KR20040029390A - 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올의 연속 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 I) 니트로메탄과, 포름알데히드 및 알칼리 수산화물을 함유하는 1종 또는 2종의 수용액을, 포름알데히드 대 니트로메탄의 몰비는 1.9∼2.2:1, 알칼리 수산화물 대 니트로메탄의 몰비는 0.95:1∼1.1:1로 하여 혼합하여 제1 냉각 반응 구역으로 연속적으로 공급하는 단계; II) 단계 I)에서 형성된 반응 혼합물을 제1 반응 구역으로부터 연속적으로 제거하여 브롬과 함께 하나 이상의 제2 냉각 반응 구역으로 바로 연속 공급하는 단계; 및 III) 단계 II)에서 형성된 수성 반응 혼합물로부터 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올을 분리하는 단계를 포함하는, 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올의 연속 제조 방법에 관한 것이다.

Description

2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올의 연속 제조 방법{METHOD FOR THE CONTINUOUS PRODUCTION OF 2-BROMO-2-NITRO-1,3-PROPANEDIOL}

2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올은 약칭으로 브로노폴이라고도 불리며 제약류, 세면용품류, 화장품류 및 가사용품류에서 소독제 및 방부제로서 사용되는 경제적으로 매우 중요한 살생물제이다.

2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올은 일반적으로 염기 존재 하에 포름알데히드를 사용하여 니트로메탄을 비스히드록시메틸화하여 2-니트로프로판-1,3-디올에 상응하는 염을 형성하는 단계, 및 이것을 브롬과 반응시켜서 2-브로모-2-니트로프로판-1,3-디올을 형성하는 단계에 의해 제조된다(하기 화학식 1 참조).

화학식 1:

M = 1가 양이온, 예컨대 Na, K, 1/2 Ca

R = H, 알킬

반응식 1에 도시된 제1 반응 단계는 일반적으로 알칼리 금속 수산화물 또는 알칼리 금속 알콕시드를 사용하여 수성 또는 수성/알콜 용매 중에서 수행하며, 이를 통해 반응식 1에 도시된 2-니트로프로판-1,3-디올의 염 용액을 얻고, 이 용액은 후에 브롬 용액에 첨가한다. 이에 대해서는 예를 들어 Den Otter의 문헌[Rec. Trav. Chim. Pays Bas, 57권, 1938, 13-24면]에 기재되어 있다.

주요 문제점은 2-브로모-2-니트로프로판-1,3-디올이 알칼리 매질 중에서 분해되는 경향이 있다는 것이다. 또, 두 반응 단계 모두 강한 발열 반응이다. 따라서 반응을 통제된 방식으로 수행하는 것이 중요하다. 이러한 이유로 종래 기술의 방법은 통상 묽은 용액만을 사용하여 수행한다.

반응 단계의 강한 발열성으로 인하여 지금까지는 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올의 연속 제조 방법은 제어할 수 없는 것으로 간주되었다. 이러한 이유로 지금까지 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올은 반응을 제어된 방식으로 수행할 수 있는 회분 공정으로만 제조하였다.

본 발명은 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올의 연속 제조 방법에 관한 것이며, 이 방법은 니트로메탄을 포름알데히드 및 알칼리 금속 수산화물과 반응시키는제1 단계 및 제1 단계에서 형성된 반응 혼합물을 브롬과 반응시키는 제2 단계를 포함한다.

도 1: 반응관에 반응물을 도입하기 위한 바람직한 장치구성의 도해.

도 1a: 서로 연결된 도 1에 따른 다수의 어셈블리의 개략도.

도 2: 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올의 연속 제조 방법의 순서도.

도 1은 반응관(1)을 포함하는 원통다관형 반응기의 일부분의 세로 횡단면을 도시한 것이다. 상기 반응관(1)의 말단에는 제2 관(2)이 삽입되어 있고, 제2 관(2)은 배출구(3)를 포함하며, 이 배출구(3)의 횡단면적은 반응관 돌출부의 횡단면적보다 작다. 관(2)의 외벽은 관(1)의 내벽과 함께 제2 배출구(4)를 형성한다. 정적 혼합 부재(7), 예를 들어 Suzler SMX 패킹 부재가 배출구(4)와 (3)의 바로 근방에 위치한다. 관(1) 및 (2)는 챔버(5) 및 (6)[도시하지 않음]에 연결된다. 화살표(A)는 수성 포름알데히드 및 수산화나트륨의 공급 스트림을 나타내는 것이고, 화살표(B)는 니트로메탄의 공급 스트림을 나타내는 것이다.

도 1a는 도 1에 도시된 다수의 어셈블리를 포함하는 원통다관형 장치구성의 일부분을 개략적으로 도시한 것이다. 혼합 부재(7)가 구비된 다수의 반응관(1)은 판(8)로부터 돌출해 있다. 다수의 관(2)는 판(9)로부터 돌출하여 관(1)로 향한다. 판(9)와 판(8)은 함께 챔버(5)를 형성하며, 이 챔버(5)에는 반응물 용액 또는 반응물의 도입을 위한 공급 라인이 구비된다. 또, 판(9)와 캡(10)은 함께 챔버(6)을 형성하며, 이 챔버(6)에는 반응물 또는 반응물 용액의 공급 라인이 구비된다.

도 2는 본 발명에 따른 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올의 제조 방법의 순서도를 도시한 것이다. 이 순서도에 따르면 니트로메탄 스트림(11)이 챔버(6)을 통해 원통다관형 반응기(R1)로 도입된다. 원통다관형 반응기(R1)는 도 1 또는 도 1a에 도시된 바와 같이 배열된 다수의 반응관을 포함한다. 수산화나트륨의 수용액(스트림 12) 및 포름알데히드 수용액(스트림 13)은 혼합기(14)에서 합쳐져서 챔버(15)를 통해 반응기(R1)로 공급된다. 반응기(15)로부터 나온 생성물은 챔버(5)를 통해 바로 반응기(R2)로 바로 수송된다. 반응기(R2)는 반응기(R1)과 반응기 형태가 유사하며, 역시 도 1 및 도 1a에 도시된 다수의 어셈블리를 포함하고 있다. 브롬(16)은 챔버(6')을 통해 반응기(R2)로 공급된다. 그 후 반응기(R2)로부터 나온 생성물(17)이 결정화 구역(도시하지 않음)으로 수송된다. 반응기(R1) 및 반응기(R2) 둘 다 냉각 시스템(도시하지 않음)에 연결된다.

본 발명자들은 대략 화학량론적 요구량으로 포름알데히드 수용액 및 알칼리 금속 수산화물 수용액을 니트로메탄과 혼합하면서 제1 반응 구역으로 공급하는 단계, 이 반응 구역으로부터 반응 용액을 연속적으로 회수하여 브롬과 함께 바로, 즉 반응 용액을 분리하지 않고 반응 용액과 브롬을 혼합하면서 제2 냉각 반응 구역으로 공급하는 단계 및 형성된 수성 반응 혼합물로부터 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올을 분리하는 단계에 의하면 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올을 연속적으로 제조할 수 있다는 놀라운 사실을 발견하였다.

따라서 본 발명은

i) 포름알데히드 및 알칼리 금속 수산화물을 포함하는 1종 또는 2종의 수용액과 니트로메탄을 혼합하면서 제1 냉각 반응 구역으로 연속적으로 공급하는 단계로서, 이때 포름알데히드 대 니트로메탄의 몰비는 1.9∼2.2:1이고, 알칼리 금속 수산화물 대 니트로메탄의 몰비는 0.95:1∼1.1:1인 단계,

ii) 제1 반응 구역으로부터 단계 i)에서 형성된 수성 반응 혼합물을 연속적으로 회수하고, 회수 후 바로 브롬과 함께 혼합하면서 하나 이상의 제2 냉각 반응 구역으로 연속적으로 공급하는 단계, 및

iii) 단계 ii)에서 형성된 수성 반응 혼합물로부터 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올을 분리하는 단계

를 포함하는, 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올의 연속 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 목적상 수용액 또는 수성 반응 혼합물은 용매가 물, 또는 물과 수혼화성 불활성 유기 용매의 혼합물인 용액/혼합물이며, 물이 주요 구성성분으로서, 즉 물/용매 혼합물의 50 부피% 이상, 바람직하게는 80 부피% 이상, 특히 95 부피% 이상을 구성한다. 적합한 수혼화성 불활성 용매는 C₁-C₄-알콜, 예컨대 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올 및 tert-부탄올이다. 바람직한 예에서는 용매로서 물이 사용된다.

본 발명의 방법에서는, 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올의 제조 공정의 제1 단계 i)의 냉각된 반응 구역 내에서 반응물을 철저히 혼합하는 것이 중요하다. 철저한 혼합은 제2 단계 ii)에서도 중요하다. 혼합은 바람직하게는 액체의 연속 혼합에 적합한 장치에 의해 액체 반응물을 제1 반응 단계, 또 바람직하게는 제2 반응 단계로 공급하여 수행한다. 장치 크기가 비교적 작은 경우에는, 반응물의 혼합은, 예를 들어 서로 직접 인접해 있는 두개의 액체 스트림 주입구를 통해 액체 스트림을 와류시키면서 액체 반응물을 반응기에 도입하는 방식으로 수행할 수도 있다. 이러한 방법은 반응기 용량(개별 반응 구역의 용량)이 1000 ㎖ 이하, 바람직하게는 200 ㎖ 이하인 실험실용 장치 및 미니플랜트에 특히 유용한 것으로 확인되었다.

액체의 연속 혼합을 위한 장치(혼합 부재)는 반응기 구조에 따라 제트 혼합기, 정적 혼합기 또는 동적 혼합기의 형태일 수 있다. 이러한 혼합기는 당분야에 공지되어 있으며, 예를 들어 울만 공업화학 백과사전 5판(CD-ROM, WILEY-VCH, 1997, Weinheim)의 H.-J. Henzler, "Continuous Mixing of Fluids"에서 찾아볼 수 있다. 구체적으로 관형 반응기 구조인 경우에는 정적 혼합기, 즉 정지 내부구조를 포함하는 혼합기를 사용하는 것이 바람직하다. 정적 혼합기는 다수의 편향판 또는충돌판의 배열, 망상형 내부구조, 예를 들어 Koax 혼합기 또는 Sulzer 유형 SMX, SMV, SMR, SMF 또는 SMXL, 또는 Kenics, Fix-Mix, Lightning 또는 Helax 혼합기의 경우에서와 같이 나선형 내부구조, 또는 다양한 유형의 정적 혼합기의 조합을 포함할 수 있다.

반응 구역의 구조는 난류 상태가 그 구역 전체에 형성되도록 하는 구조로 하는 것이 유리한 것으로 확인되었다. 이때 관형 반응기, 예를 들어 관형 반응기 또는 원통다관형(shell-and-tube) 반응기를 사용하는 것이 특히 유용한 것으로 확인되었다. 또, 이러한 반응기 형상을 이용하면 다량의 반응열을 쉽게 제거할 수 있다. 반응관은 횡단면이 원형 또는 타원형일 수 있다. 반응기의 크기는 일반적으로 반응관의 길이 대 직경의 비가 100:1∼1000000:1, 바람직하게는 100:1∼10000:1, 특히 250:1∼1000:1 범위가 되도록 한다. 반응관의 횡단면이 타원형인 경우 관 직경은 주축과 부축의 평균이 된다. 반응기의 관은 직선형의 구조일 수 있으나, 이들은 또한 하나 이상의 만곡된 관 부분을, 예컨대 굴곡 방향이 교번하는 다수의 연속 굴곡이 있는 관 부분을 가질 수 있다. 후자의 반응기는, 예를 들어 WO 98/08602에 개시되어 있으며, 이 문헌은 본원에서 참고로 인용한다.

본 발명에 따르면 반응 구역을 냉각시키는데, 즉 반응기에는 냉각 장치가 설치되어 있다. 기본적으로, 냉각액을 사용하는 모든 유형의 외부 냉각 장치, 예컨대 재킷 냉각기, 반응기 벽에 위치된 냉각 코일 또는 냉각조가 여기에 적합하다. 원통다관형 열 교환기의 형태, 즉 액체 냉매가 그 둘레를 통과하는 관 다발 형태로 반응기를 구성하는 것이 특히 유리하다. 적합한 냉매는 기본적으로 공지된 모든 냉매이며, 특히 냉각 염수 또는 액체 암모니아가 바람직하다.

본 발명에 따르면 관형 반응기는 액체 반응물 주입구 바로 근방에 하나 이상의 혼합 부재를 포함한다. 물론, 관형 반응기는 반응관을 따라 다른 지점에 추가 혼합기, 특히 정적 혼합기를 포함할 수 있다.

본 발명의 방법에서는 알칼리 금속 수산화물 및 포름알데히드를 상기 두 성분을 포함하는 수용액 또는 별도의 수용액으로서 반응 구역에 공급할 수 있다. 니트로메탄은 임의의 한 지점에서 반응 구역에 공급할 수 있으나, 다수의 지점에서도 공급할 수 있다. 니트로메탄은 항상 액체의 혼합에 적합한 장치에 의해 공급한다. 이러한 방식으로 니트로메탄과 다른 반응물의 수용액 또는 반응 구역 내에 존재하는 반응 혼합물과의 철저한 혼합이 확보된다.

니트로메탄 및 다른 액체 반응물의 적어도 일부분은 서로 매우 인접한 곳에 하나 이상의 혼합 부재 바로 근방에 위치된 2개 또는 3개의 배출구를 통해 주입하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라 바람직한 관형 반응기 구조의 경우에는 이러한 2개 또는 3개의 주입구가 반응관의 한쪽 말단에 배치된다. 액체 혼합에 적합한 하나 이상의 장치를 상기 말단에 배치하기도 한다.

이러한 장치의 바람직한 구체예에서 니트로메탄 주입구 및 포름알데히드 및 알칼리 금속 수산화물 주입구는 함께 중심 배출구 및 이 중심 주입구 둘레에 동심원식으로 배치된 제2 배출구를 갖는 노즐을 형성한다. 이러한 배출구의 형상은 크게 중요하지 않으며, 이들은 단면이 원형 또는 환형 또는 타원형일 수 있다. 이 노즐의 배출구는 이들의 횡단면적의 비가 이를 통해 수송되는 대량의 흐름의 단면적의 비에 거의 상응하도록 하는 크기를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 장치구성에서는 니트로메탄은 중심 배출구를 통해, 포름알데히드와 알칼리 금속 수산화물을 포함하는 수용액은 중심 개구 둘레에 동심원식으로 배치된 배출구를 통해 반응 구역의 혼합 부재에 의해 공급하는 것이 바람직하다. 이러한 장치구성은 관형 반응기 형태의 경우에 특히 바람직하며, 이 형태가 본 발명의 바람직한 형태이다.

이러한 구체적인 장치구성의 특히 바람직한 구체예를 도 1에 도시된 관형 반응 구역에 대하여 나타내었다.

본 발명의 방법에 적합한 알칼리 금속 수산화물은 구체적으로 수산화나트륨 및 수산화칼륨이다. 수산화나트륨을 사용하는 것이 특히 바람직하다.

알칼리 금속 수산화물과 포름알데히드를 별도의 수용액으로 공급할 경우 알칼리 금속 수산화물 및 포름알데히드의 상기 수용액 중의 농도는 매 경우 용액의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 10∼50 중량%, 특히 15∼30 중량%의 범위이다. 상기 성분들이 공통의 용액을 통해 도입된다면 포름알데히드 및 알칼리 금속 수산화물의 총 농도는 용액의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 10∼50 중량%, 특히 15∼30 중량%이다. 니트로메탄은 그 상태로 제1 반응 구역으로 도입되는 것이 바람직하다.

포름알데히드 및 알칼리 금속 수산화물의 농도는, 니트로메탄, 포름알데히드 및 알칼리 금속 수산화물의 몰비 설정값에 상응하도록, 제1 반응 단계의 반응 혼합물 중의 니트로메탄 또는 이의 반응 생성물의 농도 범위는 1∼10 mol/l, 특히 1.2∼5 mol/l, 특히 바람직하게는 1.5∼4 mol/l가 되도록 선택하는 것이 바람직하다.따라서 공급된 총 스트림 중의 니트로메탄의 비율은 스트림의 총 부피를 기준으로 바람직하게는 약 60∼600 g/l, 특히 7.5∼300 g/l, 특히 바람직하게는 90∼250 g/l 또는 5.3∼53 부피%, 특히 6.6∼26.5 부피%, 특히 바람직하게는 8.0∼22.1 부피%이다.

본 발명에 따르면 반응물은, 니트로메탄을 기준으로 10% 이하의 과량의 알칼리 금속 수산화물 및 포름알데히드를 전술한 바와 같이 대략 화학량론적 요구량으로 제1 반응 단계로 공급하는데, 이때 상기 성분들은 약간 부족한 양을 사용할 수도 있다. 본 발명의 목적상 반응물의 상기한 화학량론적 양은 몰을 기준으로 한 것이다. 그러나 니트로메탄을 기준으로 등몰량 이상으로 포름알데히드 및 알칼리 금속 수산화물을 사용하는 것이 바람직하며, 바람직하게는 0.5∼10 mol%, 특히 2∼7.5 mol%의 약간 과량으로 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 포름알데히드 대 니트로메탄의 몰비 범위는 바람직하게는 2.01:1∼2.2:1, 특히 2.05:1∼2.15:1이며, 알칼리 금속 수산화물 대 니트로메탄의 몰비 범위는 1.01:1∼1.1:1, 특히 1.02:1∼1.07:1이다.

제1 반응 구역 내 반응 온도는 반응 구역을 냉각시켜 40℃ 이하로 유지하는 것이 바람직하다. 특히, 제1 반응 구역 내에서의 반응은 10∼40℃, 특히 바람직하게는 15∼30℃, 특히 20∼25℃에서 수행한다.

본 방법에서는 제1 반응 구역 내 반응물의 체류 시간을 매우 짧게, 바람직하게는 3분 이하로, 예컨대 5초∼3분, 특히 10초∼1분, 특히 바람직하게는 10초∼45초, 매우 바람직하게는 10초∼30초로 하는 것이 유리한 것으로 확인되었다.

그 후 제1 반응 구역에서 형성된 2-니트로프로판-1,3-디올의 알칼리 금속염의 용액을 즉시, 즉 중간 저장 단계 없이 바로 제2 반응 구역으로 공급한다. 본 발명에 따르면 액체 혼합에 적합한 하나 이상의 장치에 의해 상기 용액을 브롬과 함께 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 이때 정적 혼합기를 사용하는 것이 바람직하다. 2-브로모-2-니트로프로판-1,3-디올을 함유하는 수성 반응 혼합물은 제2 반응 구역으로부터 수월하게 연속적으로 회수하거나, 또는 다수의 반응 구역이 존재하는 경우에는 마지막 반응 구역으로부터 목적 생성물을 분리한다.

제2 반응 구역 역시 관형 구조를 갖는 것이 바람직하다. 따라서 제2 반응 구역 역시 관형 반응기 또는 원통다관형 반응기 형태인 것이 바람직하다.

반응 단계 i)에서 형성된 수성 반응 혼합물 및 브롬은 바람직하게는 서로 가까이 위치하며 혼합 부재에 바로 인접해 있는 두개의 주입 지점을 통해 첨가한다. 또한 이때, 단계 i)로부터 형성된 반응 수용액 및 브롬을, 제1 중심 배출구 및 이 중심 배출구 둘레에 동심원식으로 배치된 제2 배출구를 갖는 노즐을 통해 액체 혼합에 적합한 장치에 의해 반응 구역, 바람직하게는 반응관에 공급하는 장치구성이이 바람직하다. 구체적으로, 단계 i)로의 반응물 도입에 대해 상세히 설명했던 장치구성, 예를 들어 도 1 및 1a에 도시된 장치구성을 사용한다. 이러한 장치구성에서는 브롬은 바람직하게는 중심 배출구를 통해 첨가하며, 반응 수용액은 중심 배출구 둘레의 제2 환형 배출구를 통해 첨가한다.

제2 단계에 공급되는 브롬의 양은 실질적으로 화학량론적 요구량에 상응하는 양이며, 이때 브롬은 일반적으로 20 mol%를 초과하지 않는 약간의 과량 또는 약간부족한 양으로 사용될 수도 있다. 화학량론적 양의 계산을 위해, 니트로메탄 사용량을 기준으로 이용한다. 사용된 니트로메탄을 기준으로 등몰량 이하, 특히 약간 부족한 양의 브롬을 사용하는 것이 유리한 것으로 확인되었다. 따라서 제1 단계에서 사용된 브롬 대 니트로메탄의 몰비는 바람직하게는 1.8:1∼1.99:1, 특히 1.9:1∼1.95:1이다.

제2 반응 구역 내 반응 혼합물의 온도는 집중적인 냉각에 의해 40℃ 이하, 예를 들어 5∼40℃, 특히 10∼30℃로, 특히 바람직하게는 15∼25℃로 유지하는 것이 바람직하다.

제2 반응 구역 내 반응물의 체류 시간은 3분을 넘지 않게, 바람직하게는 10초∼3분, 특히 10초∼2분, 특히 바람직하게는 15초∼1분으로 하는 것이 유리하다.

제2 반응 구역으로부터 나온 수성 반응 혼합물은 일반적으로 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올 및 알칼리 금속 브롬화물의 수용액 형태로 존재한다. 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올을 분리하기 위해 형성된 반응 혼합물을 바람직하게는 5℃ 이하, 특히 0℃ 이하로 냉각시키는데, 이때 온도 하한치는 수성 반응 혼합물의 빙점에 의해 결정된다. 이 혼합물은 바람직하게는 -10∼-2℃ 범위의 온도로 냉각시킨다. 반응 혼합물 중에 존재하는 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올은 이러한 조건 하에서 완전히 유리질로 결정화되며 통상의 방법의 여과하여 분리할 수 있다. 추가 정제를 위해서는 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올을 바람직하게는 소량의 물과 유기 용매로 세척한다. 그 후 후속 건조에 의하면 대부분의 용도에 사용하기에 충분한 순도를 갖는 형태로 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올이 얻어진다. 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올의 추가 정제는, 예를 들어 물, 알콜, 예컨대 C₁-C₄-알콜, 예컨대 메탄올, 에탄올, n-프로판올 및 이소프로판올, 에테르, 예컨대 디에틸 에테르, 디이소프로필 에테르 및 메틸 tert-부틸 에테르, 염소화 용매 등으로부터의 재결정화에 의해 수행할 수 있다. 반응 용액의 증발, 재결정화의 반복 및/또는, 바람직하게는 알칼리 금속 브롬화물 또는 염화물(예, NaBr 또는 NaCl)을 사용한 염석을 실시하여 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올을 추가로 얻을 수 있다.

놀랍게도 본 발명의 방법에 의하면 종래 기술의 회분식 방법보다, 사용된 니트로메탄을 기준으로 상당히 더 높은 수율로 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올을 얻을 수 있다. 따라서 사용된 니트로메탄을 기준으로 한 선택성은 일반적으로 90% 이상, 특히 95∼99% 범위이다. 사용된 니트로메탄을 기준으로 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올의 수율은 일반적으로 이론 수율의 80% 이상이며, 85% 이상인 경우도 많다. 따라서 부산물의 형성이 더 적다. 본 발명의 방법은 또, 회분식 공정에서 사용해야만 하는 것과 같이 희석을 많이 한 용액을 사용할 필요가 없기 때문이 더 경제적이다. 또한 본 발명의 방법에서는 공간-시간 수율이 훨씬 더 크며, 일반적으로 종래 기술의 회분식 공정에서보다 100배 이상, 특히 200배 이상 더 커서, 회분식 공정에 필요한 것보다 훨씬 더 적은 용량의 반응기로 특정량의 목적 생성물을 제조할 수 있다. 이로 인해 플랜트 구축에 더 적은 양의 재료만이 요구되므로 경제성이 향상된다. 또한, 본 발명의 방법은 매우 정확한 방식으로 제어할 수 있다. 문헌에 의하면 종래 기술의 방법에서 요구되는 유기 용매의 사용이 본 발명의 방법에서는 필요하지 않다.

하기 도면 및 실시예는 본 발명의 범위를 제한하지 않고 본 발명을 예시한다.

I. 실험실 실험

연속적으로 연결된 코일이 감긴 두개의 테플론 반응관을 반응기로서 사용하였다. 제1 반응관은 약 15.7 ㎖의 반응기 용량에 상응하도록 길이는 5000 mm, 내경 은 2 mm였다. 제2 반응관은 9.4 ㎖의 반응기 용량에 상응하도록 길이는 3000 mm, 내경은 역시 2 mm였다. 제1 반응관은 한쪽 말단에 액체의 주입을 위한 주입구가 3개 있다. 다른쪽 말단은 액체 주입구가 구비된 연결 부분을 통해제2 반응관의 시작 지점으로 연결되어 있다. 제2 반응관의 자유 말단은 냉각된 수용기로 유도된다. 반응관(1)과 반응관(2) 둘 다 냉각조를 사용하여 냉각시켜서 제1 반응관(1)에서는 최대 반응기 온도인 +30℃를 넘지 않도록, 반응기(2)에서는 최대 온도 20℃를 넘지 않도록 하였다. 수용기는 -5℃로 냉각시켰다. 자동 적정기(메트롬 포지마츠; Metrohm Posimats)를 사용하여 20% 농도의 포름알데히드 수용액 3.43 ㎖/분, 니트로메탄 0.54 ㎖/분 및 20% 농도의 수산화나트륨 수용액 1.8 ㎖/분을 구비된 주입구를 통해 제1 반응기에 공급하였다. 약 50 ㎖를 공급한 후, 0.51 ㎖/분의 브롬을 메트롬 포지마트를 사용하여 두 개의 반응기 사이에 있는 연결 부분 내의 주입구를 통해 공급하였다. 냉각된 수용기에서 실질적으로 순수한 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올이 결정화되었으며, 이것을 여과에 의해 분리하였다. 목적 생성물의 수율은 사용된 니트로메탄을 기준으로 약 90%였다. 이것은 시간-공간 수율 4.3 kg/ℓ^-1h^-1에 해당하는 것이다.

Claims (14)

1. i) 포름알데히드 및 알칼리 금속 수산화물을 포함하는 1종 또는 2종의 수용액과 니트로메탄을 혼합하면서 제1 냉각 반응 구역으로 연속적으로 공급하는 단계로서, 이때 포름알데히드 대 니트로메탄의 몰비는 1.9∼2.2:1이고, 알칼리 금속 수산화물 대 니트로메탄의 몰비는 0.95:1∼1.1:1인 단계,

   ii) 제1 반응 구역으로부터 단계 i)에서 형성된 수성 반응 혼합물을 연속적으로 회수하여, 회수 후 바로 브롬과 함께 하나 이상의 제2 냉각 반응 구역으로 연속적으로 공급하는 단계, 및

   iii) 단계 ii)에서 형성된 수성 반응 혼합물로부터 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올을 분리하는 단계

   를 포함하는, 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올의 연속 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 제1 반응 구역 내에서의 반응물의 체류 시간은 3분 이하인 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 반응 구역은 관형 반응기 또는 원통다관형 (shell-and-tube) 반응기 형태인 방법.
4. 제3항에 있어서, 니트로메탄 및, 포름알데히드와 알칼리 금속 수산화물을 포함하는 수용액은 제1 중심 배출구 및 이 중심 배출구 둘레에 동심원식으로 배치된 제2 배출구를 갖는 노즐을 통해 액체의 혼합에 적합한 장치에 의해 반응관으로 공급하는 것인 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 i)에서 수산화나트륨을 사용하는 것인 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 반응 구역 내에서의 반응은 40℃ 이하에서 수행하는 것인 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 반응 구역은 관형 반응기 또는 원통다관형 반응기 형태인 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 포름알데히드와 알칼리 금속 수산화물의 수용액(들) 및 니트로메탄은 액체 혼합에 적합한 장치에 의해 제1 반응 구역으로 공급하는 것인 방법.
9. 제8항 또는 제9항에 있어서, 단계 i)에서 형성된 수성 반응 혼합물과 브롬은 액체 혼합에 적합한 장치에 의해 제2 반응 구역으로 공급하는 것인 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 혼합에 적합한 제1 및 제2 장치는 각각 정적 혼합기인 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 반응 구역 내에서의 반응물의 체류 시간은 3분 미만인 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 반응 구역 내에서의 반응은 30℃ 이하에서 수행하는 것인 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 단계에서 사용된 브롬 대 니트로메탄의 몰비 범위는 1.8:1∼1.99:1인 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 반응 구역으로부터의 생성물을 0℃ 이하로 냉각시키고, 이로 인해 결정화된 2-브로모-2-니트로-1,3-프로판디올을 분리하는 것인 방법.