KR20030032301A

KR20030032301A - 벤젠 디올의 모노카르보닐화 방법

Info

Publication number: KR20030032301A
Application number: KR1020010064008A
Authority: KR
Inventors: 이연수; 김범태; 민용기; 박노균; 김기호; 김기수
Original assignee: 주식회사 바이오랜드; 한국화학연구원
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2003-04-26
Also published as: US6933403B2; KR100453590B1; WO2003033449A1; US20040260114A1

Abstract

본 발명은 정밀화학 산업에서 널리 유용한 하기 화학식(II)의 벤젠 디올의 모노카르보닐화 방법에 관한 것으로 화학식(II)의 벤젠 디올을 무수산 혹은 카르보닐할라이드를 이용하여 고 수율로 모노카르보닐화 벤젠 디올을 제조하는 방법이다. 특히 염기를 사용하지 않는 것을 특징으로 한다 .

상기식에서, R은 수소 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬기 또는 사이클로알킬기, 아릴기, 또는 1 내지 15의 알콕시, 아릴옥시 및 디알킬아미노, 알킬아릴아미노기, 디아릴아미노기를 나타내며, X는 염소, 아세톡시 등 이탈기를 의미한다.

Description

벤젠 디올의 모노카르보닐화 방법{Mono carbonylation of Benzene diols}

본 발명은 벤젠 디올의 모노카르보닐화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정밀화학 산업에 널리 사용되는 하이드로퀴논의 보호화 반응으로 하이드로퀴논을 무수산 혹은 카르보닐할라이드로 고 수율이고 염기사용 없이 반응시켜 모노보호화된 벤젠 디올을 제조하는 방법에 관한 것이다.

벤젠 디올은 두 개의 동등한 하이드록실 그룹을 갖고 있어 한쪽에만 선택적으로 치환체를 도입하는 것이 까다롭다. 특히 모노아세틸 하이드로퀴논은 미백제로 사용되는 아르부틴의 제조 시 중요한 중간체로 사용되는 화합물 (대한민국 특허 출원 번호 : 제 2000-27129, 미국특허출원 번호: 09/838841)이다. 따라서 산업적으로 유용한 비대칭으로 치환된 벤젠 디올 유도체 제조시 모노카르보닐화 벤젠 디올은 효과적으로 사용된다.

벤젠 디올의 모노카르보닐화의 한 예로 하이드로퀴논의 모노아세틸화시키는 방법으로는 다음과 같이 여러 방법이 알려져 있다.

1. Eur. Pat. Appl. EP 178,929, Celenase사.

2. Eur. Pat. Appl. EP 167,464, Rhone-Poulenc사.

3. Chem. Ind. (London),1982, (24), 1000 Sterling-Winthrop사

Celenase사의 1)의 방법은 페놀을 아세틸화하여 얻어진 페닐아세테이트를 후리스 이동 반응시켜 4-아세틸 페놀을 합성후 과산화수소로 베이어-빌리거 산화시켜 4-아세틸하이드로퀴논을 합성하는 방법이다. 이 방법에서는 후리스 이동 반응 단계에서 다루기 힘든 불화수소를 쓸 뿐만 아니라 산화반응 단계의 수율이 60% 이하로 저조하다.

Rhone-Poulenc사의 2)의 방법은 하이드로드로퀴논을 과량의 디아세틸 하이드로퀴논과 에스테르 교환반응으로 모노아세틸 하이드로퀴논을 합성하는 방법이지만 과량으로 사용된 디아세틸 하이드로퀴논을 분리하는 공업적인 방법이 용이하지 않다.

Sterling-Winthrop사의 3)의 방법은 하이드로퀴논을 무수산과 유기 염기 존재 하에서 반응시키는 방법이다. 이 방법은 하이드로퀴논에는 2개의 동일한 하이드록시 그룹이 존재하므로 하이드로퀴논을 모노아실화하는 경우에 일반적인 아실화 방법을 사용하면 모노아실화 된 화합물이 생성될 뿐만 아니라 하이드로퀴논에 디아실화 된 하이드로퀴논이 다량 생성되어 수율이 저조할 뿐만 아니라 반응 중에 염기를 사용하므로 생성되는 산과 반응하여 염이 생성된다. 그 염를 제거하기 위하여 필수적으로 물로 세척해야하므로 폐수가 다량 발생하는 문제점을 갖고 있다.

앞에서 설명한 바와 같이 위에서 열거한 방법들은 경제적이며 공업적으로 모노카르보닐화 벤젠 디올을 제조하는 방법으로는 만족스럽지 못하다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유ㆍ무기 염기 없이 고 수율이며 제조공정이 간단하게 벤젠 디올을 모노보호화하는 새롭고 경제적인 방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 하기 반응식 (1)에 나타낸 바와 같이 화학식 (II)의 하이드로퀴논과 화학식 (III)의 무수산 혹은 카르보닐할라이드를 유기 혹은 무기염기 없이 유기 용매에서 반응시키는 것에 의해 달성된다.

화학반응식 1

상기 화학반응식 (I)에서, R은 수소 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬기 또는 사이클로알킬기, 또는 방향족 및 알콕시, 아릴옥시 및 디알킬아미노, 알킬아릴아미노기, 디아릴아미노기를 나타내며, X는 염소, 아세톡시 등 이탈기를 의미한다.

과량의 벤젠 디올/아세트산 용액에 무수산 혹은 카르보닐할리이드를 가함으로써 치환된 아실그룹은 벤젠환의 전자밀도를 감소시켜 디카르보닐 하이드로퀴논의 생성을 억제하여 모노카르보닐 하이드로퀴논을 합성하는 방법이다. 이때 과량 사용된 벤젠 디올은 강한 극성물질이므로 비극성용매로 처리하면 용이하게 회수될 뿐만 아니라 얻고자 하는 모노카르보닐 벤젠 디올도 순수하게 정제된다.

벤젠 디올의 양은 사용하는 무수산 혹은 카르보닐할라이드에 비해 1.1-10당량을 사용할 수 있으나 2-5당량 사용하는 것이 바람직하다.

반응온도로는 상온에서 300^oC까지 사용할 수 있으나, 50^oC에서 150^oC에서 사용하는 것이 바람직하다.

반응용매로는 테트라하이드로 푸란, 1,4-디옥산, 아세트산 , 벤조산, 아세토니트릴, 에틸렌글리콜 디에틸에테르, 에틸렌글리콜 디부틸에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르 등 반응온도에서 하이드로퀴논을 녹일 수 있는 용매를 사용 할 수 있다.

본 발명을 하기 실시예에 의해 자세히 설명한다. 하기 실시 예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 특허의 내용이 실시예에 국한되는 것은 아니다.

실시예 1.

모노아세틸 하이드로퀴논의 제조

하이드로퀴논 220g(2mol)을 아세트산 500㎖에 녹인 110^oC 용액에, 교반하면서 아세트산 무수물 102g(1mol)을 1시간에 걸쳐 적가하였다. 반응혼합물을 110^oC에서 2시간 정도 유지한 후, 아세트산을 진공 증류하여 회수하였다. 반응물에 톨루엔 lℓ를 가하여 미반응의 녹지 않는 과량의 하이드로퀴논을 여과하여 회수하였다(회수량 110g, 정제과정 없이 재사용하였다). 여과액을 진공 증발시켜 원하는 모노아세틸 하이드로퀴논을 얻었다. 수율: 149.1g (98%). mp: 60-62^oC,¹H-NMR(200MHz, CDCl₃, ppm) 2.25 (s, 3H), 5.78 (br, 1H), 6.70 (d, 2H), 6.88 (d, 2H).

실시예 2.

모노아세틸 레조르시놀의 제조

레조르시놀 220g(2mol)을 아세트산 500㎖에 녹인 110^oC 용액에, 교반하면서 아세트산 무수물 102g(1mol)을 1시간에 걸쳐 적가하였다. 반응혼합물을 110^oC에서 2시간 정도 유지한 후, 아세트산 을 진공증류하여 회수하였다. 톨루엔 lℓ를 가하여 미반응의 녹지 않는 과량의 레조르시놀을 여과하여 회수하였다 (회수량 110g, 정제과정 없이 재사용하였다). 여과액을 진공 증발시켜 원하는 모노아세틸 레조르시놀을 얻었다. 수율: 149.7g(98%). mp: oil.¹H-NMR(200 MHz, CDCl₃, ppm) 2.29 (s, 3H), 6.53-6.67 (m, 4H), 7.18 (t, 1H).

실시예 3.

모노아세틸 카테콜의 제조

카테콜 220g(2 mol)을 아세트산 500㎖에 녹인 110^oC 용액에, 교반하면서 아세트산 무수물 102g(1 mol)을 1시간에 걸쳐 적가하였다. 반응혼합물을 110^oC에서 2시간 정도 유지한 후, 아세트산을 진공 증류하여 회수하였다. 톨루엔 lℓ를 가하고 0^oC로 냉각 후, 미반응의 녹지 않는 과량의 카테콜을 여과하여 회수하였다(회수량 110 g, 정제과정 없이 재사용하였다). 여과액을 진공증발 시켜 원하는 모노아세틸 카테콜을 얻었다. 수율: 149.0g(98%). mp: oil.¹H-NMR(200MHz, CDCl₃, ppm) 2.33 (s, 3H), 5.81 (br, 1H), 6.83-7.18 (m, 4H).

실시예 4

모노벤조일 하이드로퀴논의 제조

하이드로퀴논 220g (2 mol)을 디에틸렌글리콜 디부틸에테르 500㎖에 녹인 110^oC 용액에, 교반하면서 벤조일클로라이드 140.5g(1 mol)을 1시간에 걸쳐 적가하였다. 반응 혼합물을 110^oC에서 2시간 정도 유지한 후, 디에틸렌글리콜 디부틸에테르를 진공증류하여 회수한다. 반응물에 메틸렌클로라이드 lℓ를 가하여 미반응의 녹지 않는 과량의 하이드로퀴논을 여과하여 회수하였다 (회수량110 g, 정제과정 없이 재사용하였다). 여과액을 진공 증발시켜 원하는 모노벤조일 하이드로퀴논을 얻었다. 수율: 207.0g(97%). mp: 160-162^oC,¹H-NMR(300 MHz, CDCl₃, ppm) 5.80 (br, 1H), 6.72 (d, 2H), 6.89 (d, 2H), 7.44-7.48 (m, 1H), 7.49-7.56 (m, 1H), 8.16(d, 2H).

실시예 5

모노에톡시카르보닐 하이드로퀴논의 제조

하이드로퀴논 220g(2 mol)을 아세트산 500㎖에 녹인 110^oC 용액에, 교반하면서 에틸클로로포르메이트 108.5g(1 mol)을 1시간에 걸쳐 적가하였다. 반응혼합물을 110^oC에서 2시간 정도 유지한 후, 아세트산을 진공 증류하여 회수하였다. 반응물에 메틸렌클로라이드 lℓ를 가하여 미반응의 녹지 않는 과량의 하이드로퀴논을 여과하여 회수하였다(회수량 110g, 정제과정 없이 재사용하였다). 여과액을 진공 증발시켜 고체를 여과하여 원하는 모노에톡시카르보닐 하이드로퀴논을 얻었다. 수율: 164.6g(98%). mp: 81-82^oC,¹H-NMR(200 MHz, CDCl₃, ppm) 1.38 (t,3H), 4.31 (q, 2H), 5.57 (br, 1H) 6.72 (d, 2H), 6.98 (d, 2H).

실시예 6

모노N,N-디메틸카르바밀 하이드로퀴논의 제조

하이드로퀴논 220g(2 mol)을 아세트산 500㎖에 녹인 110^oC 용액에 교반하면서 디메틸카르바밀 클로라이드 107.5g(1 mol)을 1시간에 걸쳐 적가하였다. 반응혼합물을 110^oC에서 2시간 정도 유지한 후, 아세트산 을 진공 증류하여 회수하였다.반응물에 메틸렌클로라이드 lℓ를 가하여 미반응의 녹지 않는 과량의 하이드로퀴논을 여과하여 회수하였다(회수량 110g, 정제과정 없이 재사용하였다). 여과액을 진공 증발시켜 원하는 모노N,N-디메틸카르바밀 하이드로퀴논을 얻었다. 수율: 178.6g(98%). mp: 144-146^oC,¹H-NMR(200MHz, CDCl₃, ppm) 3.05 (d, 6H), 6.59 (d, 2H), 6.80 (br, 1H) 6.82 (d, 2H).

본 발명에 의해 1) 유ㆍ무기 염기를 사용하지 않고 2) 디카르보닐 하이드로퀴논의 생성을 최소화하고 3) 폐수를 배출하지 않으며 4) 고 수율로 산업적으로 유용한 모노보호화 하이드로퀴논을 얻을 수 있다.

Claims

하기 화학식(II)의 화합물인 벤젠 디올과 하기 화학식 (III)의 화합물인 무수산 혹은 카르보닐할라이드를 유ㆍ무기 염기를 사용하지 않고 반응시켜 하기 화학식 (I)의 모노카르보닐 벤젠 디올을 제조하는 방법.

상기 식에서, R은 수소 또는 탄소 수 1 내지 15의 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 알콕시, 아릴옥시, 디알킬아미노기, 알킬아릴아미노기, 또는 디아릴아미노기 나타내며, X는 염소, 아세톡시 등 일반적인 이탈기를 의미한다.
제 1 항에 있어서, 상기 화학식 (II)의 화합물인 벤젠 디올을 상기 화학식 (III)의 아실화 화합물에 비하여 과량으로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 화학식 (II)의 화합물인 벤젠 디올을 상기 화학식 (III)의 아실화 화합물 1당량에 대해 1.1-20당량으로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 과량으로 사용되는 화학식 (II)의 화합물인 벤젠 디올을 상기 화학식 (III)의 아실화 화합물 1당량에 대해 2-5당량으로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 미반응의 상기 화학식 (II)의 화합물인 벤젠 디올은 비극성 용매를 사용하여 회수하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 비극성용매는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에테르, 헥산, 피트로리움 에테르, 메틸렌클로라이드, 및 클로로포름으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 용매인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 테트라하이드로 푸란, 1,4-디옥산, 아세트산, 아세토니트릴 에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜 디부칠에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 및 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 용매를 반응용매로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.