KR20030064115A - 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터(2-cyano-2-chloro-2-phenyl ester)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 2-시아노 페닐 에틸 에스터(2-cyano phenyl ethyl ester)와 차아할로겐산 수용액을 상전이 촉매하에서 반응시켜 치환반응, 레포마스키(reformasky) 반응, 위티그(wittig) 반응, 중합반응 등의 유기합성에서 중요한 중간체로 사용될 수 있는 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터의 제조방법에 관한 것이다.

Description

2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터의 제조방법 {METHOD FOR PREPARING OF 2-CYANO-2-CHLORO-2-PHENYL ESTER}
본 발명은 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터(2-cyano-2-chloro-2-phenyl ester)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 2-시아노 페닐 에틸 에스터(2-cyano phenyl ethyl ester)와 차아할로겐산 수용액을 상전이 촉매하에서 반응시켜 치환반응, 레포마스키(reformasky) 반응, 위티그(wittig) 반응, 중합반응 등의 유기합성에서 중요한 중간체로 사용될 수 있는 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터의 제조방법에 관한 것이다.
α-할로 에스터(α-halo ester)는 유기합성에서 중요한 중간체로서 2-아릴-2-클로로 말로닉 디에스터(2-aryl-2-choloro malonic diester)가 대표적이다. 상기 α-할로 에스터는 치환반응, 레포마스키(reformasky) 반응, 위티그(wittig) 반응, 중합반응 등의 반응에서 촉매로 사용되는 등 그 활용정도가 높다. 그러나, 현재 상기와 같은 반응에 이용될 수 있는 다양한 치환체를 갖는 3차 할로겐 화합물의 합성은 매우 제한적인 실정이다.
2-아릴-2-클로로 말로닉 디에스터의 합성방법으로 문헌(J. Chem. Soc., 50.1607(1928))에는 0 ℃의 온도에서 사염화탄소(CCl4)로부터 말로네이트(malonate)를 염화 기체와 반응시켜 합성하는 방법에 대하여 개시하고 있으며, 다른 문헌(J. Org. Chem., 43. 3687(1978))에서는 α-할로 에스터 합성에 있어서 -78 ℃의 온도조건에서 소디움하이드라이드(NaH)를 이용하여 사염화탄소(CCl4)와 사브롬화탄소(CBr4)를 이용하여 합성하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 또한 다른 문헌(J. Chem. Reasearch 156-157. 5. 1988)에서는 2-페닐 말로네이트(2-phenyl malonate)를 염화 음이온(Cl-) 존재하에서 망간(Ⅲ) 아세테이트(Mn(Ⅲ) acetate)와 반응시켜 합성하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 그러나, 상기의 방법들은 수득률, 반응조건, 순도면 등에서 대량생산에는 적합하지 않다는 문제점이 있다.
한편, 미국특허 제 5,777,152호에서는 차아염소산(NaOCl)을 이용하여 2-아릴-2-클로로 말로닉 디에스터(2-aryl-2-choloro malonic diester)를 합성하는 방법에 대하여 개시하고 있으나, 20∼50 ℃의 반응온도가 요구되며 반응시간이 길다는 문제점이 있다.
또한 종래에는 2-시아노 페닐 에틸 에스터(2-cyano phenyl ethyl ester)을 사용하여 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터를 제조하는 방법에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 반응 수득률 및 순도가 우수하며 반응시간을 현저히 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 치환반응,레포마스키(reformasky) 반응, 위티그(wittig) 반응, 중합반응 등의 유기합성에서 중요한 중간체로 사용될 수 있는 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터(2-cyano-2-chloro-2-phenyl ester)의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물과 차아할로겐산 수용액을 상전이 촉매하에서 반응시키는 단계를 포함하는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법을 제공한다:
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1, 및 화학식 2의 식에서,
Ar은 클로린, 알킬, 아릴, 알킬티오, 케토, 에스터, 아마이드, 에테르, 시아노, 포스페이트, 티오, 및 히드록시기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 1∼3 개의 방향족 환으로 구성된 아로마틱 또는 헤테로아로마틱이고,
X는 할로겐이고,
R은 탄소수 1∼8인 알킬을 포함하거나 포함하지 않는 적어도 4 개의 탄소 고리를 가지는 탄소수 8∼14의 시클로알킬, 케토, 에스터, 아마이드, 에테르, 티오, 또는 히드록시기이다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터의 제조방법에 대하여 연구하던 중, 상전이 촉매하에서 2-시아노 페닐 에틸 에스터와 차아할로겐산 수용액을 반응시킨 결과, 반응 수득률 및 순도가 우수하고 반응시간을 현저히 단축할 수 있음을 확인하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 화학식 2로 표시되는 화합물로부터 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 화학식 1의 식에서 Ar로 사용될 수 있는 헤테로 아로마틱은 O, N, S를 포함하는 것이 바람직하며, 그 예로는 치환체를 포함하거나 포함하지 않는 피롤리딘, 인돌, 이미다졸, 카바졸, 벤지이미다졸, 또는 피페리딘 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조는 다음의 반응식을 통해 제조된다.
[반응식]
대표적인 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터(2-cyano-2-chloro-2-phenyl ester)이다.
[화학식 3]
본 발명에 사용되는 상기 차아할로겐산 수용액은 차아염소산(NaOCl, hypochlorite) 수용액 또는 차아브롬산 수용액인 것이 바람직하다.
상기 차아염소산(NaOCl, hypochlorite) 수용액은 차아염소산 염의 수용액, 또는 서스펜젼 상태의 용액을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 알카리토금속 차아염소산 염의 수용액을 사용하는 것이다. 또한 칼슘(Ca), 칼륨(K) 등의 금속 염의 용액도 사용할 수 있다. 또한 상기 차아브롬산 수용액은 차아브롬산 염의 수용액, 또는 서스펜젼 상태의 용액을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 알칼리토금속 차아브롬산 염의 수용액을 사용하는 것이다. 이외에도 반응에 적절한 용액에 관하여 제한을 두지 않는다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 차아할로겐산 수용액은 1:1 내지 1:3의 몰비로 반응시키는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1:1 내지 1:1.5의 몰비로 반응시키는 것이다. 또한, 반응 종결 후 남은 차아할로겐산나트륨은 디설파이드나트륨 수용액으로 제거할 수 있으므로 과량의 차아할로겐산 수용액을 사용하여도 무방하다.
본 발명에 사용되는 상기 상전이 촉매는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 합성시간을 단축하고 수율을 향상시키는 역할을 하며, 2-시아노 페닐 에틸 에스터에 대하여 0.5 내지 5 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 상전이 촉매로는 도데실설페이트, 알칼리 알킬 포스페이트, 알킬 설포석시네이트, 알릴설포네이트, 비닐설포네이트, 알킬 아릴 설포네이트, 알킬 설포네이트, 에톡실화 알킬설페이트, 알킬설페이트, 또는 지방산비누 등의 음이온성 유화제; 할라이드 알킬 암모늄, 알릴암모늄, 비닐암모늄, 알킬 아릴 암모늄, 알킬 술폰니윰, 또는 알킬 포스포늄 등의 양이온성 유화제; 또는 폴리히드릭 알코올, 글리세린, 또는 폴리에틸렌글리콜 등의 비이온성 유화제를 사용할 수 있으며, 반응 시작 전 또는 중간에 첨가하는 것이 좋다.
또한 본 발명의 반응에 사용가능한 용매로는 물과 섞일 수 있는 용매는 모두 사용가능하며, 바람직하게는 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부틸로니트릴 등의 니트릴계 용매를 사용하는 것이다.
본 발명의 제조방법은 5 내지 50 ℃의 온도, 및 pH 8∼14의 조건에서 반응시키는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5 내지 30 ℃의 온도에서 반응시키는 것이다.
본 발명의 제조방법에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 수득률과 순도는 부생성물인 수산화나트륨(NaOH)을 산 수용액에 의하여 소진됨으로써 개선할 수 있다. 상기 산 수용액으로는 염산, 황산, 인산 등의 산완충용액, 포믹산, 모노크롤로산, 디클로로산, 트리클로로산, 모노프로피오닉 산, 디프로피오닉 산, 트리프로피오닉 산 등의 유기산, 또는 염소산, 이산화탄소 등의 기체형태의 산을 수용액 상태로 사용할 수 있다.
본 발명의 제조반응은 여러 가지 방법으로 수행할 수 있으며, 그 예로는 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 또는 차아할로겐산 수용액을 일정범위의 pH를 유지하면서 적가하는 방법이나, 차아할로겐산 수용액에 상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 염소산 수용액을 일정범위의 pH를 유지하면서 적가하여 방법으로 반응을 진행시킬 수 있다. 또한 반응이 종결된 후에는 층 분리가 쉽게 이루어지므로 후처리 과정 후에 감압증류를 통하여 유기용매를 제거하고, 생성물도 감압 분별증류를 통하여 고순도의 생성물을 얻을 수 있다. 본 발명은 그 방법에 제한을 두지 않는다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
차아염소산나트륨 12% 수용액(0.161mmol) 60 g을 반응기에 넣고 용액의 온도를 20 ℃로 하고, 반응기에 드롭핑 펀넬(dropping funnel), pH 측정기, 염소산 10% 수용액 주입장치를 장치하였다. 염소산 10% 수용액으로 pH를 13으로 조절한 후, 용매인 아세토니트릴 5 g 및 상전이 촉매인 도데실설페이트나트륨(SDS, (20% 수용액) 1.21 g을 가하였다.
2-시아노 페닐 에틸 아세토 아세테이트(0.134mol) 25.38 g를 적가 장치를 통하여 10 ℃의 온도와 13∼14의 pH를 유지하면서 1 시간 동안 적가하였다. 적가 후 1 시간 동안 교반하고, 반응 종결 후 남아있는 과염소산나트륨을 나트륨설페이트로반응을 종결하였다. 반응이 종결되면, 물과 디에틸 에테르로 추출하여 마그네슘설페이트(MgSO4)로 수분을 제거하고, 유기용매를 감압증류하였다. 이를 감압분별증류하여 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터를 20.22 g을 제조하였다(수득률 68%).
실시예 2∼5, 및 비교예 1∼2
하기 표 1의 조성에 따라 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터를 제조하였다.
구분 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2
NaOCl(12% 수용액, g) 60 60 60 60 60 60
아세토니트릴 (g) 5 5 5 5 5 5
도데실설페이트나트륨 (g) 1.21 1.21 1.21 1.21 - -
pH 13∼14 13∼14 13∼14 13∼14 13∼14 13∼14
온도 10 ℃ 30 ℃ 40 ℃ 50 ℃ 30 ℃ 40 ℃
반응완결시간1) 3 시간 1.7 시간 1.5 시간 1.5 시간 25 시간 15 시간
수득률 (%) 64 67 63 55 47 53
[주] 1) 반응완결시간 - 반응물을 적가하는 시간(1 시간)을 포함한 시간임
실시예 6
차아염소산나트륨 12% 수용액(0.145mmol) 90 g을 반응기에 넣고 용액의 온도를 20 ℃로 하고, 반응기에 드롭핑 펀넬(dropping funnel), pH 측정기, 염소산 20% 수용액 주입장치를 장치하였다. 염소산 20% 수용액으로 pH를 13으로 조절한 후, 용매인 아세토니트릴 5 g 및 상전이 촉매인 도데실설페이트나트륨(SDS, (20% 수용액) 1.21 g을 가하였다.
2-시아노 페닐 에틸 아세토 아세테이트(0.134mol) 25.38 g를 적가 장치를 통하여 20 ℃의 온도와 10∼11의 pH를 유지하면서 30 분 동안 적가하였다. 적가 후30 분 동안 교반하고, 반응 종결 후 남아있는 과염소산나트륨을 나트륨설페이트로 반응을 종결하였다. 반응이 종결되면, 물과 디에틸 에테르로 추출하여 마그네슘설페이트(MgSO4)로 수분을 제거하고, 유기용매를 감압증류하였다. 이를 감압분별증류하여 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터를 17.46 g을 제조하였다(수득률 65%).
실시예 7∼9
하기 표 2의 조성에 따라 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 실시하여 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터를 제조하였다.
구분 실시예 7 실시예 8 실시예 9
NaOCl(12% 수용액, g) 90 90 90
아세토니트릴 (g) 10 10 10
도데실설페이트나트륨 (g) 1.21 1.21 1.21
pH 12∼13 11∼12 10∼11
온도 20 ℃ 20 ℃ 20 ℃
반응완결시간 2.5 시간 2.5 시간 2 시간
수득률 (%) 71 68 67
실시예 10
차아염소산나트륨 12% 수용액(0.193mmol) 90 g을 반응기에 넣고 용액의 온도를 20 ℃로 하고, 반응기에 드롭핑 펀넬(dropping funnel), pH 측정기, 염소산 20% 수용액 주입장치를 장치하였다. 염소산 20% 수용액으로 pH를 13으로 조절한 후, 용매인 아세토니트릴 5 g 및 상전이 촉매인 도데실설페이트나트륨(SDS, (20% 수용액) 1.21 g을 가하였다.
아세토니트릴 20 g으로 희석시킨 2-시아노 페닐 에틸 아세토아세테이트(0.160mol) 30.4 g를 적가 장치를 통하여 20 ℃의 온도와 13∼14의 pH를 유지하면서 1 시간 동안 적가하였다. 적가 후 1 시간 동안 교반하고, 반응 종결 후 남아있는 과염소산나트륨을 나트륨설페이트로 반응을 종결하였다. 반응이 종결되면, 물과 디에틸 에테르로 추출하여 마그네슘설페이트(MgSO4)로 수분을 제거하고, 유기용매를 감압증류하였다. 이를 감압분별증류하여 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터를 22.73 g을 제조하였다(수득률 64%).
실시예 11∼13
하기 표 3의 조성에 따라 상기 실시예 10과 동일한 방법으로 실시하여 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터를 제조하였다.
구분 실시예 11 실시예 12 실시예 13
NaOCl(12% 수용액, g) 120 120 120
아세토니트릴 (g) 20 20 20
도데실설페이트나트륨 (g) 세틸트리메틸암모늄브로마이드 소듐라우릴설페이트 폴리옥시메틸렌 라우릴 에테르
pH 13∼14 13∼14 13∼14
온도 20 ℃ 20 ℃ 20 ℃
반응완결시간 2.5 시간 2 시간 2 시간
수득률 (%) 55 61 65
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 2-시아노 페닐 에틸 에스터(2-cyano phenyl ethyl ester)로부터 제조한 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터(2-cyano-2-chloro-2-phenyl ester)는 반응 수득률 및 순도가 우수하며 반응시간을 현저히 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 치환반응, 레포마스키(reformasky) 반응, 위티그(wittig) 반응, 중합반응 등의 유기합성에서 중간체로 사용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 하기 화학식 2로 표시되는 화합물과 차아할로겐산 수용액을 상전이 촉매하에서 반응시키는 단계를 포함하는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법:
    [화학식 1]
    [화학식 2]
    상기 화학식 1, 및 화학식 2의 식에서,
    Ar은 클로린, 알킬, 아릴, 알킬티오, 케토, 에스터, 아마이드, 에테르, 시아노, 포스페이트, 티오, 및 히드록시기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 치환기로 치환되거나 치환되지 않은 1∼3 개의 방향족 환으로 구성된 아로마틱 또는 헤테로아로마틱이고,
    X는 할로겐이고,
    R은 탄소수 1∼8인 알킬을 포함하거나 포함하지 않는 적어도 4 개의 탄소 고리를 가지는 탄소수 8∼14의 시클로알킬, 케토, 에스터, 아마이드, 에테르, 티오, 또는 히드록시기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 식의 헤테로 아로마틱이 O, N, S를 포함하는 치환체를 포함하거나 포함하지 않는 피롤리딘, 인돌, 이미다졸, 카바졸, 벤지이미다졸, 또는 피페리딘인 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차아할로겐산 수용액이 차아염소산 수용액 또는 차아브롬산 수용액인 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상전이 촉매가 도데실설페이트, 알칼리 알킬 포스페이트, 알킬 설포석시네이트, 알릴설포네이트, 비닐설포네이트, 알킬 아릴 설포네이트, 알킬 설포네이트, 에톡실화 알킬설페이트, 알킬설페이트, 지방산비누, 할라이드 알킬 암모늄, 알릴암모늄, 비닐암모늄, 알킬 아릴 암모늄, 알킬 술폰니윰, 알킬 포스포늄, 폴리히드릭 알코올, 글리세린, 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 하기 화학식 3으로 표시되는 2-시아노-2-클로로-2-페닐 에스터(2-cyano-2-chloro-2-phenyl ester)인 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법:
    [화학식 3]
    상기 화학식 3의 식에서,
    R은 탄소수 1∼8인 알킬을 포함하거나 포함하지 않는 적어도 4 개의 탄소 고리를 가지는 탄소수 8∼14의 시클로알킬, 케토, 에스터, 아마이드, 에테르, 티오, 또는 히드록시기이다.
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