KR20080090554A

KR20080090554A - O-메틸-n-니트로이소요소의 제조방법

Info

Publication number: KR20080090554A
Application number: KR1020087021176A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 카츠타; 키요시 타카하시
Original assignee: 미쓰이 가가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-10-08
Also published as: RU2008136365A; EP1985611A1; EP1985611A4; TW200804247A; CA2641544A1; JP4516609B2; US7786325B2; ZA200806841B; IL193248A0; IL193248A; JPWO2007091392A1; AU2007213272A1; CN101379026A; US20090036711A1; TWI319390B; CA2641544C; WO2007091392A1; CN101379026B

Abstract

공업적으로 유리한 O-메틸-N-니트로이소요소류의 제조방법을 제공한다. 일반식(2)로 표시되는 O-메틸이소요소, 또는 그 염을 발연황산의 존재하에서, 니트로화제를 이용하여, 니트로화 반응시키는 것에 의해, 일반식(1)로 표시되는 O-메틸-N-니트로이소요소 또는 그 염을 높은 수율로 얻는 방법.

Description

Ｏ-메틸-Ｎ-니트로이소요소의 제조방법{PROCESS FOR PRODUCTION OF O-METHYL-N-NITROISOUREA}

본 발명은, 살충제의 합성 중간체로서 유용한 O-메틸-N-니트로이소요소의 개량된 제조방법에 관한 것이다.

일반식(1)

[화1]

로 표시되는 O-메틸-N-니트로이소요소는, 예를 들면 살충제로서 유용한 구아니딘 유도체의 합성 중간체로서 유용하다.

이 O-메틸-N-니트로이소요소를 제조하는 방법으로서는, O-메틸이소요소를 니트로화제와 반응시키는 방법이 알려져 있다.

상기 방법에 있어서는, 황산 중, 질산을 이용하여 니트로화를 행하고, 반응 종료 후, 반응액을 냉수, 얼음 또는 물과 얼음의 혼합물에 붓고, -15℃ 정도로 냉각한다. 생성한 O-메틸-N-니트로이소요소를 여취(濾取)하는 경우, O-메틸-N-니트로 이소요소가 수용해성이기 때문에, 여취만의 후처리 조작에서는 최대에서도 75% 전후의 저수율로밖에 O-메틸-N-니트로이소요소를 얻을 수 없다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조).

또한, 여과 후의 여과 모액으로부터 O-메틸-N-니트로이소요소를 추출하는 것에 의해, 수율은 90% 정도로 향상하지만, 추출에 사용 가능한 용매에 대한 O-메틸-N-니트로이소요소의 용해도가 그다지 높지 않기 때문에, 추출조작에 대량의 유기용매를 필요로 하고, 조작이 번잡하게 되어 공업적으로는 몹시 불리했다(예를 들면, 특허문헌 2, 비특허문헌 1, 2 참조).

또한, N-니트로이소요소류의, 효율적인 단리 정제가 곤란하기 때문에, 단리하지 않고 다음 반응에 이용되는 경우가 있다(특허문헌 1 참조).

특허문헌 1:WO 01/42787

특허문헌 2:WO 97/00867

비특허문헌 1:레큐유ㆍ데ㆍ트라보ㆍ시미크ㆍ데ㆍ페이바(Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas), 81권, 69페이지, (1962년)

비특허문헌 2:저널 오브 케미컬 서사이어티(Journal of Chemical Society), 3551페이지(1955년)

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명의 목적은, 상기의 종래 기술의 결점을 극복하고, 살충 활성을 가지는 구아니딘 유도체를 제조하기 위한 중요한 중간체인 O-메틸-N-니트로이소요소를 제조하기 위한 공업적으로 우위의 방법을 제공하는 것에 있다. 즉, O-메틸이소요소를 니트로화하여 얻어지는 O-메틸-N-니트로이소요소의 반응 수율을 향상시키고, 또한, 공업적으로 가능한 방법으로 O-메틸-N-니트로이소요소를 분리하는 것이 용이하게 되는 방법을 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해서, O-메틸-N-니트로이소요소 또는 그 염의 제조방법을 예의 검토했다. 그 결과, 일반식(2)

[화2]

로 표시되는 O-메틸이소요소 또는 그 염을, 발연황산의 존재하에서 니트로화제와 반응시키는 것에 의해, 일반식(1)

[화3]

로 표시되는 O-메틸-N-니트로이소요소 또는 그 염이 높은 수율로 얻어지는 것을 발견했다.

본 발명의 반응계 중에는, 니트로화할 때에 생성하는 부생성물이나 원료 및 다량의 황산염 및 질산염이 존재한다고 상정되는 것에도 불구하고, 고수율로 일반식(1)로 표시되는 화합물, 또는 그 염이 얻어지는 것은, 통상 예상이 불가능한 결과이다.

발명자들은 일반식(2)로 표시되는 화합물의, 니트로화제를 이용한 니트로화 반응을 상세하게 검토한 결과, 반응할 때에 부생하는 물이 반응에 큰 영향을 주어, 반응의 진행의 정지 및 반응 수율의 저하의 원인으로 되는 것을 발견했다.

즉, 본 반응의 니트로화는 가역반응이고, 반응에서 부생한 물이 O-메틸-N-니트로이소요소와 반응하여 O-메틸이소요소로 되돌아간다. 그 때문에, 반응이 충분히 진행하지 않고, O-메틸-N-니트로이소요소의 반응 수율이 낮아지게 된다. 또한, 대량의 황산 및 질산을 사용하면, 부생하는 물의 영향이 적어지기 때문에 반응이 진행하고, 반응 수율은 향상한다. 그러나, 정석(晶析) 수율이 저하하기 때문에 단리가 곤란하게 되는 동시에 대량의 폐기산을 발생시킨다.

그래서 발명자들은, 반응계 중에 존재하는 황산 및 질산 등의 니트로화제의 영향을 받지 않고, 또한 용이하고 또한 효율적인 단리 조작이 가능하게 되는 탈수 조건을 예의 검토한 결과, 발연황산을 탈수제로서 반응에 이용하는 것이 최적의 조건인 것을 더 발견했다.

본 발명에 있어서, 발연황산을 이용함으로써, 반응에 있어서 부생하는 물의 일부 또는 전부를 제거함으로써, 반응 수율을 대폭 향상시킬 수 있다. 또한 이 반응 조건을 이용함으로써 후처리의 효율을 대폭 개량하는 것이 가능하게 되어, 실시 용이한 단리 조작으로 O-메틸-N-니트로이소요소를 고수율로 얻을 수 있다.

이상의 것에 의해 본 발명인 O-메틸-N-니트로이소요소류의 제조방법을 완성했다.

즉 본 발명은, 일반식(2)

[화4]

로 표시되는 O-메틸이소요소, 또는 그 염을, 발연황산의 존재하, 니트로화제를 이용하여 니트로화 반응하는 것을 특징으로 하는, 일반식(1)

[화5]

로 표시되는 O-메틸-N-니트로이소요소, 또는 그 염을 제조하는 방법이다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, O-메틸-N-니트로이소요소의 반응 수율이 향상하고, 또한, 공업적으로 가능한 방법으로 O-메틸-N-니트로이소요소를 분리하는 것이 용이하게 된다. 즉, 본 발명에 의해, 살충 활성을 가지는 니트로구아니딘 유도체 제조에 필요한 중간체인 일반식(1)의 O-메틸-N-니트로이소요소를, 저렴하게 또한 용이하게 제조할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 제조방법은 예를 들면 하기 기재의 반응 조건에 따라서 실시할 수 있다. 하기의 제조방법에 의해 생성물이 유리의 화합물로 얻어지는 경우는 염으로, 또한 생성물이 염의 형태로 얻어지는 경우는 유리의 화합물에, 각각 통상의 방법에 따라서 변환할 수 있다. 또한 원료 화합물이 염이 될 수 있는 경우도 마찬가지로 유리인 그대로 뿐만 아니라 염으로서 이용할 수 있다. 따라서, 하기의 제조방법에 이용되는 원료 화합물 및 그 반응 생성물에 관해서는, 그 염도 포함하는 것으로 한다.

상기 식 중에서 표시되는 일반식(1)로 표시되는 O-메틸-N-니트로이소요소 및 일반식(2)로 표시되는 O-메틸이소요소와 염을 형성하는 산류로서는, 유기화학상, 허용인 산이면 좋고, 예를 들면 염산, 브롬화수소산, 요오드화수소산, 인산, 황산, 과염소산등의 무기산 또는, 예를 들면 포름산, 아세트산, 타르타르산, 말산, 시트르산, 옥살산, 숙신산, 벤조산, 피크린산, 메탄설폰산, p-톨루엔설폰산 등의 유기산을 들 수 있다. 그 중에서도, 염산 및 황산이 바람직하다. O-메틸이소요소의 염으로서는, 특히 황산염, 1/2황산염, 또는 황산모노메틸염이 바람직하다.

일반식(2)로 표시되는 화합물 또는 그 염을 발연황산의 존재하, 니트로화제를 이용하여 니트로화하는 것에 의해서, 일반식(1)로 표시되는 O-메틸-N-니트로이소요소 또는 그 염을 얻을 수 있다(하기 반응식). 반응 종료 후, 반응액을 적당한 양의 물로 희석하고, 석출물을 여취함으로써, 일반식(1)로 표시되는 화합물 또는 그 염을 용이하게 단리할 수 있다.

[화6]

본 발명에 있어서, 니트로화제로서는 60~100% 질산 및 발연질산이 범용되지만, 그 밖에 질산나트륨, 질산칼륨 등의 질산알칼리금속염, 예를 들면 질산에틸, 질산아밀등의 질산알킬에스테르, 니트로늄테트라플루오로보레이트, 니트로늄트리플루오로메탄설포네이트 등을 이용하여도 좋다. 특히 질산 또는 발연질산이 바람직하다.

니트로화제는, 일반식(2)로 표시되는 화합물 또는 그 염 1몰에 대해서 약 1.0~20몰 정도 이용할 수 있지만, 바람직하게는 질산을 이용한 경우에서 약 1.5~10몰이다. 더욱이 발연질산을 이용한 경우는 약 1.0~3.0몰이 바람직하다.

본 발명에 따른 반응은 탈수제로서 발연황산을 이용하면 반응 수율이 향상 한다.

발연황산으로서는 삼산화유황의 함량이 5~50중량%인 발연황산을 이용할 수 있지만, 20~30중량%의 발연황산이 바람직하다.

발연황산은, 원료의 중량를 기준으로 하여, 원료에 대해 0.5~50배의 양을 이용할 수 있지만, 특히 바람직하게는, 0.5~10배의 양이다. 또한 용매로서 이용해도 좋다.

본 반응은 무용매로 행해도 좋지만, 통상은 황산, 아세트산, 무수아세트산, 무수트리플루오로아세트산, 트리플루오로메탄설폰산 등의 산성용매의 존재하에서 행해진다. 소망에 의해 반응에 악영향을 미치지 않는 용매 혹은 이들의 혼합물을 이용해도 좋다. 이와 같은 용매로서는 상기한 산성 용매 이외에, 예를 들면 클로로벤젠, 디클로로벤젠 등의 방향족 탄화수소류, 디클로로메탄, 클로로포름, 1,2-디클로로에탄, 사염화탄소 등의 할로겐화 탄화수소류, 헥산, 헵탄, 시클로헥산 등의 포화탄화수소류, 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디옥산 등의 에테르류, 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤류, 디메틸설폭시드 등의 설폭시드류, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올 등의 알코올류 등이 이용된다. 이들의 용매는 단독으로 이용할 수도 있고, 또한 필요에 따라서 2종 또는 그 이상을 적당한 비율, 예를 들면 약 1:1~1:10(용량비)의 비율로 혼합하여 이용해도 좋다. 반응 혼합물이 균일하지 않은 경우에는, 예를 들면 트리에틸벤질암모늄클로라이드, 트리n-옥틸메틸암모늄클로라이드, 트리메틸데실암모늄클로라이드, 테트라메틸암모늄브로미드, 세틸피리디늄브로미드 등의 4급 암모늄염이나 크라운에테르류 등의 상간이동촉매의 존재하에 반응을 행하여도 좋다. 특히 바람직한 용매는 황산이다.

본 발명에 따른 니트로화 반응의 반응 온도는 통상 약 -50~100℃, 바람직하게는 약 -20~30℃의 범위이다. 반응 시간은 약 10분간~24시간, 바람직하게는 약 2~10시간의 범위이다.

반응 종료 후, 반응액을 물, 얼음 또는 빙수로 희석하는 것에 의해 일반식(1)로 표시되는 O-메틸-N-니트로이소요소 또는 그 염을 포함한 혼합물이 얻어진다. 구체적으로는, 반응 종료 후, 반응액을 냉수 또는 얼음 또는 물과 얼음의 혼합물 중에 주입하고, 그 후에 침전물을 여취하는 것에 의해, 일반식(1)로 표시되는 O-메틸-N-니트로이소요소 또는 그 염을 포함하는 혼합물을 단리할 수 있다. 필요에 따라서, 희석 전에 반응액을 여과할 수 있다.

반응 혼합물의 희석을 위해서 이용하는 물의 양으로서는, 반응 혼합물 중에 존재하는 황산에 대해서, 중량 기준으로 1.0~5.0배이며, 바람직하게는 2.0~3.0배이다.

다음에 실시예를 들어, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정 해석되어야 하는 것은 아니다.

실시예 1

O-메틸이소요소ㆍ1/2황산(100g)을 -10℃로 냉각한 발연황산 중(100g)에 0℃이하를 유지하면서 장입했다. 다음에 혼산(황산 150g과 비중 1.52의 발연질산 60g의 혼합물)을 -10℃로부터 0℃를 유지하면서 반응액 중에 적하했다. 그 후, 반응액을 -5℃에서 24시간 숙성했다. 고속액체크로마토그래피에 의해 반응 수율을 분석한 결과, 97%의 반응 수율이 얻어졌다.

상기의 반응액을 수(水) 중(685g)에 2℃ 이하를 유지하면서 적하했다. 같은 액체를 -10℃에서 3시간 숙성한 후, 침전물을 여취하고, 목적물인 O-메틸-N-니트로이소요소(수량 86.3g, 순도 94%, 수율 84%)를 얻었다.

[비교예 1]

O-메틸이소요소ㆍ1/2황산(20g)을 황산 중(20g)에 15℃로부터 20℃에서 장입했다. 다음에 혼산(황산 30g과 비중 1.52의 발연질산 12g과의 혼합물)을 같은 온도에서 반응액 중에 적하했다. 그 후, 반응액을 20℃에서 24시간 숙성했다. 고속액체크로마토그래피에 의해 반응 수율을 분석한 결과 82%의 반응 수율이 얻어졌다.

상기의 반응액을 196g의 0℃의 물에 온도를 유지하면서 적하했다. 같은 액체를 0℃에서 1시간 숙성한 후, 같은 온도를 유지하면서 20% 수산화나트륨 수용액(75g)을 적하했다. 1시간 더 숙성한 후, 석출물을 여취하여, 목적물인 O-메틸-N-니트로이소요소(수량 9.5g, 순도 90%, 수율 44%)를 얻었다.

[비교예 2]

발연황산으로 변경하여 무수황산나트륨을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 반응을 행했다. 그 결과, 반응 수율은 80% 정도이고 반응 수율의 개선은 확인되지 않았다.

Claims

일반식(2)

[화1]

로 표시되는 O-메틸이소요소 또는 그 염을, 발연황산의 존재하, 니트로화제를 이용하여 니트로화 반응하는 것을 특징으로 하는, 일반식(1)

[화2]

로 표시되는 O-메틸-N-니트로이소요소 또는 그 염의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 니트로화제가 질산 또는 발연질산인 제조방법.