KR20040039974A

KR20040039974A - 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 제조 방법

Info

Publication number: KR20040039974A
Application number: KR1020020068236A
Authority: KR
Inventors: 오민근
Original assignee: 주식회사 한서켐
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-05-12
Also published as: KR100493934B1

Abstract

본 발명은 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염소화제인 설프릴할라이드를 유기할로겐용매에 1.5 내지 2.5배의 비율로 희석한 다음, 이를 N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드 용액에다 20 ~ 30℃의 온도에서 10 ~ 14 시간 동안 적가하므로서, 부산물인 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 생성을 획기적으로 억제시킬 수 있는 신규한 제조방법에 관한 것이다.

Description

2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 제조 방법{THE MANUFACTURING PROCESS FOR A SALT OF 2-METHYL-4-ISOTHIAZOLINE-3-ONE}

본 발명은 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부산물인 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 생성을 최대한 억제하고 고순도의 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염을 제조할 수 있는 신규한 방법에 관한 것이다.

다음 화학식(1)로 표시되는 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온은 공업용 방부제나살균제로 널리 사용되고 있는 공지의 화합물이다.

화학식(1) 화학식(2)

일반적으로 상기 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온은 먼저 2-메틸-4-이소티아졸린 -3-온 염을 제조한 다음, 이를 알카리염으로 중화시켜 염화수소를 제거하므로서 제조된다. 종래에도 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 제조방법은 여러 가지가 알려져 있다. 그러나 종래 기술들의 문제점은 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염을 제조할 때, 변이원성을 일으키는 독성이 있는 것으로 알려진 상기 화학식(2)의 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염이 불가피하게 부산물로 생성된다는 사실이다. 그래서 종래 기술들의 공통적인 과제는 부산물인 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 생성을 최대한 억제하고 고순도의 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 만을 제조하는 방법을 개발하는 것이었다.

종래에 알려진 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 또는 그 염의 제조방법을 살펴보면, 먼저 유럽 특허공고 제0095907호에는 N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드를 염소 기체와 반응시켜 클로로화 및 고리화 반응을 진행시키는 방법이 소개되어 있다. 그러나, 이러한 방법에서는 목적화합물인 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염과 함께 부산물인 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염이 다량 생성되는 바,이 중 부산물인 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염은 전술한 바와 같이 독성이 높아서 인체에의 적용이 곤란하고, 상온에서의 안정성이 떨어지게 되므로 수주일 이상 사용할 경우, 그 유효성이 소실되는 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 특허출원 제91-7541호에서는 유기할로겐용매 중에서 N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드에다 염소화제로 설프릴할라이드를 첨가하여 -20 ~ 10℃의 온도에서 반응시키는 기술이 개시되어 있다. 이 특허기술에 따르면 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 함량을 대폭 줄 일수 있기는 하지만 여전히 상당량의 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염을 포함하고 있어서 이를 산업적으로 이용할 수 있는 수준에 이르지는 못하고 있었다.

대한민국 특허출원 제2001-62688에는 염화수소가 불용성 또는 난용성인 용매중에서 염소가스를 염소화제로 사용하여 고순도의 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염을 얻은 후, 이 염을 무기염기나 유기 아민류로 중화한 후 추출하여 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온을 얻는 방법을 소개하고 있다. 이 방법 역시, 비교적 고순도이기는 하지만 그래도 0.1%에서 많게는 1.0%까지의 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온을 포함하고 있으며, 특히 반응 공정이 염소가스를 사용하는 기체반응이기 때문에 공업적으로 작업이 용이치 않은 단점이 있었다.

한편, 본 출원인은 대한민국 특허출원 제2002-54204호에서 다음 화학식(3)으로 표시되는 N-할로겐석신이미드를 염소화제로 사용하는 기술을 소개한 바 있다.

화학식(6)

(상기 식에서, X는 Cl 또는 Br을 나타낸다.)

상기 기술에서는 고체 원료인 N-할로겐석신이미드를 연소화제로 사용함으로써, 작업성이 뛰어나고, 제조 공정에서 인체에 유해한 가스가 발생하는 것을 방지할 수 있으면서도 부산물인 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 발생을 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있으나, 염소화제인 N-할로겐석신이미드가 다소 고가이기 때문에 경제적인 측면에서는 여전히 개선의 여지가 남아 있었다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 종래 기술들의 문제점을 개선시키기 위하여 연구 노력하던 중, N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드와 설프릴할라이드를 반응시킬 때 설프릴할라이드를 유기할로겐용매에 희석하여 적가 반응시키되, 설프릴할라이드의 희석 비율 및 적가 속도에 따라 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 생성비율이 크게 달라진다는 예기치 못한 사실을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명은 2-알킬-4-이소티아졸린-3-온을 제조함에 있어서, 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 함유량이 100ppm이하의 극소량만 포함되도록 하는 신규한 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 설프릴클로라이드 원액의 적가시간과 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염(CMIT)의 생성량과의 상관관계를 나타낸 그래프이고,

도 2는 에틸렌디클로라이드에 대한 설프릴클로라이드의 희석비율과 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염( CMIT )의 생성량과의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드와 설프릴할라이드를 반응시켜 다음 화학식(1)의 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염을 제조함에 있어서,

먼저 N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드를 유기할로겐용매에 용해하고, 따로 유기할로겐용매에 설프릴할라이드를 1.5 내지 2.5배의 비율로 희석한 다음, 상기 N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드 용액에다 상기 설프릴할라이드 희석액을 20 ~ 30℃의 온도에서 10 ~ 14 시간 동안 적가 반응시키는 것을 특징으로 하는 방법이다.

본 발명에서 출발물질로 사용되는 N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드는 종래의 방법에 따라서 제조 할 수 있다. 예컨대, 먼저 3,3'-디티오디프로피온산과 티오닐클로라이드를 반응시켜 3,3'-디티오디프로피오닐디클로라이드를 제조하고, 이를 메틸아민과 반응시켜서 N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드를 제조 할 수 있다.

본 발명의 특징은 상기 N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드와 염소화제인 설프릴할라이드를 반응시킬때, 설프릴할라이드를 유기할로겐용매에 희석하여 10 ~ 14시간 동안 서서히 적가하면서 반응시키는 것이다. 이때, 출발물질인 N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드를 먼저 유기할로겐용매에 용해시키고, 여기에다 설프릴할라이드 희석액을 적가하되 N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드에 대한 설프릴할라이드의 반응 비율이 1 : 2.5 내지 3.5의 몰비가 되도록 하는 것이 적합하다. 만일 상기 반응 비율이 2.5 몰비 이하이면 반응 수율이 저조하게 되고, 3.5 몰비 이상이면 증량에 따른 효과가 나타나지 않는다.

또한, 유기할로겐용매에 대한 설프릴할라이드의 희석 비율은 유기할로겐용매에 대하여 1.5 내지 2.5배의 비율이 되도록 한다. 만일, 설프릴할라이드의 희석 비율이 1.5배 이하이면 부산물인 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 함량이 크게 증가되고, 반대로 2.5배 이상이면 증량에 따른 효과가 거의 나타나지 않는다.

본 발명에 있어서, 유기할로겐용매로는 에틸렌디클로라이드, 메틸렌디클로라이드, 에틸아세테이트 또는 클로로포름 등을 사용할 수 있으나, 에틸렌디클로라이드를 사용하는 것이 가장 좋다. 또한, 설프릴할라이드로는 설프릴클로라이드를 사용하는 것이 가장 좋다.

본 발명의 다른 특징은 상기 적가 반응을 20 ~ 30℃의 온도에서 실시한다는 점이다. 만일, 반응온도가 20℃ 이하로 되면 반응 수율이 떨어지고, 30℃ 이상이 되면 부반응이 나타날 우려가 있다.

본 발명에 따라 제조된 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염은 이를 공지의 방법에 따라 알카리염으로 중화하여 염화수소를 제거하므로서, 공업용 방부제나 살균제 등으로 사용되는 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온을 제조할 수 있다.

한편, 설프릴할라이드의 적가 속도 및 희석비율과 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염( CMIT라 함 )의 생성량에 대한 상관관계를 알아보면 다음과 같다.다음 표1은 설프릴클로라이드 원액 100 g의 적가 시간을 2.9시간( 적가속도 : 시간당 35 g)에서 20시간( 적가속도 : 시간당 5 g)으로 증가시키면서 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 생성량의 변화를 측정하여 나타낸 것이고, 첨부한 도1은 표 1의 결과를 그래프로 나타낸 것이다.

SO₂Cl₂첨가량	적가 속도	적가 시간	CMIT생성량
100 g	35 g/시간	2.9 시간	5,000∼10,000 ppm
100 g	30 g/시간	3.3 시간	3,400∼5,400 ppm
100 g	25 g/시간	4.0 시간	1,400∼2,600 ppm
100 g	20 g/시간	5.0 시간	850∼1,350 ppm
100 g	10 g/시간	10.0 시간	550∼850 ppm
100 g	7 g/시간	14.3 시간	430∼800 ppm
100 g	5 g/시간	20.0 시간	320∼720 ppm

상기의 표1과 도1에서 알 수 있는 바와 같이, 설프릴클로라이드를 유기용매에 희석하지 않고 적가시간 만을 늘려서 반응시켰을 때, 10시간까지는 5-클로로-2-알킬-4-이소티아졸린-3-온 염의 함량이 점차 감소하여 550∼850ppm 까지 감소하였으나 14시간 이상에서는 적가시간을 더 연장하더라도 5-클로로-2-알킬-4-이소티아졸린-3-온 염의 생성을 억제시키는 효과는 거의 없는 것으로 나타났다. 또한, 이와같이 설프릴클로라이드를 유기용매에 희석하지 않고 원액 그대로 적가할 경우에는 5-클로로-2-알킬-4-이소티아졸린-3-온 염의 생성량을 320 ppm 이하로 감소시키기는 실질적으로 불가능한 것으로 나타났다.

한편, 다음 표2는 설프릴클로라이드를 에틸렌디클로라이드에 희석하여 적가하되, 이때 설프릴클로라이드의 희석 비율을 0.5배에서 3배까지 차례로 변화시키면서 각 희석비율에 대한 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 생성량의 변화를 측정하여 나타낸 것이고, 첨부한 도2는 표2의 결과를 그래프로 나타낸 것이다.

SO₂Cl₂첨가량	에틸렌디클로라이드 첨가량	적가 속도	적가시간	CMIT함량
100 g	50 g	25 g/시간	6 시간	750∼1,050 ppm
100 g	75 g	25 g/시간	7 시간	300∼750 ppm
100 g	100 g	25 g/시간	8 시간	150∼250 ppm
100 g	150 g	25 g/시간	10 시간	45∼85 ppm
100 g	200 g	25 g/시간	12 시간	25∼36 ppm
100 g	250 g	25 g/시간	14 시간	20∼30 ppm
100 g	300 g	25 g/시간	16 시간	15∼25 ppm

상기 표2 및 도2에서 알 수 있는 바와 같이, 설프릴클로라이드를 에틸렌디클로라이드에 희석하여 적가하는 경우에는 에틸렌디클로라이드에 대한 설프릴클로라이드의 희석비율이 1.5내지 2.5배 일 때 5-클로로-2-알킬-4-이소티아졸린-3-온 염의 생성을 가장 효과적으로 억제시키는 것으로 나타났다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

1ℓ 3구 플라스크에 N, N'-디메틸-3, 3'-디티오프로피온아미드 60.7g(0.256 몰)를 에틸렌디클로라이드 250g에 녹인 후, 20∼30℃를 유지하면서 교반한다. 이 용액에다 설프릴클로라이드 100g(0.738 몰)을 에틸렌디클로라이드 250g에 희석한 용액을 10∼12시간 동안 적가한다. 동 온도에서 12시간 동안 반응한 후 5℃로 냉각하여 여과한다. 여과한 결정을 오븐에서 건조하여 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염 70.2g(90.5 몰%)을 얻는다.

실시예 2

1ℓ 3구 플라스크에 N, N'-디메틸-3, 3'-디티오프로피온아미드 60.7g(0.256 몰)를 메틸렌클로라이드 250g에 녹인 후 20∼30℃를 유지하면서 교반 한다. 이 용액에다 설프릴클로라이드 100g(0.738 몰)을 메틸렌클로라이드 250g에 희석한 액을 12∼14시간 동안 적가한다. 동 온도에서 12시간 동안 반응한 후 5℃로 냉각하여 여과한다. 여과한 결정을 오븐에서 건조하여 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염 68.5g(88.4 몰%)을 얻는다.

실시예 3

1ℓ 3구 플라스크에 N, N'-디메틸-3, 3'-디티오프로피온아미드 60.7g(0.256 몰)를 에틸아세테이트 250g에 녹인 후 20∼30℃를 유지하면서 교반 한다. 이 용액에다 설프릴클로라이드 100g(0.738 몰)을 에틸아세테이트 250g에 희석한 액을 10∼12시간 동안 적가한다. 동 온도에서 12시간 동안 반응한 후 5℃로 냉각하여 여과한다. 여과한 결정을 오븐에서 건조하여 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염 68.9g(88.9 몰%)을 얻는다.

실시예 4

1ℓ 3구 플라스크에 N, N'-디메틸-3, 3'-디티오프로피온아미드 60.7g(0.256 몰)를 클로로포름 250g에 녹인 후 20∼30℃를 유지하면서 교반 한다. 이 용액에다설프릴클로라이드 100g(0.738 몰)을 클로로포름 250g에 희석한 용액을 13∼14시간 동안 적가한다. 동 온도에서 12시간 동안 반응한 후 5℃로 냉각하여 여과한다. 여과한 결정을 오븐에서 건조하여 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염 69.4g(89.5 몰%)을 얻는다.

본 발명에 따르면 2-알킬-4-이소티아졸린-3-온 염을 제조함에 있어서, 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염의 함유량이 100ppm이하로 포함되어 있어서 산업적으로 이용 가능한 2-알킬-4-이소티아졸린-3-온 염을 제조할 수 있다.

Claims

N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드와 설프릴할라이드를 반응시켜 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 염을 제조함에 있어서,

먼저 N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드를 유기할로겐용매에 용해하고, 따로 유기할로겐용매에 설프릴할라이드를 1.5 내지 2.5배의 비율로 희석한 다음, 상기 N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드 용액에다 상기 설프릴할라이드 희석액을 20 ~ 30℃의 온도에서 10 ~ 14 시간 동안 적가 반응시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, N,N'-디메틸-3,3'-디티오디프로피온아미드에 대한 설프릴할라이드의 반응 비율이 1 : 2.5 내지 3.5의 몰비가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 유기할로겐용매로는 에틸렌디클로라이드, 메틸렌디클로라이드, 에틸아세테이트 또는 클로로포름 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.