기 혼합 용액은 18℃ 내지 50℃에서 준비하고 저어서 균일한 용액으로 만든다.

상기 단계(b)는 상기 혼합 용액으로부터 파라-디옥사논을 결정화시키는 단계로서, 상기 사용된 지방족 알코올에서 결정들이 용해되는 온도는 다음의 표 1에서 보여주는 바와 같이 메탄올 -10℃, 에탄올 3℃, 이소프로판올 18℃이고, 상기 온도에서 결정들이 완전히 용해되므로, 상기 기재된 온도이하에서 결정이 형성됨을 알 수 있다.

상기 결정화 단계는 상온에서 용액을 준비하여 우선 17℃ 근처로 온도를 내린 후, 상기 파라-디옥사논 결정체를 용액 1 리터당 1 내지 10g 첨가하거나, 그냥 저어서 결정을 형성시키고 용액 온도를 7 내지 24시간에 걸쳐 서서히 내려가면서 결정을 형성시키고, 최종적으로 -20℃까지 온도를 내려 결정을 형성시킨다.

상기 결정을 형성시키기 위해서, 파라-디옥사논 핵(seed)을 첨가하는 경우에 세 용매에서 모두 결정이 형성되었으나, 파라-디옥사논 핵의 첨가 없이 단지 저온에서 저어 준 경우, 에탄올과 메탄올에서는 결정이 형성되지 않았으며, 이소프로판올에서는 핵의 첨가 없이 저온에서 흔들어준 결과 결정이 생성되었다.

상기 단계(c)는 상기 형성된 파라-디옥사논 결정체를 여과하는 하는 단계로서, 상온에서 여과 시험을 해본 결과 이소프로판올을 용매로 사용한 경우, 성공적으로 여과를 할 수 있었고, 상기 파라-디옥사논 결정체들이 녹지 않고 형태를 그대로 유지하고 있어 세척을 용이하게 하여서, 고순도의 파라-디옥사논을 높은 수득율로 얻을 수 있었으나, 상기 메탄올이나 에탄올 및 에틸 아세테이트를 용매로 사용한 경우, 여과하는 동안에 많은 결정체들이 녹거나 결정체 형태들이 변형되는 관계로 불순물을 제거하기 위하여 세척이 가능하지 않았다.

상기와 같은 결과는 다음의 표 1에서 보여주는 용매에 따른 파라-디옥사논의 녹는점과 아주 밀접한 관계를 가지고 있어서, 상온에서의 여과 가능성은 이소프로판올의 경우가 가장 용이하고 또한 이소프로판올에서 파라-디옥사논을 재결정하면 디에틸렌글리콜 뿐만 아니라 다른 불순물까지 제거할 수 있다.

상기 단계(d)는 상기 파라-디옥사논 결정체의 순도를 높이기 위한 재결정 단계로서, 상기 (a) 내지 (c)단계를 1 내지 10회 반복하여서 얻은 파라-디옥사논 결정체는 이소프로판올, 파라-디옥사논, 하이드록시산 및 디에틸렌 글리콜 등의 불순물이 혼합되어 있다.

상기 단계(e)는 상기 단계(d)에서 얻어진 최종의 결과물을 감압하에서 이소프로판올을 제거하고, 고순도의 파라-디옥사논을 증류하는 단계로서, 상기 최종의 결과물은 파라-디옥사논과 이소프로판올의 비율이 가장 높으며, 이 결과물을 상기와 같이 감압 증류하면, 순도 99.97 중량%의 파라-디옥사논을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 다음의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

상기 디에틸렌 글리콜 3,900㎖과 크롬산 구리(copper-chromite) 60g를 6시간 동안 환류시켜 얻은 반응 혼합물을 증류하여 파라-디옥사논 70 중량%(디에틸렌 글리콜 28 중량%, 기타 분순물) 혼합물을 얻었다. 이하 모든 실시예는 이 파라-디옥사논 혼합물을 사용하여 정제 시험을 실시하였다.

실시예 1 파라-디옥사논의 여과 실험

상기 제조된 파라-디옥사논 혼합물 100g를 300㎖ 용매(아세톤, 에틸아세테이트, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올)에 각각 용해시켜 제조한 용액을 -14℃로 온도를 내린 후, 순수한 파라-디옥사논 결정체 1g씩 첨가한 경우와 파라-디옥사논 결정체를 첨가하지 않고 용액을 단지 저어 얻은 결과를 표 1에 정리하였다. 상기 결정체 생성량은 이소프로판올〉에탄올〉메탄올〉에틸 아세테이트 용매의 순서였고, 아세톤에서는 결정이 전혀 생성되지 아니하였다. 또한 상기 파라-디옥사논 결정체를 첨가하지 않고 단지 용액을 저어 준 경우에 이소프로판올을 용매에서만 결정이 생성되는 것을 알 수 있었다.

그리고, 여과 시험을 한 결과 이소프로판올을 용매를 여과하고 남은 파라-디옥사논 : 이소프로판올(1:1) 결정체는 상온에서도 녹지 않고 결정체 모양을 그대로 유지하고 있어 상온에서도 용이하게 여과를 할 수 있는 반면에, 에탄올, 메탄올 및 에틸 아세테이트 용매들의 경우에는 상온에서 여과하고 남은 파라-디옥사논에 묻어 있는 용매에 의해서 녹아 내리는 현상을 보이며 상온에서 여과가 여의치 않았다.

각 용매에서의 녹는 온도를 알아 본 결과, 다음 표 1에서 보여주는 것처럼 이소프로판올의 경우 18℃인 반면에 다른 용매들은 3℃ 이하의 낮은 온도에서 모두 파라-디옥사논이 녹는 현상을 보여주었다.

표 1

용매에 따른 파라-디옥사논(PDO) 재결정 (혼합 용액 100㎖/용매 300㎖)

내용	이소프로판올(IPA)	에탄올(EtOH)	에틸아세테이트(EtOAc)	메탄올(MeOH)	아세톤(Acetone)	파라-디옥사논(PDO)
-14℃	결정체 생성	맑은 용액	맑은 용액	맑은 용액	맑은 용액	결정체
핵(Seed) 첨가	결정체 생성	결정체 생성	결정체 생성	결정체 생성	맑은 용액
결정체 생성량	많음	많음	작은 양	작은 양	결정 없음
용해 온도	18℃	3℃	-4℃	-10℃		25℃
상온 여과	가능	불가능	불가능	불가능
불순물 제거	매우 양호	양호

실시예 2 파라-디옥사논의 순도 및 수득율

상기 제조된 파라-디옥사논 혼합물 2,000g와 이소프로판올 3ℓ를 8ℓ 용기에 담아 용액 온도를 17℃로 내리고 파라-디옥사논 결정체를 1g 첨가한 후, 서서히 온도를 -20℃까지 내려가면서 결정화시키고 형성된 결정체들을 상온에서 여과한 후, -20℃로 미리 냉각시킨 이소프로판올 용매로 각각 100㎖씩 사용하여 3회 세척하여 얻은 생성물은 1,360g 이었으며, 가스크로마토 그래피로 찍은 결과는 10 중량%(이소프로판올) : 88 중량%(파라-디옥사논) : 0.15 중량%(디에틸렌 글리콜)이었다. 상기 1차 재결정 시켜 얻은 생성물 1,360g를 8ℓ 비이커에 옮겨 담고 이소프로판올 3ℓ를 첨가하여 파라-디옥사논을 용해시켜 얻은 용액의 온도를 17℃로 내렸고, 상기 파라-디옥사논 결정체를 1g 첨가한 후 서서히 온도를 -20℃까지 내려가면서 결정화 시키고, 형성된 결정체들은 상온에서 여과한 후, -20℃로 미리 냉각시킨 이소프로판올 용매를 각각 100㎖씩 사용하여 3회 세척하여 얻은 생성물은 1,200g이었으며, 9.3 중량%(이소프로판올) : 90 중량%(파라-디옥사논) : 0.05 중량%(디에틸렌 글리콜)으로 구성되었다. 상기 2차 재결정으로 얻은 1,200g를 비그러스 칼럼이 장착된 3ℓ 3구-플라스크에 비등석과 함께 넣고 감압하에 증류한 결과, 순도 99.98 중량%의 파라-디옥사논 1,000g(50% 수득율)를 얻을 수 있었다.

실시예 3 파라-디옥사논의 순도 및 수득율

상기 제조된 파라-디옥사논 혼합물 2,000g와 이소프로판올 3ℓ를 8ℓ 용기에 담아 용액 온도를 16℃로 내리고 파라-디옥사논 결정체 첨가 없이 막대로 저어주어, 상기 파라-디옥사논 결정들을 일정량 생성시킨 후, 서서히 온도를 -20℃까지 내려가면서 추가로 결정화시키고, 형성된 결정체들을 상온에서 여과한 후, -20℃로 미리 냉각시킨 이소프로판올 용매로 각각 100㎖씩 사용하여 3회 세척하여 얻은 생성물은 1,440g 이었으며, 15 중량%(이소프로판올) : 83 중량%(파라-디옥사논) : 2.4 중량%(디에틸렌 글리콜)으로 구성되었다. 상기 1차 재결정 시켜 얻은 생성물 1,440g를 8ℓ비이커에 옮겨 담고 이소프로판올 3ℓ를 첨가하여 파라-디옥사논을 용해시켜 얻은 용액의 온도를 16℃로 내리고 파라-디옥사논 결정체를 첨가 없이 막대로 저어주어 파라-디옥사논 결정을 일정량 생성시킨 후, 서서히 온도를 내려가면서 추가로 결정화시키고, 형성된 결정체들을 상온에서 여과한 후, 온도를 -20。Ｃ로 미리 냉각시킨 이소프로판올을 용매로 각각 100㎖씩 사용하여 3회 세척하여 얻은 생성물은 1,270g 이었으며, 17 중량%(이소프로판올) : 82.9 중량%(파라-디옥사논): 0.08 중량%(디에틸렌 글리콜) 였다. 상기 2차 재결정으로 얻은 1,270g를 비그러스 칼럼이 장착된 3ℓ의 3구-플라스크에 비등석과 함께 넣고, 감압하에 증류한 결과, 순도 99.97 중량%의 파라-디옥사논 980g(49% 수득율)를 얻을 수 있었다.

실시예 4 파라-디옥사논의 이용

실시예 2 및 3에서 얻은 파라-디옥사논 10g과 촉매 틴옥테이트 0.2㎖(0.029 몰, 톨루엔 용액)를 각각의 유리관에 넣고, 진공을 걸어 1 토르(torr) 이하에서 2시간 동안 유지시킨 다음, 질소로 충진시켜 80。C 온도에서 3일간 중합시켜 점도 2.5 정도의 폴리 파라-디옥사논을 얻었으며 이들 고분자들은 섬유를 제조하는데 적합하다. 이들 고분자는 기타 의료용 고분자들에 사용되어질 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 지방족 알코올 용매를 사용한 재결정과 감압 증류과정을 통하여 순도 99.97 중량% 이상으로 파라-디옥사논을 정제할 수 있고, 또한 본 발명은 수득율 면에서도 기존의 지방족 에스테르 용매를 사용했을 때의 30 중량% 보다 높은 적어도 35 중량% 이상의 수득율로 파라-디옥사논을 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. (a) 파라-디옥사논 혼합물을 용매에 용해시켜 혼합 용액을 제조하는 단계;

   (b) 상기 혼합 용액으로부터 파라-디옥사논을 결정화 시키는 단계;

   (c) 상기 혼합물에 비하여 순도가 높은 파라-디옥사논 결정체를 얻기 위하여 여과하는 단계;

   (d) 상기 (c) 단계에서 여과한 파라-디옥사논을 (a) 내지 (c)단계를 반복하여 재결정하는 단계; 및

   (e) 상기 단계에서 얻어진 최종의 결과물을 감압하에서 이소프로판올을 제거하고 고순도의 파라-디옥사논을 증류하는 단계로 이루어지는 파라-디옥사논의 정제 방법에 있어서,

   상기 파라-디옥사논 혼합물을 용해시키는 용매로서 지방족 알코올을 사용하여서 됨을 특징으로 하는 파라-디옥사논의 정제 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 지방족 알코올은 메탄올, 에탄올 또는 이소프로판올인 것을 특징으로 하는 파라-디옥사논의 정제 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 파라-디옥사논 혼합물과 지방족 알코올의 무게비는 0.4 : 1 내지 2 : 1인 것을 특징으로 하는 파라-디옥사논의 정제 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 파라-디옥사논 혼합물을 결정화시키는 단계 및 여과 시키는 단계는 18。C 이하의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 파라-디옥사논의 정제 방법.