KR20060015575A - 디메틸 시안이미도카르보네이트의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소듐 시아나이드, 메탄올, 염소 가스 및 시안아미드로부터 디메틸 시안이미도카르보네이트(DCC, 3,3-디메톡시-2-아자프로프-2-엔니트릴)를 제조하는 신규 방법에 관한 것이다.

Description

디메틸 시안이미도카르보네이트의 제조 방법{Method for producing dimethyl cyanimidocarbonate}

본 발명은 디메틸 시안이미도카르보네이트(DCC, 3,3-디메톡시-2-아자프로프-2-엔니트릴)를 제조하는 신규 제조 방법에 관한 것이다.

분리된 디에틸 이미도카르보네이트를 무수 조건하에 시안아미드와 반응시켜 디에틸 시안이미도카르보네이트를 제조할 수 있다는 것이 이미 알려져 있다(Chem. Ber. 1967, 100, 2604).

또한, 물과 수불혼합성(water-immiscible) 유기 용매, 예를 들어 톨루엔(EP-A 0 014 064)을 포함하는 2 상 시스템에서 적합한 이미도카르보네이트를 시안아미드와 반응시켜 디메틸 시안이미도카르보네이트를 제조할 수 있다는 사실이 알려져 있다(EP-A 0 014 064).

또한, 처음에 알칼리 조건하에 소듐 시아나이드를 반응시킨 다음, 염소를 도입하고, 반응 혼합물의 중화 및 시안아미드의 첨가 후, 유기 상으로부터 메틸렌 클로라이드의 첨가 후 형성된 치환된 N-시안이미도카르보네이트를 회수함으로써 디메 틸 시안이미도카르보네이트를 제조할 수 있다는 사실이 알려져 있다(DE-A 32 25 249).

또한, 처음에 적합한 이미도카르보네이트를 메탄올과 시아노겐으로부터 제조하고, 그 후 이미도카르보네이트와 산을 최초 시안아미드 용액 충전물에 첨가하여 디메틸 시안이미도카르보네이트를 얻는다는 것이 알려져 있다(EP-B 0 523 619).

기술한 방법들은 실제 유해 부산물이 형성되거나 비교적 많은 양의 유기 용매(예를 들어 톨루엔)를 사용할 필요가 있거나 공업적 규모로 다루기 곤란한 시약(예를 들어 사아노겐 클로라이드)이 사용된다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 공업적 규모로 실현되기 쉽고 DCC를 양호한 수율과 고순도로 수득하는 방법을 개발하는 것이다.

현재 제 1 단계에서 수산화나트륨 수용액에서 소듐 시아나이드를 메탄올 및 염소 가스와 반응시키고,

제 2 단계에서, 얻어진 화학식 (II)의 디메틸 이미도카르보네이트(디메톡시메탄이민)를 중화시키며,

제 3 단계에서, 얻어진 화학식 (II)의 중화된 디메틸 이미도카르보네이트를 시안아미드(아미노메탄니트릴)의 수용액에 도입시키고, 산을 동시에 첨가함으로써 pH를 중성으로 유지할 때, 화학식 (I)의 디메틸 시안이미도카르보네이트(DCC, 3,3-디메톡시-2-아자프로프-2-엔니트릴)가 수득된다는 사실을 알아냈다:

워크-업(work-up)을 위해, 제 4 단계에서, 산화 작용이 있는 부산물을 추출 용제의 존재하에 환원시키고,

제 5 단계에서, 분류에 의해 생성물이 함유되지 않은 입자를 제거한 다음,

제 6 단계에서, 화학식 (I)의 DCC를 추출과 증류에 의해 농축한다.

놀랍게도, 본 발명에 따른 방법은 DCC를 간단한 방식에 의해 고순도로 수득한다. 중화된 디메틸 이미도카르보네이트를 수율 손실 없이 다음 반응에 사용할 정도로 선택된 반응 조건하에 충분히 긴 시간 동안 안정하다는 사실은 특히 놀라운 일이다.

또한, 본 발명에 따른 반응은 건강에 해로울 수 있는 대량의 작업 유체 또는 반응물을 사용할 필요가 없으므로 환경에 보다 친화적이고 안정하다는 장점이 있다.

출발 물질 소듐 시아나이드, 수산화나트륨 수용액, 메탄올, 염소 가스, 시안아미드 및 소듐 하이드로겐설파이트가 공지의 케미칼이다.

제 2 단계에서 디메틸 이미도카르보네이트를 중화하고 제 3 단계에서 pH를 중성으로 유지하기 위해, 이들 목적에 적합한 산, 바람직하게는 염산(hydrochloric acid)을 사용한다.

본 발명에 따른 방법을 수행할 때, 반응 온도는 비교적 광범위하게 달라질 수 있다. 제 1 단계는 일반적으로 -50℃ 내지 0℃, 바람직하게는 -25℃ 내지 0℃, 특히 바람직하게는 -5℃의 온도에서 수행된다. 제 2 단계는 일반적으로 -20℃ 내지 0℃, 바람직하게는 -10℃ 내지 0℃, 특히 바람직하게는 -5℃의 온도에서 수행된다. 제 3 단계는 일반적으로 -20℃ 내지 +30℃, 바람직하게는 -5℃ 내지 +20℃의 온도에서 수행된다.

본 발명에 따른 방법 중 제 1 단계를 수행할 때, 소듐 시아나이드 1 몰당 일반적으로 0.8 내지 1.5 몰, 바람직하게는 0.9 내지 1.3 몰, 특히 바람직하게는 1.0 내지 1.2 몰의 수산화나트륨 및 일반적으로 2 내지 10 몰, 바람직하게는 2 내지 5 몰, 특히 바람직하게는 3 내지 4 몰의 메탄올 및 일반적으로 0.8 내지 0.97 몰, 바람직하게는 0.85 내지 0.95 몰, 특히 바람직하게는 0.90 내지 0.95 몰의 염소가 사용된다.

원하지 않는 부산물의 형성을 최소로 유지하기 위해 염소를 약간 서브화학양론적량(substoichiometric amount)으로 사용하는 것이 바람직하다. 놀랍게도, 염소가 반응 혼합물 내로 도입될 때보다는 반응 혼합물 위에 도입될 때 시종일관 더 크고 많은 수율이 얻어진다는 사실을 알아냈다.

여기서, 본 발명의 목적을 위해 "반응 혼합물 위로 도입"이란 염소가 액체 반응 혼합물 위의 가스 공간으로 도입되는 것을 의미하며, 반면에 "반응 혼합물 내로 도입"은 가스 입구 튜브 단부가 액체 표면 아래에 있다는 것을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 반응 혼합물 위로 도입 중에, 가스 입구에서 농도 피크가 방지된다. 액체 반응 혼합물의 표면을 경유하여 가스(여기서, 염소)를 취한다.

제 1 단계에서 반응 시간은 한정되지 않으며 수 분 내지 수 시간이다. 배치의 크기와 열손실에 따라, 반응 혼합물 위로 염소 가스를 도입하는 시간은 1 시간 내지 20 시간, 일반적으로 5 시간 내지 10 시간이다.

본 발명에 따른 방법의 제 2 단계를 수행할 때, 소듐 시아나이드 1 몰당 일반적으로 0.5 내지 1.5 몰, 바람지하게는 0.6 내지 0.9 몰의 염산이 사용된다. 그러나, 또한 다른 비율을 선택할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 제 2 단계를 실시할 때 중화는 반응 혼합물이 pH 6.5 내지 pH 7.5, 바람직하게는 pH 6.8 내지 pH 7.2의 pH에 도달될 때 완료된다.

제 2 단계에서 디메틸 이미도카르보네이트의 중화는 바람직하게는 연속적으로, 많아야 30 분간의 체류 시간으로 수행된다.

연속 조작에 의해 중화된 디메틸 이미도카르보네이트가 충분히 안정하게 유지되므로 연속 조작이 유용하며, 그 결과 다음 반응을 위해 수율 손실 없이 사용될 수 있다. 원칙적으로, 이 조작은 배치식 조작으로 가능하며; 그러나, 예상 수율은 연속 조작의 경우보다 낮다.

연속 중화는 순환 용량류(volume stream)와 루프(loop)로부터 제거된 용량류 사이의 적합한 순환비를 가진 루프 반응기에서 수행되며, 그 결과 루프에서 바람직한 체류 시간에 높은 중화열이 방산될 수 있다. 여기서, 원하는 pH 범위가 전체 중화에 유지될 수 있도록 염산이 루프로 들어가는 양을 연속적 계량하기 위한 조절 시스템을 조정한다.

본 발명에 따른 방법의 제 3 단계를 수행할 때, 소듐 시아나이드 1 몰당 일반적으로 0.6 내지 2.0 몰, 바람직하게는 0.7 내지 0.9 몰의 시안아미드를 사용한다.

시안아미드 용액으로 들어가는 제 2 단계에서 중화된 디메틸 이미도카르보네이트를 20 내지 120 분, 바람직하게는 30 내지 90 분의 기간에 걸쳐 계량한다.

연속 중화의 경우에, 시안아미드로 들어가는 중화된 디메틸 이미도카르보네이트를 상기에 언급된 기간에 걸쳐 완충 없이, 중화 단계로부터 직접 계량한다.

시안아미드로 들어가는 중화된 디메틸 이미도카르보네이트를 계량할 때, 추가 염산을 첨가함으로써, pH를 중성 범위, 바람직하게는 pH 6.5 내지 pH 7.5, 특히 바람직하게는 pH 6.8 내지 pH 7.2, 특히 더 바람직하게는 pH 7로 유지한다.

본 발명에 따른 방법은 일반적으로 대기압하에 수행된다. 그러나, 필요하다면, 본 방법은 상승되거나 감소된 압력하에 수행될 수 있다.

워크-업(본 발명에 따른 방법 중 단계 4 내지 6)을 다음에 설명한다.

본 발명에 따른 방법 중 제 4 단계를 수행하기 위해, 추출 용제로서 이러한 반응에 적합한 모든 수불혼합성 용매를 사용할 수 있다. 이들은 바람직하게는 방향족 탄화수소, 이를테면, 예를 들어, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌 또는 데칼린; 할로겐화 탄화수소, 이를테면, 예를 들어, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 디클로로메탄, 클로로포름, 카본 테트라클로라이드, 디클로로에탄 또는 트리클로로에탄을 포함한다. 톨루엔을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 동일한 추출 용제가 제 6 단계에 사용된다.

제 4 단계에서 산화 작용이 있는 부산물을 환원시키기 위해, 이들 목적에 적합한 환원제, 바람직하게는 소듐 하이드로겐설파이트를 사용한다.

워크-업은 일반적으로 제 3 단계가 완료된 후 얻어진 DCC 현탁액을 처음에 톨루엔과 혼합한 다음, 산화 작용을 가진 부산물을 환원시키기 위해, 소듐 하이드로겐설파이트와 혼합하고, 정화시켜 생성물이 함유되지 않은 고체 입자를 제거하도록 수행된다. 그 후 상을 분리하고, 수성 상을 완전히 재추출한 다음 결합한 톨루엔 상을 증류 건조시키고 미량의 하이드로겐 시아나이드를 제거한다. 바람직하게는 함량이 10 내지 15%인, 생성된 DCC의 톨루엔 용액을 후속 단계, 예를 들어 활성화합물의 합성을 위해 직접 사용할 수 있다(하기 참조).

DCC의 가수분해 불안정성 때문에, 상기에 설명한 워크-업을 연속적으로 수행하여 생성물 분해를 방지한다. 배치식 워크-업이 가능하나, 수율 손실이 초래된다.

본 발명에 따른 방법에 의해 얻어진 DCC는 추가 반응 후에 살충 작용을 가진 화합물로 전환될 수 있는 치환된 시아노구아니딘 화합물의 합성용으로 공지된 빌딩 블록(building block)이다(참조예, EP-A 0 235 725).

제조예

물 635 ml 내 소듐 시아나이드(순도 95%, 169.1 g, 3.28 mol)를 -5℃로 냉각한다. 그 후 수산화나트륨 수용액(45% 농도, 320.0 g, 3.6 mol)과 메탄올 372 g(11.6 mol)을 적가하고, -5℃에서, 염소 가스(222.0 g, 3.13 mol)를 반응 매질 위에 10 시간 동안 도입한다. -20℃에서 추가 16 시간 동안 계속 교반한 다음, 혼합물을 약 30 분간에 걸쳐, 염산(20% 농도)으로 7.0의 pH가 도달될 때까지(380 ml, 염산 2.3 mol) 중화한다.

30분간에 걸쳐, -5℃에서 시안아미드(110.0 g, 2.62 mol)와 물(233 g)의 용액으로 현탁액을 계량하고, 첨가 중에 염산(20% 농도)을 사용하여 pH를 pH 7로 유지한다. 그 후 온도를 1 시간에 걸쳐 +15℃로 증가시키고, 혼합물을 이 온도에서 다시 한 시간 교반한다. 전체 가외 교반 시간 동안, 염산(20% 농도)을 사용하여 pH를 pH 7로 유지한다. 계량과 가외 교반 시간 중에 소비된 염산(20% 농도 용액)의 양은 약 150 ml이다.

워크-업을 위해, 톨루엔(660 g), 셀라이트(Celite 545)(6 g) 및 소듐 하이드로겐설파이트(80.4 g, 39%)를 현탁액에 첨가한다. 현탁액을 실온에서 30분간 교반하고, 고체를 여과한 다음, 상을 분리하고 수성 상을 톨루엔으로 신속히 2회 재추출한다(각 경우 430 g). 그 후 결합된 유기 추출액을 건조시키고 미량의 하이드로겐 시아나이드를 증류에 의해 제거한다.

디메틸 시안이미도카르보네이트(DCC) 1,646 g(순도 13.6%, 이온치의 75%)을 수득한다.

Claims (7)

1. 제 1 단계에서 수산화나트륨 수용액에서 소듐 시아나이드를 메탄올 및 염소 가스와 반응시키고,

   제 2 단계에서, 생성된 화학식 (II)의 디메틸 이미도카르보네이트(디메톡시메탄이민)를 중화시키며,

   제 3 단계에서, 생성된 화학식 (II)의 중화된 디메틸 이미도카르보네이트를 시안아미드(아미노메탄니트릴)의 수용액에 도입시키고, 산을 동시에 첨가함으로써 pH를 중성으로 유지하는 것을 특징으로 하여, 화학식 (I)의 디메틸 시안이미도카르보네이트(DCC, 3,3-디메톡시-2-아자프로프-2-엔니트릴)를 제조하는 방법:

   

   
2. 제 1 항에 있어서,

   제 4 단계에서, 산화 작용이 있는 부산물을 추출 용제의 존재하에 환원시키고,

   제 5 단계에서, 분류에 의해 생성물이 함유되지 않은 입자를 제거한 다음,

   제 6 단계에서, 제 1 항에 따른 화학식 (I)의 DCC를 추출과 증류에 의해 농축하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 또는 2 항에 있어서, 제 1 단계에서 염소 가스를 반응 혼합물 위로 도입하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 중화 및/또는 워크-업(work-up)을 연속적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 중화를 위해 염산을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 또는 2 항에 있어서, 염소 가스를 반응 혼합물 위로 도입하고 중화 및/또는 워크-업을 연속적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 2 항에 있어서, 제 4 단계에서 환원을 위해, 소듐 하이드로겐설파이트를 사용하는 방법.