KR20050112082A

KR20050112082A - 요오드 화합물의 제조 방법 및 고순도5-요오도-2-메틸벤조산의 제조 방법

Info

Publication number: KR20050112082A
Application number: KR1020057014585A
Authority: KR
Inventors: 도시오 히다카; 다카후미 요시무라; 요시후미 사토; 노리오 후시미; 마사하루 도야
Original assignee: 미츠비시 가스 가가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-11-29
Also published as: US7750182B2; WO2004069772A1; EP1595862B1; EP1595862A1; KR101031721B1; US20060161028A1; DE602004030095D1; EP1595862A4

Abstract

요오드와 기질을 세공 지름이 500 nm 이하인 다공질 화합물의 존재하 또는 상기 다공질 화합물과 산화제의 존재하에 반응시키는 요오드 화합물의 제조 방법, 및 상기 방법에 따른 요오드 반응 공정, 물 첨가 또는 냉각에 의해 생성물을 석출, 분리시키는 결정 석출·분리 공정 및 유기 용매를 이용해 분리한 결정을 재결정하는 정제 공정을 포함하는 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산의 제조 방법을 제공한다. 상기 요오드 화합물의 제조 방법에 따르면, 여러 가지 기질에 대해 높은 선택성을 가지고 요오드를 도입할 수 있어서 고가의 금속이나 특수한 시약을 이용할 필요가 없기 때문에, 공업적으로 실시하는 것이 용이하고, 고순도의 제품을 얻을 수 있다. 또, 상기 요오드화 반응, 분리, 정제 공정을 포함하는 방법에 의해, 의약품 등의 기능성 화학품 용도에 있어서 유용한 5-요오도-2 메틸벤조산을 고순도, 고수율로, 또한 용이하게 수득할 수 있다. 본 발명의 제조 방법은 공정이 간편하고 정제 부하가 작은 등의 특징을 가지고 있어서, 공업적으로 실시하는데 매우 유리하다.

Description

요오드 화합물의 제조 방법 및 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산의 제조 방법 {PROCESS FOR PRODUCTION OF IODINE COMPOUNDS AND PROCESS FOR PRODUCTION OF HIGH-PURITY 5-IODO-2-METHYLBENZOIC ACID}

본 발명은 요오드를 이용하는 직접적이며 또한 선택적인 요오드 화합물의 제조 방법 및 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산의 제조 방법에 관한 것이다. 요오드 화합물은 조영제나 갑상선 질환 치료약 등의 의약품, 항진균·항백분병균을 목적으로 하는 위생 재료, 전자 재료, 광기능성 재료, 에칭제, 촉매, 화학반응 원료 등으로서 생명과학, 전자·정보 통신, 환경, 에너지 분야에 있어서 광범위하게 이용되는 중요한 화합물이며, 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산은 의약, 농약 외 여러 화학품 원료로서 유용한 화합물이다.

불소나 요오드 원자를 함유하는 화합물은 다른 할로겐 함유 화합물에서는 볼 수 없는 특징을 가진다. 예를 들면 불소 원자는 크기가 작고 전기음성도가 크기 때문에, 거기에 유래하는 결합의 안정성이나 생리 활성 작용의 발현 등에 의해서, 의약, 전자 재료를 비롯한 여러 가지 분야에 있어서 이용되고 있다. 한편, 요오드 원자는 크기가 크고 양쪽성 원소이며 많은 산화 상태를 취하고 불소, 염소, 브롬에 비해 산화 전위가 낮기 때문에, 거기에 유래하는 다양한 반응성이나 기능 발현을 기대할 수 있다. 게다가, 이온성 요오드는 저독성이므로, 의약, 전자·정보, 환경, 에너지에 관련된 많은 분야에서 널리 이용되고 있다.

잘 알려진 공지의 요오드화 기술로서, 예를 들면 요오드나 1 염화요오드에 의한 직접적 요오드화, 기상 옥시요오드화, 할로겐 원자를 갖는 화합물에 HI 나 KI 등의 요오드화물이나 요오드의 알칼리 금속염류를 이용해 할로겐-요오드 교환을 실시하는 방법을 들 수 있다 (K. Matsuoka,「Elements of Iodine (요오드 총설)」증보 개정 제 2 판, 1992, Kasumigaseki Shuppan Co., Ltd. 출판).

예를 들면, 상기「요오드 총설」에는 치환 반응에 의한 직접적 요오드화법으로서 기질을 황산에 용해하고 요오드를 첨가하는 방법, 기질을 황산에 용해하고 요오드화알칼리와 요오드산알칼리를 첨가해 계내에서 요오드를 발생시키는 방법, 요오드화황과 질산을 이용해 방향족 고리를 요오드화하는 방법 등이 기재되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 반응의 선택성이나 수율이 반드시 충분하다고는 할 수 없으며,「요오드 총설」에는 여러 가지의 기질에 대해서 적용 가능하고 유효한 요오드화법은 기재되어 있지 않다.

방향족 카르복실산을 요오드화하는 경우를 예로 들면, 황산중 1 염화요오드와 황산은을 이용하는 벤조산의 직접적 요오드화법 (Synthesis, 1999 년, No. 5, 748 페이지), 마찬가지로 황산과 1 염화요오드를 이용하는 직접적 요오드화법 (Russian Journal of Org. Chem., 34 (7), 1988 년), 아세트산 중에서 요오드와 함께 산화제로서 이산화망간, 과망간산칼륨, 질산 등을 이용하는 방법 (MnO₂, KMnO₄ 를 이용하는 방법: Bull Chem. Soc. Japan, 1999 년, 72 권, 115 페이지, HNO₃ 을 이용하는 방법: Zh. Obshch. Khim. Obshchest, 1972 년, 17 권, 464 페이지, H₂SO₄ 이용하는 방법: J. Am. Chem. Soc., 1968 년, 90 권, 6187 페이지) 이 있다.

그러나 상기 황산을 이용하는 방법 중 1 염화요오드와 황산은을 이용하는 벤조산의 직접적 요오드화법에서는 0℃ 부근의 저온으로 반응을 실시해도 선택율성이 낮고 수율은 57% 에 지나지 않으며 고가의 황산은을 이용할 필요가 있는 등, 실용상의 문제가 있다.

또, 황산과 1 염화요오드를 이용하는 직접적 요오드화법에서는 비교적 염가의 1 염화요오드를 이용하지만 반응의 수율은 43% 정도에 지나지 않고, 게다가 요오드화물 이외에 염화물이 생성되는 경우가 많아, 선택적으로 요오드화 반응을 실시하는 것이 곤란하다.

또한, 아세트산중에서 요오드와 함께 산화제로서 이산화망간, 과망간산칼륨, 질산 등을 이용하는 방법에서는, 아세트산 용매 중에 고가의 황산은은 사용하지 않고 비교적 간편하게 실시가능하지만, 반응의 선택성, 수율이 모두 만족할 수 있는 것은 아니다.

요오드화 반응에 한정하지 않고, 할로겐화, 특히 방향족 화합물의 할로겐화 반응을 선택적으로 진행시키기 위해서 제올라이트를 이용하는 것이 제안되고 있다. 예를 들면, 벤젠, 모노클로로벤젠을 염소 가스로 염소화하고, 파라디클로로벤젠을 제조할 때에 제올라이트를 이용하는 방법 (일본 특개 2001-213815 호 공보), 또 메탄의 기상 옥시염소화에 의한 염화메틸의 제조에 제올라이트 Y, L 등을 이용하는 방법 (일본 특개평 4-227850 호 공보), 또한 L 형 제올라이트를 이용해 벤젠을 분자상 산소의 공존하에 염소화하는 파라디클로로벤젠의 제조 방법에 관한 제안이 이루어지고 있다 (일본 특개평 4-253929 호 공보).

상기 방법에서는 제올라이트를 이용함으로써 선택성의 향상은 인정되지만, 반드시 만족할 수 있는 수준이라고는 할 수 없다. 게다가, 할로겐 원자가 염소로부터 브롬으로 바뀌었을 경우, 동일한 선택성은 거의 기대할 수 없다. 현재 상황에서, 범용성이고 선택성이 높은 할로겐화 기술은 아직도 존재하지 않는다고 말할 수 있다.

또, 요오드화 반응에 있어서도, 제올라이트를 이용해 선택성을 개선하는 방법이 제안되고 있다. 예를 들면, 톨루엔을 제올라이트 존재하에 1 염화요오드와 반응시키는 방법 (Catalysis Letters, 40 권, 1996 년, 257 페이지), 나프탈렌을 기상 옥시요오드화하여 요오도나프탈렌류를 제조하는 방법 (Journal of Catalysis, 147 권, 1994 년, 186 페이지), 벤젠 혹은 요오도벤젠으로부터 p-디요오도벤젠을 제조하는 방법 (일본 특개소 59-219241 호 공보) 등이 있다.

그러나, 상기 톨루엔을 제올라이트 존재하에 1 염화요오드와 반응시키는 방법은, 반응에 1 염화요오드를 이용하기 위해 반응 생성물이 염화물과 요오드화물의 혼합물이며, 반드시 선택성이 높다고는 말할 수 없다. 나프탈렌을 기상 옥시요오드화해 요오도나프탈렌류를 제조하는 방법, 및 벤젠 혹은 요오도벤젠으로부터 p-디요오도벤젠을 제조하는 방법은 기상법 옥시요오드화에 관련되지만, 전화율이 50% 에도 못 미친다.

또한, 제올라이트 X, Y, L 등을 이용해 방향족 요오드 화합물을 이성화시키는 방법도 제안되고 있다 (일본 특허 제 2559483 호 공보 및 제 2559484 호 공보). 이러한 방법에서는 이성화에 의해 목적물을 얻고 있지만, 목적물 이외의 이성체의 종류, 양이 모두 꽤 많아 선택성이 우수하다고는 말하기 어려운 수준이다.

이와 같이, 종래 기술에서는 액상에 의한 직접적 요오드화나 기상에 의한 옥시요오드화나 방향족 요오드화물의 이성화 반응에 있어서 제올라이트를 이용하면 비교적 선택성이 개선되는 것이 알려져 있지만, 효과적인 요오드의 도입 방법은 의외로 적고, 특히 관능기를 가지는 방향족 화합물에 대해서도 적용가능한 선택성을 갖는 요오드화 방법은 나타나지 않는 것이 실상이다.

본 발명의 제 1 목적은 소망하는 요오드화 반응을 고선택적이면서 효율적으로 진행시킬 수 있고 범용성이 뛰어나며 공업적으로 실시가능한 요오드화 방법을 제공하는 것이다.

다음으로, 5-요오도-2-메틸벤조산의 합성법으로는 아질산나트륨과 발연황산의 공존하에서 요오드와 2-메틸벤조산을 반응시키는 방법 (Journal of the Indian Chemical Society, 1930 년, 503-504 페이지) 및 탈륨 (III) 트리플루오로아세트산염의 공존하에서 요오드화칼륨과 2-메틸벤조산을 반응시키는 방법 (Journal of the Chemical Society. Perkin Transactions I., 1974 년, 2405-2409 페이지) 등이 알려져 있다. 그렇지만 전자의 방법에서는 수율이 18% 로 매우 낮고, 또 후자의 방법에서는 수율이 33% 로 낮은데다가 독성이 강한 탈륨염을 사용한다고 하는 문제가 있어, 어느 것도 공업적인 5-요오도-2-메틸벤조산의 제조 방법으로는 부적당하다.

5-요오도-2-메틸벤조산의 제조 방법으로는 상기 외, 일반적으로 방향족 화합물의 요오드화 기술로서 알려져 있는 방향족 아민을 탈디아조-요오드화시키는 소위 샌드마이어 (Sandmeyer) 법 (Organic Syntheses, Collective Volume. II, 1943 년, 351 페이지), 일단 염소화 또는 브롬화한 후에 요오드 교환 반응을 실시하는 할로겐 교환법 (Organic Syntheses, Collective Volume. V, 1973 년, 478 페이지), 1 염화요오드를 작용시키는 방법 (Russian Journal of Organic Chemistry, 34 (7), 1998 년, 997-999 페이지) 등의 적용이 고려된다. 이들 중에서, 샌드마이어법이나 할로겐 교환법에 대해서는 다단계 공정을 필요로 하기 때문에 공정이 복잡하게 되어 공업적 제조법으로는 문제가 많다. 1 염화요오드를 이용하는 방법은 반응이 1 단계의 간편한 공정으로서의 실시를 기대할 수 있지만, 벤조산류와 같은 전자 흡인기를 갖는 방향족 화합물과의 반응에서는 반응 활성이 낮고, 높은 반응 성적이 얻어지지 않는다. 예를 들면, 상기 Russian Journal of Organic Chemistry 에서는 벤조산의 요오드화 반응을 실시하고 있지만, 생성물의 3-요오도-벤조산의 수율은 43% 정도에 그치고 있어, 2-메틸벤조산의 요오드화에 적용하더라도 고수율은 생각하기 어렵다.

5-요오도-2-메틸벤조산을 제조하는 경우에는 이성체인 3-요오도-2-메틸벤조산이 부생성해 5-요오도-2-메틸벤조산과의 분리·정제가 어렵기 때문에, 제품 순도 및 단리 수율을 손상시키는 문제가 있지만, 상기에 나타낸 종래 기술의 어느 것에서도 이성체의 부생성을 저감시키는 방법은 나타나지 않았다. 방향족 화합물을 위치선택적으로 요오드화하는 기술로서는, 제올라이트 공존하에 1 염화요오드를 작용시키는 방법 (Catalysis Letters, 40 권, 1996 년, 257 페이지) 이나 제올라이트 공존하에서 옥시요오드화하는 방법 (일본 특개소 59-219241 호 공보 및 특표평 1-502819 호 공보) 등이 알려져 있지만, 어느 것도 반응의 선택성에 대해서는 반드시 만족할 수 있는 수준이라고는 할 수 없고, 또 치환기가 다수 있고, 또한 전자 흡인기를 가지는 2-메틸벤조산 같은 화합물에 대한 반응예는 거의 알려지지 않았다.

본 발명의 제 2 목적은 2-메틸벤조산을 요오드화해 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산을 제조하는 경우에, 선택적인 요오드화를 실시함으로써 용이하게 고순도 제품이 취득가능하고, 게다가 간략한 공정으로 되는 공업적 제조 수단을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 열심히 검토를 거듭한 결과, 규칙적인 세공 구조를 가지는 다공질 화합물, 예를 들면 β형 제올라이트 등의 마이크로포러스 (microporous) 화합물을 공존시키고, 요오드산이나 과요오드산 등의 특정 산소산류를 적당히 산화제로서 이용하면 방향족 탄화수소 뿐만 아니라 할로겐화물이나 카르복실산 등의 광범위한 기질을 선택적으로 요오드화할 수 있는 것, 또 2-메틸벤조산을 원료로서 마이크로포러스 화합물, 예를 들면 β형 제올라이트와 요오드, 및 요오드산 및/또는 과요오드산의 공존하에서 요오드화 반응을 실시함으로써 반응이 고선택적으로 진행하는 것, 또한 물 첨가나 냉각에 의한 결정 석출 등의 간단한 정제 공정을 조합하면 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산을 용이하게 얻을 수 있는 것을 알아내어 본 발명에 도달했다.

즉, 본 발명은 이하의 요오드 화합물의 제조 방법 및 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산의 제조 방법에 관한 것이다.

(1) 요오드와 기질을 세공 지름이 500 nm 이하인 다공질 화합물의 존재하 또는 상기 다공질 화합물과 산화제의 존재하에 반응시키는 것을 특징으로 하는 요오드 화합물의 제조 방법.

(2) 다공질 화합물이 세공 지름 0.5 nm ~ 2 nm 의 마이크로포러스 화합물인 (1) 의 요오드 화합물의 제조 방법.

(3) 다공질 화합물이 β형 제올라이트 또는 골격을 구성하는 Si, Al, O 이외 원소를 포함하는 β형 제올라이트인 (1) 의 요오드 화합물의 제조 방법.

(4) 다공질 화합물이 세공 지름 2 nm 를 초과하는 메소포러스 (mesoporous) 화합물인 (1) 의 요오드 화합물의 제조 방법.

(5) 산화제가 요오드산, 과요오드산, 과황산, 과황산염 및 질산으로 이루어진 산소산류 및 분자상 산소로부터 선택되는 일종 이상의 화합물인 (1) 의 요오드 화합물의 제조 방법.

(6) 기질이 하기 화학식 1 로 나타내는 방향족 탄화수소, 환축합 (condensed polycyclic) 방향족 탄화수소, 환집합 (polycyclic) 방향족 탄화수소, 복소환을 가지는 탄화수소, 또는 이들의 유도체로부터 선택되는 일종 이상의 화합물인 (1) 의 요오드 화합물의 제조 방법:

R-Ar-X

(단, R 은 수소 원자, 할로겐 원자, 치환기를 가질 수 있는 알킬기, 시클로알킬기, 또는 아릴기를 나타낸다. Ar 은 방향족 단환, 다환, 혹은 축합환, 또는 환집합 구조인 방향족기, 또는 복소환기를 나타낸다. X 는 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 카르복실기, 포르밀기, 히드록실기, 니트로기, 히드록시메틸기, 시아노기, 아미노기, 알킬옥시기, 알킬옥시카르보닐기, 아실기, 아실옥시기, 알킬술포닐기 및 알킬술포닐옥시기로부터 선택된 관능기를 나타낸다. R 및 X 는 동일해도 되고, 복수 존재해도 된다).

(7) 기질이 벤젠, 플루오로벤젠, 클로로벤젠, 브로모벤젠, 벤조니트릴, 프탈로니트릴, 이소프탈로니트릴, 톨루엔, 크실렌, 큐멘, 비페닐, 나프탈렌, 안트라센, 메틸나프탈렌, 디메틸나프탈렌, 메틸벤조산, 디메틸벤조산, 비페닐카르복실산, 비페닐디카르복실산, 나프탈렌카르복실산 및 나프탈렌디카르복실산으로부터 선택되는 일종 이상의 화합물인 (6) 의 요오드 화합물의 제조 방법.

(8) 요오드와 2-메틸벤조산을 세공 지름이 0.5 nm ~ 2 nm 인 마이크로포러스 화합물 및 요오드산 및/또는 과요오드산의 존재하에 반응시키는 (2) 의 요오드 화합물의 제조 방법.

(9) (8) 방법에 따른 요오드 반응 공정, 물 첨가 또는 냉각에 의해 생성물을 석출시켜 분리하는 결정 석출·분리 공정 및, 유기 용매를 사용해 분리한 결정을 재결정하는 정제 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산의 제조 방법.

(10) 재결정에 사용하는 용매가 아세트산, 아세트산-물 혼합 용매, 2-프로판올, 2-프로판올-물 혼합 용매의 어느 것으로부터 선택되는 것인 (9) 의 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산의 제조 방법.

(11) 순도가 99% 이상이며, 불순물로서 포함되는 요오드, 요오드 화합물, 무기염 및 전이 금속 화합물의 총량이 500 ppm 이하인 것을 특징으로 하는, (9) 방법에 의해 제조되는 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

우선, 본 발명의 요오드 화합물의 제조 방법은 요오드와 기질을 세공 지름이 500 nm 이하인 다공질 화합물의 존재하 또는 상기 다공질 화합물과 산화제의 존재하에 반응시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 요오드 화합물의 제조 방법에 이용하는 기질은 하기 화학식 1 로 나타내는 방향족 탄화수소, 환축합 방향족 탄화수소, 환집합 방향족 탄화수소, 복소환을 가지는 탄화수소, 또는 이들의 유도체가 매우 적합하게 이용된다:

[화학식 1]

R-Ar-X

화학식 1 에서, R 은 수소 원자, 할로겐 원자, 치환기를 가질 수 있는 알킬기, 시클로알킬기, 또는 아릴기를 나타낸다. 상기 알킬기, 시클로알킬기, 또는 아릴기로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 2-에틸헥실기, 데실기, 시클로헥실기, 비시클로헥실기, 노르보닐기, 데칼릴기 등의 바람직하게는 탄소수 1 에서 32 까지의 포화, 불포화, 지방족 또는 지환족 알킬 등이다. 이것들은 할로겐, 히드록실기, 니트로기, 아미노기, 술폰산기 등의 관능기를 가지고 있어도 된다. 할로겐 원자는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드이다.

또 화학식 1 에서, X 는 수소 원자, 할로겐 원자, 카르복실기, 히드록실기, 니트로기, 히드록시메틸기, 시아노기, 아미노기, 알킬옥시기, 알킬옥시카르보닐기, 아실기, 아실옥시기, 알킬술포닐기, 또는 알킬술포닐옥시기를 나타낸다. R 및 X 는 동일해도 되고, 복수 존재해도 된다.

Ar 은 방향족 단환, 다환, 혹은 축합환, 또는 환집합 구조인 방향족기, 또는 복소환기를 나타낸다.

즉, 화학식 1 로 나타내는 기질로서, 치환기를 가질 수 있는 방향족, 또는 복소환을 가지는 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 카르복실산, 니트릴, 알콜 등이 해당한다. 보다 구체적으로는 벤젠, 플루오로벤젠, 클로로벤젠, 브로모벤젠, 벤조니트릴, 프탈로니트릴, 이소프탈로니트릴, 톨루엔, 크실렌, 큐멘, 비페닐, 나프탈렌, 안트라센, 메틸나프탈렌, 디메틸나프탈렌, 메틸벤조산, 디메틸벤조산, 비페닐카르복실산, 비페닐디카르복실산, 나프탈렌카르복실산, 나프탈렌디카르복실산 등을 들 수 있다.

또 기질의 분자 구조의 일부에 시클로헥센이나 티오펜과 같이 불포화 이중 결합이 포함되어 있어도 되고, 불포화 삼중 결합이 포함되어 있어도 된다. 당연히 이러한 구체적인 예에만 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 요오드 화합물의 제조 방법에서 기질과 함께 세공 지름이 500 nm 이하인 다공질 화합물이 이용된다. 이 다공질 화합물은 소위 규칙적인 세공 구조를 가지는 마이크로포러스 화합물, 메소포러스 화합물 및 마크로포러스 (macroporous) 화합물 중에서 세공 지름이 나노미터 규모인 것이다.

이러한 구조체로서 종래부터 잘 알려져 있는 마이크로포러스 화합물인 제올라이트가 있다. 구체적인 예를 들면, IUPAC 의 구조 코드로 8 원환 구조의 ABW, AEI, AFX, APC, ATN, ATT, ATV, AWW, CHA, DDR, EAB, ERI, GIS, JBW, KFI, LEV, LTA, MER, MON, PAU, PHI, RHO, RTE, RTH, VNI, 9 원환 구조의 CHI, LOV, RSN, VSV, 10 원환 구조의 DAC, EPI, FER, LAU, MEL, MFI, MFS, MTT, NES, TON, WEI, 12 원환 구조의 AFS, AFY, ATO, CAN, GME, MAZ, MEI, MTW, OFF, RON, VET 등이 있고, 보다 상세하게는 Chabazite, 제올라이트 A, X, Y, L, 모르데나이트, β형 제올라이트를 들 수 있지만, 세공 지름이 0.5 nm ~ 2 nm 인 것이 바람직하고, β형 제올라이트가 특히 바람직하다.

β형 제올라이트는 골격을 구성하는 Al 원자에 대한 Si 원자의 비가 5 이상인 것이 바람직하고, 특히 10 에서 30 인 것이 바람직하다. Al 원자에 대한 Si 원자의 비가 30 을 초과하는 것이어도 문제 없이 이용할 수 있다. 또 골격 원자를 다른 원자로 치환한 것, 혹은 이온 교환이나 함침 등의 수단에 의해서 골격 원자 이외의 원자, 예를 들면 Na, K, Cs, Ca, Mg, Ti, Sn, Fe, Ni, Zn, Pd, Ag 등을 포함하는 것도 매우 적합하게 이용된다.

기질의 크기에 따라서는 또한 세공 지름이 큰 세공 지름 2 nm 를 초과하는 메소포러스 화합물을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, FSM-16, KSW-1, KSW-2 등의 메소포러스 실리카, MS41S 로 총칭되는 MCM-41, MCM-48, MCM-50, 메소포러스 알루미나, 메소포러스 티타니아, 메소포러스 유기 실리카 하이브리드 등이 예시된다.

본 발명의 요오드 화합물의 제조 방법에서, 산화제는 요오드의 반응성을 높이는 목적으로 이용한다. 산화제로서 바람직한 것은 요오드산, 과요오드산, 질산, 혹은 과황산, 과황산나트륨, 과황산칼륨, 및 과황산암모늄 등의 과황산염류, 및 과산화수소로 이루어지는 산소산염류, 및 분자상 산소 등이지만, 요오드산 또는 과요오드산이 특히 바람직하다. 이들 중에서도, β형 제올라이트와 요오드산 또는 과요오드산을 포함하는 계, 및 필요에 따라서 이것들에 황산 또는 질산 등의 광산 (mineral acid) 을 더한 계로 기질을 요오드화하는 것이 바람직하다.

요오드화 반응은 회분식, 반회분식, 혹은 연속식으로의 실시가 가능하고, 액상 또는 기상 어느 쪽의 방식으로도 실시할 수 있다. 그러나 옥시요오드화 이외의 요오드화는 통상 액상으로 반응을 행하는 것이 반응기의 효율적인 이용의 관점으로부터 바람직하다.

요오드화 반응에 이용하는 요오드의 사용량은 대상이 되는 기질 1 몰에 대해서 0.5 몰 이상 이용하는 것이 바람직하지만, 과잉 혹은 화학량론적으로 부족인 채 반응시켜도 된다.

규칙적인 세공 구조를 가지는 다공질 화합물인 제올라이트 등의 마이크로포러스 화합물이나 메소포러스 화합물의 사용량은 기질 1 중량부에 대해서 0.05 에서 0.5 중량부의 범위가 바람직하다. 그러나 0.5 중량부 이상 이용해도 경제성을 제외하고 특별히 지장은 없다.

산화제는 기질에 대해서 0.01 에서 1 몰의 범위에서 이용하는 것이 바람직하고, 특히 0.1 에서 0.5 몰의 범위가 바람직하다. 산화제로서 바람직한 요오드산, 과요오드산과 함께 기질의 전화율을 개선하는 목적으로 광산을 병용 할 수 있다. 광산의 사용량이 증가하면 반응의 선택성이 저하하므로 과잉으로 이용하는 것은 바람직하지 않다. 황산, 질산 등의 광산을 요오드산, 과요오드산과 함께 이용하는 경우, 기질에 대해서 10 중량% 이하인 것이 바람직하고, 특히 1 에서 2 중량% 가 바람직하다.

요오드화 반응을 진행시키는데 있어서 용매는 반드시 이용할 필요는 없지만, 반응 성적, 교반 효과, 온도 상승 억제 등을 위해서 용매를 이용하는 것이 바람직하다. 바람직한 용매로는 본 발명의 요오드화 반응에 대해서 불활성인 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 방향족 할로겐화 탄화수소, 니트릴, 에테르류, 카르복실산류, 혹은 물 등이며, 적당히 이것들로부터 선택해 이용할 수 있다. 산화제로서 요오드산 또는 과요오드산을 이용한 경우, 특히 바람직한 용매는 아세트산이다. 통상 용매는 기질에 대해서 2 에서 10 배 용량을 이용하지만, 용매의 사용량은 이 범위 밖에 있어도 지장은 없다.

본 발명의 요오드 화합물의 제조 방법은 기질, 요오드, 산화제 등의 원료나 규칙적인 다공질 화합물인 제올라이트 촉매를 일괄하여 투입해 반응을 실시할 수 있지만, 기질, 요오드, 산화제 등의 원료는 분할, 혹은 순차적으로 첨가하여도 된다. 반응 온도는 액상 반응의 경우 통상 250℃ 이하가 바람직하고, 80 에서 200℃ 가 특히 바람직하다. 기상 반응의 경우 200 에서 400℃ 의 온도 범위가 바람직하다.

요오드화 반응이 종료한 후, 여과, 용매 제거, 혹은 결정 석출 등의 통상의 분리·정제 조작을 실시하여 목적 정제물을 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서, 기질로서 2-메틸벤조산을 이용하여 의약, 전자 재료, 기능성 재료 등의 용도에 유용한 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산을 제조하는 경우에는, 요오드화 반응 공정에 물 첨가 또는 냉각에 의해 생성물을 석출시키는 공정, 물과 2-프로판올 등의 유기 용매를 이용한 재결정에 의한 정제 공정을 조합시킴으로써 효율적으로 제조할 수 있다.

5-요오도-2-메틸벤조산의 원료로서 사용하는 기질인 2-메틸벤조산은 공업적으로 입수가능한 것이면 특별히 제한은 없지만, 최종 제품의 순도를 높이기 위해서는 순도 98% 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

고순도 5-요오도-2-메틸벤조산을 제조할 때의 요오드화 반응 공정은 상기 요오드 화합물의 제조 방법이 이용되지만, 다공질 화합물로는 전술의 마이크로포러스 화합물, 특히 β형 제올라이트가 바람직하다.

2-메틸벤조산의 요오드화 반응을 실시할 때에는, 마이크로포러스 화합물의 존재하에 요오드와 함께 요오드산 및/또는 과요오드산을 공존시켜 실시한다. 요오드만으로도 요오드화 반응은 진행되지만, 2-메틸벤조산 같은 전자 흡인기를 가지는 화합물은 반응성이 낮기 때문에 요오드산 및/또는 과요오드산을 공존시킴으로써 반응성을 높일 필요가 있다. 또, 황산, 질산 등의 광산을 적당히 첨가함으로써 반응성을 더욱 높일 수 있다.

이 요오드화 반응 공정에서, 요오드, 요오드산, 과요오드산은 모두 상온에서 고체이지만, 반응에 제공할 때에는 고체인 그대로도 되고, 또 적당한 용매를 이용해 이것들을 용해 혹은 현탁시켜 사용해도 된다.

요오드화 반응을 실시하는 경우에는 회분 방식, 반회분 방식, 완전 혼합 유통 방식, 고정층 유통 방식 등 여러 가지의 반응 방식을 채용할 수 있다. 반응 방식은 제품의 생산 규모에 따라 선택하면 되고, 소량 생산의 경우에는 회분 방식이 적당하고, 또 대량생산을 실시하는 경우에는 완전 혼합 유통 방식이나 고정층 유통 방식 등으로 반응을 연속적으로 실시하는 것이 보다 효율적인 생산 방법이다.

2-메틸벤조산의 요오드화 반응에서의 반응 온도는 50 ~ 200℃, 바람직하게는 70 ~ 150℃ 의 범위이다. 이것보다 낮은 경우에도 반응은 진행하지만 충분한 반응속도가 얻어지지 않고, 이것보다 온도가 높은 경우에는 고비물의 생성 등 부반응이 많아져 바람직하지 않다. 반응 압력은 절대압으로 0.05 ~ 20 기압, 바람직하게는 0.1 ~ 10 기압의 범위이다.

2-메틸벤조산의 융점은 105℃ 이며, 융점 이상의 온도에서 반응을 실시하는 경우에는 반드시 반응 용매를 필요로 하지 않지만, 통상 요오드화에 불활성인 유기 용매를 사용하는 것이 바람직하고, 아세트산, 트리플루오로아세트산, 디클로로메탄, 사염화탄소, 디클로로벤젠, 클로로벤젠 등이 이용된다. 용매의 사용량은 2-메틸벤조산 1 중량부에 대해서 0.5 ~ 100 중량부로의 사용이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1 ~ 50 중량부의 범위이다.

2-메틸벤조산의 요오드화 반응에서의 요오드의 사용량에는 특별히 제한은 없지만, 2-메틸벤조산의 전화율을 높이기 위해서는 2-메틸벤조산 1 몰에 대해서 0.5 몰 이상, 바람직하게는 1 몰 이상이다. 요오드산 및/또는 과요오드산의 사용량은, 요오드 1 몰에 대해서 0.01 ~ 1 몰로의 사용이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.05 ~ 0.5 몰의 범위이다.

마이크로포러스 화합물의 사용량은 원료인 2-메틸벤조산 1 중량부에 대해서 0.05 중량부 이상, 바람직하게는 0.1 중량부 이상이다. 마이크로포러스 화합물의 사용량이 이것보다 적은 경우에는 충분한 반응 활성어 얻어지지 않고, 5-요오도-2-메틸벤조산을 고선택적으로 얻을 수 없다. 마이크로포러스 화합물을 현탁시켜 반응을 실시하는 경우에는, 반응 후의 반응액과 마이크로포러스 화합물의 분리는 침강, 원심분리, 여과 등의 일반적인 방법으로 용이하게 실시할 수 있다. 분리된 마이크로포러스 화합물은 반응계에서 순환해도 되고, 이 때 공기중에서의 연소에 의한 부착 유기물의 제거나 적당한 용매에 의한 세정 등의 필요한 처리를 실시한 후에 순환해도 된다.

2-메틸벤조산의 요오드화 반응에서, 상기 반응계에 황산 등의 광산을 첨가함으로써 반응을 보다 촉진할 수도 있다. 이 때, 첨가하는 광산의 양으로는 2-메틸벤조산 1 중량부에 대해서 0.005 ~ 0.05 중량부가 적당하다. 광산의 첨가량이 이 범위보다 적은 경우에는 반응 촉진 효과가 거의 없고, 많은 경우에는 부반응이 일어나기 쉬워져 목적으로 하는 5-요오도-2-메틸벤조산으로의 선택율을 해치기 때문에 바람직하지 않다.

2-메틸벤조산의 요오드화 반응을 실시하는데 있어서는, 회분 방식, 반회분 방식, 완전 혼합 유통 방식 등의 반응 방식이 채용되지만, 통상 회분 방식, 반회분 방식에서의 반응 시간 또는 완전 혼합 유통 방식에서의 체류 시간으로는 1 ~ 20 시간이 채용된다. 고정층 유통 방식의 경우에는 통상 2-메틸벤조산의 LHSV (액공간 속도) 로서 0.05 ~ 1 h^-1 가 채용된다.

본 발명에 의한 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산의 제조 방법은 상기 요오드화 반응 공정, 물 첨가 또는 냉각에 의해 생성물을 석출, 분리시키는 결정 석출·분리 공정, 및 유기 용매를 이용해 분리한 결정을 재결정하는 정제 공정을 포함한다. 즉, 상기 방법에 따라 반응을 실시한 후, 생성액으로의 물 첨가 또는 생성액의 냉각에 의해 5-요오도-2-메틸벤조산을 단리할 수 있고, 또한 단리한 결정의 재결정에 의한 정제 조작을 실시함으로써 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산을 얻을 수 있다.

결정 회수 공정에서는 반응 생성액 1 중량부에 대해서 1 ~ 10 중량부의 물을 첨가해 5-요오도-2-메틸벤조산의 결정을 석출시켜, 여과에 의해 회수한다. 물을 첨가했을 때에 요오드 결정이 석출해 5-요오도-2-메틸벤조산에 섞이는 일이 있지만, 아황산나트륨 또는 티오황산나트륨을 미리 반응 생성액에 첨가해둠으로써 요오드의 석출을 막을 수 있다. 아황산나트륨 또는 티오황산나트륨의 첨가량은 반응에 사용한 요오드 1 중량부에 대해, 0.05 중량부 이하로 충분하다. 결정의 회수는 물 첨가에 의한 방법 외에, 반응 생성액을 90℃ 이하로 냉각함으로써 실시할 수도 있다. 90℃ 이하로 냉각 후, 석출한 결정을 여과에 의해 회수한다.

회수한 결정의 정제는 유기 용매를 이용해 재결정함으로써 실시한다. 재결정에 사용하는 유기 용매는 5-요오도-2-메틸벤조산을 용해하는 것이면 무엇이든 되지만, 아세트산, 아세트산-물 혼합 용매, 2-프로판올, 2-프로판올-물 혼합 용매 등의 사용이 매우 적합하다. 용매의 사용량은 회수 결정 1 중량부에 대해서 1 ~ 30 중량부, 바람직하게는 5 ~ 20 중량부가 적당하다. 재결정 조작은 회수 결정과 상기 용매를 40℃ 이상에서 가열·혼합해 완전하게 용해시킨 후 냉각해 결정을 석출시킴으로써 실시한다. 냉각 온도는 가열·혼합시에 결정이 완전하게 용해했을 때의 온도보다 20℃ 이상 낮은 온도로 설정한다. 석출한 결정을 여과에 의해 회수해, 건조 후 제품으로 한다.

이상의 방법에 의해 얻을 수 있는 5-요오도-2-메틸벤조산은 순도가 99% 이상으로, 불순물로서 포함되는 요오드, 요오드 화합물, 무기염 및 전이 금속 화합물의 총량이 500 ppm 이하인 매우 고순도의 것으로 할 수 있다.

덧붙여 본 발명의 요오드 화합물의 제조 방법에 있어서는, 여러 가지의 기질에 대해서 높은 선택성을 가지고 요오드를 도입하는 것이 가능해져서, 2-메틸벤조산 이외의 다른 기질의 경우에서도 거의 같은 조작에 의해 불순물이 적은 요오드 화합물을 얻을 수 있다.

다음에, 실시예에 의해서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시예에 의해 전혀 제한되는 것은 아니다.

A. 방향족 카르복실산의 요오드화

실시예 1 (2- 메틸벤조산 )

환류 냉각기와 교반기를 갖춘 200 ㎖ 의 3 구 플라스크에 아세트산 (100 g), H-β제올라이트 (4.6 g), 요오드 (20.2 g, 0.16 mol), 2-메틸벤조산 (20 g, 0.15 mol), 과요오드산 2 수화물 (7.3 g, 0.03 mol), 황산 (0.24 g) 을 충전하고, 실온에서 충분히 혼합·교반하였다. 맨틀 히터를 이용해 액체의 온도를 110℃ 로 승온한 후 1 시간 반응을 수행하고, 또 아세트산 환류 온도 (약 118℃) 에서 5 시간 반응을 수행했다.

반응 종료 후, 반응액을 여과하여 H-β제올라이트를 회수하고, 여액에 10 중량% 아황산나트륨 수용액 (100 ㎖) 을 첨가해 잔류하는 요오드를 처리했다. 그 다음에, 물 (800 g) 을 첨가해 결정을 석출시킨 후, 여과로 분별하여 회수했다.

얻어진 결정 및 여액을 HPLC (고속 액체 크로마토그래프) 로 분석해 반응 성적을 조사한 결과, 2-메틸벤조산의 전화율은 88% 이며, 생성물의 수율은 5-요오도-2-메틸벤조산 72%, 3-요오도-2-메틸벤조산 6% 이고, 위치이성체인 5-요오드체/3-요오드체의 생성비는 12 이었다.

비교예 1 (2- 메틸벤조산 : H-β제올라이트를 이용하지 않았던 경우)

실시예 1 에 있어서, H-β제올라이트를 이용하지 않았던 것 이외에는 실시예 1 과 마찬가지로 했다. 2-메틸벤조산의 전화율은 98% 이며, 수율은 5-요오도-2-메틸벤조산 66%, 3-요오도-2-메틸벤조산 25% 이고, 위치이성체인 5-요오드체/3-요오드체의 생성비는 2.6 이었다.

실시예 2 (3- 메틸벤조산 )

실시예 1 에 있어서, 원료로서 3-메틸벤조산 (20 g, 0.15 mol) 을 이용한 것 이외에는 실시예 1 과 마찬가지로 했다. 3-메틸벤조산의 전화율은 50% 이며, 수율은 ① 6-요오도-3-메틸벤조산 40%, ② 다른 요오드화물의 위치이성체 수율 8% 로, ①/② 의 생성비는 5 이었다.

비교예 2 (3- 메틸벤조산 : H-β제올라이트를 이용하지 않았던 경우)

실시예 2 에 있어서, H-β제올라이트를 이용하지 않았던 것 이외에는 실시예 2 와 마찬가지로 했다. 3-메틸벤조산의 전화율은 56% 이며, 수율은 ① 6-요오도-3-메틸벤조산 33%, ② 다른 요오드화물의 위치이성체 수율 16% 로, ①/② 의 생성비는 2.1 이었다.

실시예 3 (2,4-디메틸벤조산)

실시예 1 에 있어서, 원료로서 2,4-디메틸벤조산 (22.5 g, 0.15 mol) 을 이용한 것 이외에는 실시예 1 과 마찬가지로 했다. 2,4-디메틸벤조산의 전화율은 98% 이며, 수율은 ① 5-요오도-2,4-메틸벤조산 88%, ② 다른 요오드화물의 위치이성체 7% 로, ①/② 의 생성비는 12.6 이었다.

비교예 3 (2,4-디메틸벤조산 : H-β제올라이트를 이용하지 않았던 경우)

실시예 3 에 있어서, H-β제올라이트를 이용하지 않았던 것 이외에는 실시예 3 과 마찬가지로 했다. 2,4-디메틸벤조산의 전화율은 96% 이며, 수율은 ① 5-요오도-2,4-디메틸벤조산 81%, ② 다른 요오드화물의 위치이성체 8% 로, ①/② 의 생성비는 10 이었다.

B. 방향족 탄화수소의 요오드화

실시예 4 (톨루엔)

실시예 1 에 있어서, 원료로서 톨루엔 (13.8 g, 0.15 mol) 을 이용한 것 이외에는 실시예 1 과 마찬가지로 했다. 톨루엔의 전화율은 98% 이며, 수율은 ① 4-요오도톨루엔 82%, ② 다른 요오드화물의 위치이성체 9% 로, ①/② 의 생성비는 9.1 이었다.

비교예 4 (톨루엔 : H-β제올라이트를 이용하지 않았던 경우)

실시예 4 에 있어서, H-β제올라이트를 이용하지 않았던 것 이외에는 실시예 4 와 마찬가지로 했다. 톨루엔의 전화율은 100% 이며, 수율은 ① 4-요오도톨루엔 56%, ② 다른 요오드화물의 위치이성체 39% 로, ①/② 의 생성비는 1.4 이었다.

실시예 5 (o-크실렌)

실시예 1 에 있어서, 원료로서 o-크실렌 (15.9 g, 0.15 mol) 을 이용한 것 이외에는 실시예 1 과 마찬가지로 했다. o-크실렌의 전화율은 99% 이며, 수율은 ① 4-요오도-1,2-디메틸벤젠 92%, ② 다른 요오드화물의 위치이성체 6% 로, ①/② 의 생성비는 15 이었다.

비교예 5 (o-크실렌 : H-β제올라이트를 이용하지 않았던 경우)

실시예 5 에 있어서, H-β제올라이트를 이용하지 않았던 것 이외에는 실시예 5 와 마찬가지로 했다. o-크실렌의 전화율은 100% 이며, 수율은 ① 4-요오도-1,2-디메틸벤젠 78%, ② 다른 요오드화물의 위치이성체 16% 로, ①/② 의 생성비는 4.9 이었다.

실시예 6 (비페닐)

실시예 1 에 있어서, 원료로서 비페닐 (23.1 g, 0.15 mol) 을 이용한 것 이외에는 실시예 1 과 마찬가지로 했다. 비페닐의 전화율은 99% 이며, 수율은 ① 4-요오도비페닐 92%, ② 다른 요오드화물의 위치이성체 5% 로, ①/② 의 생성비는 18.4 이었다.

C. 방향족 할로겐화 탄화수소의 요오드화

실시예 7 (플루오로벤젠)

실시예 1 에 있어서, 원료로서 플루오로벤젠 (14.4 g, 0.15 mol) 을 이용한 것 이외에는 실시예 1 과 마찬가지로 했다. 플루오로벤젠의 전화율은 65% 이며, 수율은 ① 4-요오도플루오로벤젠 52%, ② 다른 요오드화물의 위치이성체 3% 로, ①/② 의 생성비는 17.3 이었다.

비교예 6 (플루오로벤젠 : H-β제올라이트를 이용하지 않았던 경우)

실시예 7 에 있어서, H-β제올라이트를 이용하지 않았던 것 이외에는 실시예 7 과 마찬가지로 했다. 플루오로벤젠의 전화율은 63% 이며, 수율은 ① 4-요오도플루오로벤젠 42%, ② 다른 요오드화물의 위치이성체 6% 로, ①/② 의 생성비는 7 이었다.

D. 니트릴의 요오드화

실시예 8 (2- 메틸시아노벤젠 )

실시예 1 에 있어서, 원료로서 2-메틸시아노벤젠 (15.5 g, 0.15 mol) 을 이용한 것 이외에는 실시예 1 과 마찬가지로 했다. 2-메틸시아노벤젠의 전화율은 82% 이며, 수율은 ① 5-요오도-2-메틸시아노벤젠 69%, ② 3-요오도-2-메틸시아노벤젠 6% 로, ①/② 의 생성비는 11.5 이었다.

비교예 7 (2- 메틸시아노벤젠 : H-β제올라이트를 이용하지 않았던 경우)

실시예 8 에 있어서, H-β제올라이트를 이용하지 않았던 것 이외에는 실시예 8 과 마찬가지로 했다. 2-메틸시아노벤젠의 전화율은 92% 이며, 수율은 ① 5-요오도-2-메틸시아노벤젠 61%, ② 3-요오도-2-메틸시아노벤젠 24% 로, ①/② 의 생성비는 2.5 이었다.

E. 과요오드산 이외의 산화제를 이용한 경우의 요오드화

실시예 9 ( 요오드산에 의한 산화)

실시예 1 에 있어서, 산화제로서 과요오드산을 요오드산 (5.3 g, 0.03 mol) 으로 대체하여 이용한 것 이외에는 실시예 1 과 마찬가지로 했다. 2-메틸벤조산의 전화율은 78% 이며, 수율은 ① 5-요오도-2-메틸벤조산 69%, ② 다른 요오드화물의 위치이성체 3% 로, ①/② 의 생성비는 23 이었다.

비교예 8 ( 요오드산에 의한 산화 : H-β제올라이트를 이용하지 않았던 경우)

실시예 9 에 있어서, H-β제올라이트를 이용하지 않았던 것 이외에는 실시예 9 와 마찬가지로 했다. 2-메틸벤조산의 전화율은 79% 이며, 수율은 ① 5-요오도-2-메틸벤조산 53%, ② 다른 요오드화물의 위치이성체 23% 로, ①/② 의 생성비는 2.3 이었다.

실시예 10 ( 과황산나트륨에 의한 산화)

실시예 1 과 같은 장치를 이용하여, 아세트산 (90 g), 물 (10 g), H-β제올라이트 (2.3 g), 요오드 (10.3 g, 0.08 mol), 2-메틸벤조산 (10 g, 0.074 mol), 과황산나트륨 (11.8 g, 0.05 mol), 황산 (0.12 g) 을 충전했다. 실온에서 충분히 혼합·교반한 후, 액체의 온도를 90℃ 까지 승온시키고, 이어서 5 시간 반응을 수행했다. 또한, 110℃ 에서 8 시간 반응을 행한 후 반응을 종료하고 여과에 의해서 H-β제올라이트를 분리하고, 잔류하는 요오드를 10 중량% 아황산나트륨 수용액으로 처리했다. 그 다음에, 800 ㎖ 의 물을 첨가하고, 석출한 결정을 여과하여 분별했다.

2-메틸벤조산의 전화율은 86% 이며, 수율은 ① 5-요오도-2-메틸벤조산 64%, ② 3-요오도-2-메틸벤조산 12% 로, ①/② 의 생성비는 5.3 이었다.

F. H-β제올라이트 이외의 제올라이트를 이용한 경우의 요오드화

실시예 11 ~ 14

실시예 1 에 있어서, H-β제올라이트를 대신해 마이크로포러스 화합물인 모르데나이트, Y, L, ZSM-5 를 각각 이용한 것 이외에는 실시예 1 과 마찬가지로 했다. 각 제올라이트를 이용한 경우의 5-요오드체/3-요오드체의 생성비는 이하와 같았다.

모르데나이트 (실시예 11) 5.0

제올라이트 Y (실시예 12) 4.8

제올라이트 L (실시예 13) 5.2

ZSM-5 (실시예 14) 4.0

덧붙여 H-β제올라이트의 경우 (실시예 1) 의 5-요오드체/3-요오드체의 생성비는 12, 제올라이트를 이용하지 않는 경우 (비교예 1) 는 2.6 이며, H-β제올라이트 이외의 제올라이트를 이용한 경우에도 선택율이 높은 것이 밝혀졌다.

G. 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산의 제조

실시예 15

실시예 1 에 있어서, 황산을 사용하지 않고, 과요오드산을 대신해 요오드산 8.8 g 을 이용하고, 아세트산의 환류 온도 (115℃) 에서 3 시간 반응시킨 것 이외에는 마찬가지로 했다.

반응 성적은 이하와 같았다.

2-메틸벤조산의 전화율 70%

5-요오도-2-메틸벤조산의 수율 65%

3-요오도-2-메틸벤조산의 수율 2%

5-요오드체/3-요오드체의 생성비 = 33

결정 중 5-요오도-2-메틸벤조산의 순도 97%

상기 5-요오도-2-메틸벤조산의 순도 97% 의 결정을 물:2-프로판올 = 1:1 (중량비) 의 용매를 이용해 재결정시켜 얻어진 5-요오도-2-메틸벤조산의 순도는 99% 이상이었다.

또, 상기 5-요오도-2-메틸벤조산 재결정품의 유리 요오드는 4 ppm 이었다. 이 결정의 ICP 전체 원소 분석을 한 결과, Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, In, Si, Sn, Pb, P, Sb, S 는 검출되지 않았고, 주기율표 제 1 족 및 제 2 족의 원소는 어느 것도 1 ppm 이하였다.

실시예 16

냉각 환류관을 갖춘 100 ㎖ 3 구 플라스크에 아세트산 50 g, 2-메틸벤조산 10 g, 요오드 10.4 g, 과요오드산 3.7 g, H-β제올라이트 2.2 g, 황산 0.12 g 을 충전하고, 아세트산의 환류 온도 (115℃) 에서 6 시간 반응시켰다. 반응 종료 후, H-β제올라이트를 여과에 의해 분리하여, 여액에 10 중량% 티오황산나트륨 수용액 20 g 과 물 250 ㎖ 를 첨가해 실온까지 냉각했다. 석출한 결정을 여과에 의해서 회수해 생성물 15 g (건조 후 중량) 을 얻었다. 회수 결정 및 모액을 HPLC (고속 액체 크로마토그래프) 에 의해 분석한 결과, 이하의 반응 성적을 얻을 수 있었다.

2-메틸벤조산의 전화율 85%

5-요오도-2-메틸벤조산의 수율 70%

3-요오도-2-메틸벤조산의 수율 7%

5-요오드체/3-요오드체의 생성비 = 10

결정 중 5-요오도-2-메틸벤조산의 순도 95%

실시예 17

과요오드산을 대신해 요오드산 4.3 g 을 사용한 것 이외에는 실시예 16 과 같은 방법에 의해 회수 생성물 13 g 을 얻었다. 분석 결과, 이하의 반응 성적을 얻을 수 있었다.

2-메틸벤조산의 전화율 80%

5-요오도-2-메틸벤조산의 수율 72%

3-요오도-2-메틸벤조산의 수율 3%

5-요오드체/3-요오드체의 생성비 = 24

결정 중 5-요오도-2-메틸벤조산의 순도 95%

실시예 18 (냉각 결정화)

아세트산을 40 g 로 한 것 이외에는 실시예 16 과 같은 조건으로 반응시켜, H-β제올라이트를 분리한 후, 여액을 실온까지 냉각했다. 석출한 결정을 여과에 의해 회수해, 생성물 10 g 을 얻었다. 분석 결과, 이하의 반응 성적을 얻을 수 있었다.

2-메틸벤조산의 전화율 88%

5-요오도-2-메틸벤조산의 수율 72%

3-요오도-2-메틸벤조산의 수율 8%

5-요오드체/3-요오드체의 생성비 = 9

결정 중 5-요오도-2-메틸벤조산의 순도 95%

비교예 9 (1 염화요오드 ( ICl ) 법)

환류 냉각관을 갖춘 100 ㎖ 3 구 플라스크에 30 중량% 황산 25 ㎖, 2-메틸벤조산 1.36 g (10 mmol) 을 현탁시켜, 아세트산 5 g 에 용해한 1 염화요오드 2.4 g (15 mmol) 을 40 분에 걸쳐 적하하였다. 90℃ 에서 5 시간 반응을 실시해, 물 90 ㎖ 중에 부었다. 침전물을 여과하고, 아황산나트륨 수용액으로 세정해, 반응 생성물로서 결정성 고체를 얻었다 (수량 1.6 g). 이 고체를 분석했는데, 생성물의 분포는 이하의 비율이었다.

2-메틸벤조산 33%

5-클로로-2-메틸벤조산 13%

3-클로로-2-메틸벤조산 9%

5-요오도-2-메틸벤조산 38%

3-요오도-2-메틸벤조산 5%

그 외 2%

이 혼합물을 아세트산, 혹은 이소프로필 알콜 등을 이용해 재결정에 의한 정제를 실시해, 5-요오도-2-메틸벤조산의 단리를 시도했다. 그러나, 혼합물의 순도는 거의 향상하지 않고, 5-요오도-2-메틸벤조산의 취득이 곤란하였다.

비교예 10 ( NaI - NaIO ₄ /황산법)

실시예 16 과 같은 장치를 이용하여, 아세트산 9 ㎖ 에 2-메틸벤조산 1.36 g 을 용해했다. 액의 온도를 85℃ 로 유지하고, 진한 황산 11 ㎖ 를 25 분에 걸쳐 적하하였다. 또한, 과요오드산나트륨 0.6 g 을 첨가한 후, 요오드화나트륨 1.1 g 을 아세트산 5 ㎖ 에 용해한 것을 10 분에 걸쳐 적하하였다. 그 후, 2 시간 반응을 수행해, 냉각 후 90 ㎖ 의 물속에 부어 생성된 진탕 상태의 혼합액 (muddy mixture)을 여과하고, 아황산나트륨 1 g 을 첨가해 미반응의 요오드를 제거했다. 건조 후, 얻어진 생성물의 분석 결과는 이하와 같았다.

2-메틸벤조산 35%

5-요오도-2-메틸벤조산 37%

3-요오도-2-메틸벤조산 18%

그 외 5%

이 혼합물로부터 비교예 11 과 마찬가지로 5-요오도-2-메틸벤조산의 취득을 시도했지만 순도는 거의 향상하지 않고, 5-요오도-2-메틸벤조산의 취득이 곤란했다.

비교예 11 (제올라이트 없음)

H-β제올라이트를 사용하지 않은 것 이외에는 실시예 16 과 같은 방법으로 행하여, 생성물 15 g 을 얻었다. 분석 결과, 이하의 반응 성적을 얻을 수 있었다.

2-메틸벤조산의 전화율 85%

5-요오도-2-메틸벤조산의 수율 56%

3-요오도-2-메틸벤조산의 수율 20%

5-요오드체/3-요오드체의 생성비 = 2.8

결정 중 5-요오도-2-메틸벤조산의 순도 80%

비교예 12 (산화제 없음)

과요오드산을 사용하지 않은 것 이외에는 실시예 16 과 같은 방법으로 실시해, 생성물 0.8 g 을 얻었다. 분석 결과, 이하의 반응 성적을 얻을 수 있었다.

2-메틸벤조산의 전화율 5%

5-요오도-2-메틸벤조산의 수율 3%

3-요오도-2-메틸벤조산의 수율 0.9%

5-요오드체/3-요오드체의 생성비 = 3.3

결정 중 5-요오도-2-메틸벤조산의 순도 75%

실시예 19 (결정 정제/물-IPA)

실시예 16 에서 얻어진 5-요오도-2-메틸벤조산의 순도 95% 의 결정 15 g 을 물:2-프로판올 = 1:1 (중량비) 의 용매 210 g 에 70℃ 에서 용해해, 실온에서 하룻밤 동안 방치하여 냉각시켰다. 여과에 의해 석출한 결정 10 g 을 회수해 HPLC 에 의해 분석한 결과, 5-요오도-2-메틸벤조산의 순도는 99% 이었다.

상기에서 얻어진 순도 99% 의 결정 1 g 을 메탄올 25 ㎖ 에 용해해, 4% KI 수용액 25 ㎖, 17% 황산 5 ㎖ 를 첨가한 후, 0.02M 티오황산나트륨 수용액으로 적정한 결과, 유리 요오드는 5 ppm 이었다. 또 ICP 전체 원소 분석에 의하면, Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, In, Si, Sn, Pb, P, Sb, S 는 검출되지 않고, 주기율표 제 1 족 및 제 2 족의 원소는 모두 1 ppm 이하였다.

실시예 20 (결정 정제/아세트산)

실시예 18 에서 얻어진 5-요오도-2-메틸벤조산의 순도 95% 의 결정 10 g 을 아세트산 210 g 에 70℃ 에서 용해해 실온에서 하룻밤 동안 방치하여 냉각시켰다. 여과에 의해 석출한 결정 6 g 을 회수해 HPLC 에 의해 분석한 결과, 5-요오도-2-메틸벤조산의 순도는 99% 이었다.

상기에서 얻어진 순도 99% 의 결정 1 g 을 실시예 19 와 동일한 방법으로 분석한 결과, 유리 요오드는 10 ppm 이었다. 또 ICP 전체 원소 분석에 의하면, Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Zr, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, In, Si, Sn, Pb, P, Sb, S 는 검출되지 않고, 주기율표 제 1 족 및 제 2 족의 원소는 모두 1 ppm 이하였다.

본 발명의 요오드 화합물의 제조 방법에 의하면 여러 가지의 기질에 대해서 높은 선택성을 가지고 요오드를 도입할 수 있다. 또, 고가의 금속이나 특수한 시약을 이용할 필요가 없기 때문에 공업적으로 실시하는 것이 용이하고, 고순도의 제품을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 요오드화 반응, 분리, 정제 공정을 포함하는 방법에 의해, 의약품 등의 기능성 화학품 용도에 있어서 유용한 5-요오도-2-메틸벤조산을 고순도, 고수율로, 또한 용이하게 얻을 수 있다. 이 제조 방법에 있어서, 요오드화 반응, 분리, 정제를 포함하는 공정은 공정이 간편하고, 정제 부하가 작은 등의 장점을 가지고 있어 공업적으로 실시하는데 있어서 매우 유리하다.

Claims

요오드와 기질을 세공 지름이 500 nm 이하인 다공질 화합물의 존재하 또는 상기 다공질 화합물과 산화제의 존재하에 반응시키는 것을 특징으로 하는 요오드 화합물의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 다공질 화합물이 세공 지름 0.5 nm ~ 2 nm 의 마이크로포러스 화합물인 것을 특징으로 하는 요오드 화합물의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 다공질 화합물이 β형 제올라이트 또는 골격을 구성하는 Si, Al, O 이외 원소를 포함하는 β형 제올라이트인 것을 특징으로 하는 요오드 화합물의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 다공질 화합물이 세공 지름 2 nm 를 초과하는 메소포러스 화합물인 것을 특징으로 하는 요오드 화합물의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 산화제가 요오드산, 과요오드산, 과황산, 과황산염 및 질산으로 이루어진 산소산류 및 분자상 산소로부터 선택되는 일종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 요오드 화합물의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 기질이 하기 화학식 1 로 나타내는 방향족 탄화수소, 환축합 방향족 탄화수소, 환집합 방향족 탄화수소, 복소환을 가지는 탄화수소, 또는 이들의 유도체로부터 선택되는 일종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 요오드 화합물의 제조 방법:

[화학식 1]

R-Ar-X

(식 중, R 은 수소 원자, 할로겐 원자, 치환기를 가질 수 있는 알킬기, 시클로알킬기, 또는 아릴기를 나타낸다. Ar 은 방향족 단환, 다환, 혹은 축합환, 또는 환집합 구조인 방향족기, 또는 복소환기를 나타낸다. X 는 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 카르복실기, 포르밀기, 히드록실기, 니트로기, 히드록시메틸기, 시아노기, 아미노기, 알킬옥시기, 알킬옥시카르보닐기, 아실기, 아실옥시기, 알킬술포닐기 및 알킬술포닐옥시기로부터 선택된 관능기를 나타낸다. R 및 X 는 동일해도 되고, 복수 존재해도 된다).
제 6 항에 있어서,

상기 기질이 벤젠, 플루오로벤젠, 클로로벤젠, 브로모벤젠, 벤조니트릴, 프탈로니트릴, 이소프탈로니트릴, 톨루엔, 크실렌, 큐멘, 비페닐, 나프탈렌, 안트라센, 메틸나프탈렌, 디메틸나프탈렌, 메틸벤조산, 디메틸벤조산, 비페닐카르복실산, 비페닐디카르복실산, 나프탈렌카르복실산 및 나프탈렌디카르복실산으로부터 선택되는 일종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 요오드 화합물의 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

요오드와 2-메틸벤조산을 세공 지름이 0.5 nm ~ 2 nm 인 마이크로포러스 화합물 및 요오드산 및/또는 과요오드산의 존재하에 반응시키는 것을 특징으로 하는 요오드 화합물의 제조 방법.
제 8 항에 따른 요오드 반응 공정, 물 첨가 또는 냉각에 의해 생성물을 석출시켜 분리하는 결정 석출·분리 공정 및, 유기 용매를 사용해 분리한 결정을 재결정하는 정제 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 재결정에 사용하는 용매가 아세트산, 아세트산-물 혼합 용매, 2-프로판올, 2-프로판올-물 혼합 용매의 어느 것으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산의 제조 방법.
순도가 99% 이상이며, 불순물로서 포함되는 요오드, 요오드 화합물, 무기염 및 전이 금속 화합물의 총량이 500 ppm 이하인 것을 특징으로 하는, 제 9 항의 방법에 의해 제조되는 고순도 5-요오도-2-메틸벤조산.