KR20090113896A

KR20090113896A - 케타진 화합물의 제조 방법

Info

Publication number: KR20090113896A
Application number: KR1020097019559A
Authority: KR
Inventors: 마사토시 다니구치; 코지 모리
Original assignee: 오츠카 가가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2009-11-02
Also published as: JPWO2008102830A1; US20100105950A1; JP5283613B2; EP2123632A1; RU2009135027A; CN101595085A; WO2008102830A1; RU2425028C2; CN101595085B; EP2123632B1; CA2678779A1; KR101114657B1; EP2123632A4

Abstract

본 발명은 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물, 암모니아 및 산화제로부터 화학식 1로 표시되는 케타진 화합물을 제조하는 방법으로서, 유로폭이 2 내지 10000 μm인 관상 반응기 속에서 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 및 암모니아를 포함하는 용액과, 산화제를 포함하는 수용액을 접촉시키는, 화학식 1로 표시되는 케타진 화합물의 제조 방법에 관한 것이다.

<화학식 1>

[식 중, R¹ 및 R²는 동일하거나 또는 상이하고, C₁ _-6알킬기를 나타내거나, 또는 R¹ 및 R²가 서로 결합하여 직쇄상의 C₂ _-7알킬렌기를 나타냄]

<화학식 2>

[식 중, R¹ 및 R²는 상기와 동일함]

케타진 화합물, 암모니아, 산화제, 케톤 화합물

Description

케타진 화합물의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING KETAZINE COMPOUND}

본 발명은 케타진 화합물의 제조 방법에 관한 것이다.

케타진은 하이드라진 수화물의 합성 중간체로서 유용하고, 과산화수소, 암모니아 및 케톤으로부터 제조할 수 있는 것으로 알려져 있다(비특허 문헌 1 및 2). 이들 반응의 과정에서 생성되는 하이드라진과, 잔존하는 산화제와의 반응에 의해서 상기 하이드라진이 분해되어, 목적으로 하는 케타진의 수율을 저하시킬 우려가 있다. 또한, 케톤, 아민, 및 생성되는 하이드라진에 의해 복잡한 부반응이 생겨, 예를 들면 하기 화학식 (A) 또는 (B)로 표시되는 바와 같은, 제거가 곤란한 고비점 유기물이 부생한다.

[R' 또는 R"는 동일하거나 또는 상이하고 메틸기 또는 에틸기를 나타냄]

그 때문에, 실제로는 사용되는 케톤 및 암모니아를 과잉으로 사용하여, 사용되는 산화제를 빠르게 소비하도록 반응을 행하고 있다. 그러나, 케톤 및 암모니아를 대량으로 사용하기 때문에, 결과로서 반응액 내의 케타진의 농도가 통상 3％ 이 하로 매우 낮아지고 있다.

[비특허 문헌 1] 카크오스마 제3판, 제12권, 734 내지 755 페이지,

[비특허 문헌 2] 「하이드라진 성질과 그의 응용」(요코다 토시로 저, 치진 쇼칸 1968년 3월 발행)

얻어진 케타진으로부터 하이드라진 수화물을 얻기 위해서는, 일반적으로는 생성된 케타진을 함유하는 수용액을 가압 증류하여 제조하고 있다.

그러나, 반응액 내의 케타진 농도가 낮으면 하이드라진 수화물을 얻는 반응에서 행하는 가압 증류에 큰 에너지를 필요로 하는 문제가 생기고 있다.

이것을 피하기 위해서 생성되는 케타진이 고농도가 되도록 반응을 행한 경우에는 상술한 바와 같이, 케타진의 생성 수율의 저하되고, 제조되는 하이드라진 수화물 중에 불순물이 되는 부생성물이 혼입되게 된다.

본 발명의 과제는 케타진 화합물을 고수율로 제조할 수 있고, 부생성물의 생성을 억제할 수 있는 제조 방법으로서, 케타진 화합물의 고농도 반응액을 얻을 수 있는 케타진 화합물의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

<발명의 개시>

본 발명은 이하의 발명에 관한 것이다.

1. 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물, 암모니아 및 산화제로부터 화학식 1로 표시되는 케타진 화합물을 제조하는 방법으로서, 유로폭이 2 내지 10000 μm인 관상 반응기 속에서 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 및 암모니아를 포함하는 용액과, 산화제를 포함하는 수용액을 접촉시키는, 화학식 1로 표시되는 케타진 화합물의 제조 방법.

[식 중, R¹ 및 R²는 동일하거나 또는 상이하고, C_1-6알킬기를 나타내거나, 또는 R¹ 및 R²가 서로 결합하여 직쇄상의 C₂ _-7알킬렌기를 나타냄]

[식 중, R¹ 및 R²는 상기와 동일함]

2. 산화제가 과산화수소수 또는 차아염소산나트륨인 상기에 기재된 제조 방법.

3. 과산화수소 1몰에 대하여, 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 2 내지 5몰 및 암모니아 2 내지 10몰을 사용하는 상기에 기재된 제조 방법.

4. 차아염소산나트륨의 유효 염소 1몰에 대하여, 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 2 내지 50몰 및 암모니아 2 내지 400몰을 사용하는 상기에 기재된 제조 방법.

5. 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 및 암모니아를 포함하는 용액과, 산화 제를 포함하는 수용액을 포함하는 반응액 내의 산화제가 1.6 내지 20 중량％인 상기에 기재된 제조 방법.

본 발명자 등은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 계속한 결과, 케톤, 암모니아 및 산화제로부터 케타진을 제조하는 반응을 매우 작은 유로폭을 갖는 관상 반응기 내에서 행함으로써, 생성되는 케타진 화합물이 고농도가 되는 반응액이라도 부생성물의 생성을 억제하고, 케타진 화합물을 고수율로 생성하는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.

본 명세서에 있어서 각 치환기는 이하를 의미한다.

C_1-6알킬기로서는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, n-헥실기, 이소헥실기 등의 탄소수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지쇄상의 알킬기를 들 수 있다.

직쇄상의 C_2-7알킬렌기로서는 에틸렌기, 트리메틸렌기, 테트라메틸렌기, 펜타메틸렌기, 헥사메틸렌기, 헵타메틸렌기를 들 수 있다.

본 발명은 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 및 암모니아를 포함하는 용액과, 산화제를 포함하는 수용액을 관상 반응기 속에서 접촉시킴으로써, 화학식 1로 표시되는 케타진 화합물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제조 방법에서 사용되는 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물로서는, 예를 들면 아세톤, 2-펜타논, 3-펜타논, 메틸에틸케톤, 메틸이소프로필케톤, 메틸 이소부틸케톤, 시클로 부타논, 시클로펜타논, 시클로헥사논을 들 수 있다. 특히, 아세톤, 메틸에틸케톤, 또는 메틸이소부틸케톤이 바람직하다.

본 발명의 제조 방법에서 사용되는 암모니아는 시판되고 있는 암모니아수를 사용할 수도 있지만, 암모니아 가스를 물에 도입하여 제조함으로써 임의의 고농도 암모니아수로 사용할 수 있고, 이것이 바람직하다.

화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 및 암모니아를 포함하는 용액은 물에 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물과 암모니아가 용해된 수용액이고, 예를 들면 암모니아수에 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물을 투입하여 용해 혼합한 후, 필요에 따라서 소정 농도가 되도록 희석하여 제조할 수도 있고, 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물의 수용액과 암모니아수를 혼합함으로써도 제조할 수 있다.

또한, 미리 제조한 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 및 암모니아를 포함하는 수용액을 관상 반응기 내에 도입하여 반응에 이용할 수도 있고, 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물의 수용액과 암모니아수를 각각 별도의 도입구에서 관상 반응기 내에 도입하여, 유로 내에서 접촉시킬 수도 있다.

화학식 2로 표시되는 케톤 화합물과 암모니아를 포함하는 용액 내에서, 일부 또는 전부가 반응하여 하기 화학식 3으로 표시되는 케티민 화합물을 생성하는 것으로 생각된다.

[식 중, R¹ 및 R²는 상기와 동일함]

상기 케티민 화합물 1몰은 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 1몰과 암모니아 1몰에 상당한다.

본 발명의 제조 방법에서 사용되는 산화제로서는 차아염소산나트륨 또는 과산화수소를 들 수 있다.

과산화수소로서는 시판품을 사용할 수 있고, 통상 30 내지 90 중량％의 과산화수소 수용액을 사용할 수 있다. 이들 과산화수소에는 인산 등의 통상 사용되는 과산화수소의 안정화제가 포함되어 있을 수도 있다.

차아염소산나트륨으로서는 시판품인 유효 염소 농도 10 내지 20 중량％의 차아염소산나트륨 수용액, 또는 제조 장치, 조건에 따라서, 적절하게 선택적으로 제조시에 부생하는 염화나트륨량을 저감한 탈염차아염소산나트륨을 사용할 수 있다.

화학식 2로 표시되는 케톤 화합물, 암모니아, 및 산화제의 사용량은 산화제로서 과산화수소를 이용하는 경우에는, 예를 들면 과산화수소 1몰에 대하여, 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물을 2 내지 5몰, 바람직하게는 3 내지 4몰 정도로 할 수 있고, 암모니아는 2 내지 10몰, 바람직하게는 3 내지 4몰 정도로 할 수 있다.

또한, 산화제로서 차아염소산나트륨을 이용하는 경우에는 차아염소산나트륨의 유효 염소 1몰에 대하여, 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물을 2 내지 50몰, 바람직하게는 4 내지 40몰 정도로 할 수 있고, 암모니아는 2 내지 400몰, 바람직하게는 3 내지 300몰 정도로 할 수 있다.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 산화제의 사용 농도는 넓은 범위 내에서 설정할 수 있고, 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 및 암모니아를 포함하는 용액과, 산화제를 포함하는 수용액을 포함하는 반응액 내의 산화제의 사용 농도는 0.1 내지 30 중량％, 바람직하게는 1.6 내지 20 중량％, 더욱 바람직하게는 2 내지 15 중량％이다.

일반적으로 케타진을 제조하는 방법에 있어서는, 반응 과정에서 생성되는 하이드라진과의 반응을 제어하기 위해서, 반응액 내의 하이드라진 또는 케타진의 농도를 3 중량％ 이하가 되도록 행하는 것이 바람직하다고 한다. 그 때문에, 산화제로서 과산화수소를 사용하는 경우에는 사용 한계 농도가 약 1 중량％ 정도가 되어야 한다.

본 발명의 제조 방법에 따르면, 반응액 내의 산화제의 사용 농도가 저농도는 물론, 고농도라도 생성 수율에 영향을 끼치지 않고 화학식 1로 표시되는 케타진 화합물을 생성할 수 있다. 예를 들면, 2 중량％의 산화제를 사용한 경우에는 이론적으로는 반응액 중 약 6.6 중량％ 정도의 케타진 화합물을 생성하게 된다.

산화제로서 과산화수소를 사용하는 경우에는 촉매 작용이 있는 화합물을 이용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 일본 특허 공개 제2004-67633호 공보에 기재되어 있는 아미드 화합물, 암모늄염, 또는 니트릴 화합물, 또한 유기 비소 화합물 및 카르복실산 화합물을 물과 알코올의 혼합 용매에 용해시킨 작동액을 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 작동액은 산화제를 포함하는 수용액과의 접촉 또는 혼합에 앞서서, 화 학식 2로 표시되는 케톤 화합물 및 암모니아를 포함하는 용액과 접촉 또는 혼합시키는 것이 바람직하다.

또한, 사용되는 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 또는 암모니아의 일부를 작동액 중에 첨가할 수도 있다.

또한, 상기 작동액을 사용한 경우, 상기 산화제의 반응액 중의 사용 농도는 상기 작동액과 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 및 암모니아를 포함하는 용액과 산화제를 포함하는 수용액을 포함하는 반응액 중의 농도이다.

반응은 통상 30 내지 110 ℃, 바람직하게는 30 내지 70 ℃에서 행할 수 있다. 반응 온도가 30 ℃보다도 낮은 경우에는 반응 수율이 저하되고, 또한 110 ℃보다도 높은 경우에는 과산화수소 또는 차아염소산나트륨의 분해가 생기기 때문에, 역시 반응 수율이 저하된다. 또한, 반응 압력은 임의로 행할 수 있지만, 상압에서 행하는 것이 용이하다.

본 반응에서 얻어진 화학식 1로 표시되는 케타진 화합물은, 예를 들면 믹서/세틀러(settler) 또는 원심 분리기에 의한 액액 분리법, 액-액 추출, 증류 등의 공지된 방법, 및 이들을 조합한 방법으로 반응액으로부터 취출되어 나온 것이다.

본 발명에 있어서 사용되는 관상 반응기는 액체의 도입구와 배출구를 갖고, 도입구에서 배출구로 액체가 흐를 수 있는 유로로 이루어져 있다. 바람직하게는 2개 또는 3개의 도입구를 갖고, 각각의 도입구에서 다른 유체를 도입하여, 각 유체가 접촉된 후, 배출구에서 배출되는 구조의 관상 반응기이고, 유로는 예를 들면 T자 또는 Y자와 같이 분지된 형상으로 할 수 있다. 각 유체가 접촉되는 유로 부분 을 이하에서 반응 유로라고 부르는 경우가 있다.

이러한 관상 반응기는 기판 표면에 적층, 첩부, 에칭, LIGA(Lithographie, Galvanoformung, Abformung) 공정, 절삭, 주형 성형 등의 수법을 이용하여 유로를 형성시킴으로써 제조할 수 있지만, 아비오텍사 제조 마이크로플루이딕스 칩(Microfluidics chip), 인스티튜트ㆍ퓨얼ㆍ마이크로테크닉ㆍ마인츠사 제조 마이크로 리액터, 셀룰러ㆍ프로세스ㆍ케미스트리사 제조 셀렉토(Selecto) 또는 사이토스(Cytos) 등의 시판되고 있는 반응기를 사용하는 것도 가능하다.

유로의 단면 형상은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 삼각형, 정방형, 직사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 등의 다각형, 원형, 타원형 등을 들 수 있다.

또한, 유로의 표면은 활면일 수도 있고, 미묘한 요철을 갖고 있을 수도 있고, 경우에 따라서는 해당 요철로 나선을 형성하고 있을 수도 있다.

상기 유로의 폭, 즉 유로폭은 2 내지 10000 μm, 바람직하게는 5 내지 5000 μm이고, 유로폭이 2 μm보다도 작은 경우에는 석출된 고형물에 의해 유로가 폐색될 위험성이 높아지고, 또한 10000 μm보다도 큰 경우에는 본 발명에서 목적으로 하는 효과를 얻는 것이 어려워진다. 또한, 본 명세서에 있어서 유로폭이란, 2개 이상의 유체가 접촉할 수 있는 부분의 유로의 최대폭으로서, 단면이 원형인 유로에 있어서는 직경에 상당하는 것을 의미한다.

상기 유로의 길이는 반응 유로로 0.01 내지 100 m 정도, 바람직하게는 0.05 내지 10 m 정도로 적절하게 설정할 수 있고, 유로를 직관상뿐만 아니라 곡관상으로 할 수 있고, 원형, 타원형, 각형의 코일상, 나선상일 수도 있다.

도 1의 관상 반응기를 이용한 본 발명의 제조 방법을 간단히 설명한다. 예를 들면, 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물을 포함하는 수용액을 도입구 a(2)로부터 도입하고, 암모니아를 포함하는 수용액을 도입구 b(3)로부터 도입함으로써, 유로 (5a) 내에서 혼합시켜 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물과 암모니아를 포함하는 용액을 형성하고, 도입구 c(4)로부터 산화제를 포함하는 수용액을 도입함으로써, 그 이후의 유로 내에서 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물과 암모니아를 포함하는 용액과 산화제를 포함하는 수용액을 접촉 또는 혼합시킬 수 있고, 생성된 화학식 1로 표시되는 케타진 화합물을 배출구 (6)으로부터 반응액과 동시에 취출할 수 있다.

또한, 산화제로서 과산화수소를 사용하는 경우, 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물을 포함하는 수용액과 암모니아를 포함하는 수용액을 미리 혼합한 수용액을 도입구 a(2)로부터 도입하고, 작동액을 도입구 b(3)로부터 도입함으로써, 유로 (5a) 내에서 접촉 또는 혼합시켜 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물과 암모니아를 포함하는 용액을 형성하고, 도입구 c(4)로부터 산화제를 포함하는 수용액(과산화수소수)을 도입함으로써, 화학식 1로 표시되는 케타진 화합물을 제조할 수 있다.

본 발명의 제조 방법에 있어서 사용되는 관상 반응기는 도입구에서 도입된 2종 이상의 유체가 반응 유로에서 접촉 또는 혼합되어 통과할 때, 각 유체가 층류 상태를 형성하도록 설계되는 것이 바람직하다.

층류 상태는 하기 수학식 1에 의해 표시되는 레이놀즈수로 표시되고, 적어도 2300보다도 작고, 보다 바람직하게는 100 이하인 것이 바람직하다.

Re=LUρ/η

[식 중 Re는 레이놀즈수, L은 유로의 길이, U는 유체의 유속, ρ은 유체의 밀도, η는 유체의 점도 계수를 나타냄]

본 발명에서 사용되는 미세 구조를 갖는 반응기는 반응기를 흐르는 유체의 압력 변동이 작을수록 접촉 또는 혼합의 효율이 향상되고, 그것에 따라 국소적인 온도 상승이나 부반응이 억제되기 때문에, 결과적으로 반응 효율을 증대시킬 수 있다.

압력 변동폭은 5％ 이하로 하고, 2％ 이하가 바람직하고, 1％ 이하로 하는 것이 특히 바람직하다.

압력 변동폭이 5％ 이상인 경우에는 그의 변동에 따라 유체의 유량, 유속이 변동되기 때문에, 균일한 접촉 또는 혼합 비율을 유지할 수 없게 되어, 결과적으로 반응 효율이 저하된다.

유체의 도입 방법은 안정된 유량(유속) 및 압력을 갖는 유체를 도입할 수 있고, 안정된 층류 구조를 형성할 수 있는 도입 방법이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 시린지 펌프, 피스톤 펌프, 다이어프램(diaphragm) 펌프, 플런저(plunger) 펌프, 기어 펌프, 연동 펌프, 볼류트(volute) 펌프, 확산 펌프 등의 펌프류를 바람직하게 사용할 수 있고, 이들 펌프류는 1종 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 관상 반응기는 그의 반응 조건에 맞추어, 예를 들면 냉각 장치, 가열 장치, 전기적인 제어 장치, 분석 장치 등, 적절하게 선택된 부대 장치를 부착하여 사용할 수 있다.

상기한 관상 반응기 복수개를 병렬 또는 적층하여 사용함으로써, 공업적으로 대량 생산하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 제조 방법에 있어서 사용하는 관상 반응기의 일례를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에서 이용한 관상 반응기의 일례를 나타내는 도면이다.

1: 기판, 2: 도입구 a, 3: 도입구 b, 4: 도입구 c, 5: 유로, 5a: 유로의 일부, 6: 배출구

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하에 참고예, 실시예, 시험예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 이것으로 조금도 한정되는 것은 아니다.

이하, 본 발명을 참고예, 실시예, 및 비교예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

참고예 1(관상 반응기의 제조)

30 mm×70 mm×2 mm의 소다 석회 유리판에 절삭 가공기(소형 머시닝 센터 EGX-300, 롤랜드(Roland)사 제조)를 이용하여, 하기 조건으로 관상 반응기를 제조 하였다.

절삭 드릴: 직경 0.5 mm 및 0.2 mm의 전착 다이아몬드바(A2505, A2502, 미니모(MINIMO)사 제조)

절삭 조건: XY축 방향 속도 0.5 mm/초, Z축 방향 속도 0.5 mm/초, 절삭 피치 0.01 mm, 주축 회전수 15000 rpm

유입 출구: 직경 1.00 mm의 초경 드릴(A2501)을 사용하여 가공

얻어진 가공 소다 석회 유리판과 미가공 유리판을 적층하고, 660 ℃에서 5시간 이상 융착하여 폭 100 내지 500 μm, 깊이 100 내지 200 μm, 및 길이 150 mm(a-b: 50 mm, b-배출구: 100 mm)의 유로를 갖는 반응기(도 2)를 제조하였다.

또한, 상기 반응기에는 항온 장치를 구비하고, 각 도입구(도입구 A-C)에 시린지 펌프(KD 사이언티픽사(Scientific Inc.) 제조)를 장착하였다.

실시예 1

카코딜산 33 중량％, 메틸아르손산 7 중량％, 아세트산 20 중량％, 물 7 중량％, 암모니아 6 중량％, 에틸렌글리콜 27 중량％를 혼합하여 작동액 100 g을 제조하였다.

참고예 1에서 제조한 관상 반응기의 항온 장치를 50 ℃로 설정한 후, 도입구 A에서 작동액, 도입구 B에서 23％ 암모니아수 24 g과 메틸에틸케톤 46 g의 수용액, 도입구 C에서 60％ 과산화수소 수용액 17 g을 시린지 펌프를 이용하여 도입하였다. 그의 도입은 각 용액의 혼합 비율이 10:7:2의 비율이 되도록 설정하고, 반응액의 유량(도 2의 b에서 배출구에서의 유량)은 4.5 ml/분으로 하였다. 이 때의 레이놀 즈수는 약 2였다.

배출구에서 배출된 반응액에 과잉의 메틸에틸케톤을 가한 후, 하기 조건으로 고속 액체 크로마토그래피(HPLC)로 측정하여, 표준품과의 비교에 의해 메틸에틸케타진의 생성량을 구하였다.

(HPLC 조건)

칼럼: 이너트실(Inertsil) ODS-3 (φ 4.6×250 mm, GL 사이언스사 제조)

칼럼 온도: 40 ℃

이동상: 아세토니트릴/20 mmol 인산 완충액(pH7)=2/8

유속: 1.0 ml/분

검출기: UV(λ 235 nm)

주입량: 3 μl

그 결과, 첨가된 과산화수소에 대하여 목적의 메틸에틸케타진이 94％의 수율로 생성된 것을 확인하였다.

실시예 2

참고예 1에서 제조한 관상 반응기의 도입구 A에서 23％ 암모니아수 용액 813 g, 도입구 B에서 아세톤 174 g, 도입구 C에서 유효 염소량 17％의 차아염소산나트륨 수용액 253 g을 시린지 펌프를 이용하여 도입하였다. 그의 도입은 각 용액의 혼합 비율이 81:17:25의 비율이 되도록 설정하고, 반응액의 유량(도 2의 b에서 배출구에서의 유량)을 1.5 ml/분으로 하였다. 이 때의 레이놀즈수는 약 1.5였다.

배출구에서 배출된 반응액을 하기 가스 크로마토그래피로 분석하여, 표준품 을 이용한 검량선으로부터 디메틸케타진의 생성량을 구하였다.

(가스 크로마토그래피 분석 조건)

칼럼: 크로모솔브 W N 상의 PEG 20 M+KOH (10+10％)

AW 80/100 메쉬 2.1 m

칼럼 온도: 170 ℃

주입물 온도: 230 ℃

캐리어 가스: N2 40 ml/분

검출기: FID

주입량: 0.5 μl

결과, 첨가된 차아염소산나트륨의 유효 염소량에 대하여 목적의 디메틸케타진이 96％의 수율로 생성된 것을 확인하였다.

참고예 2

실시예 1에서 얻어진 메틸에틸케타진을 함유하는 반응액을 가압 증류(내온: 약 150 ℃, 2229 hPa)하여, 증류분 내의 에틸메틸케톤이 검출 한계 이하가 된 시점을 종점으로 하였다(가스 크로마토그래피 분석).

또한 얻어진 잔분을 160 hPa에서 감압 증류하여, 잔분이 80％ 하이드라진 수화물 수용액이 되도록 조절하였다. 이 80％ 하이드라진 수화물 수용액을 실온까지 냉각한 후, 불용물 및 석출물을 여과 분별하여, 목적으로 하는 80％ 하이드라진 수화물 수용액을 얻었다(수율: 케타진으로부터 96％).

하이드라진 수화물은 하기 적정 방법으로 그의 함량을 산출하였다.

<하이드라진 수화물 함량>

홀피펫을 이용하여 시료 10 mL를 정칭하고, 100 mL 메스플라스크에 가하여 탈이온수로 메스업한다. 또한 홀피펫을 이용하여, 이 액을 10 mL 정칭하여 삼각 플라스크에 옮긴다. 다음으로 탈이온수 약 90 mL, 황산(1+1)(농황산을 동 용량의 물로 희석) 약 5 mL 첨가한 후, 액량이 반이 될 때까지 펄펄 끓여 증발시킨다. 냉각한 용액에 탄산수소나트륨을 약간 과잉으로 첨가하여(결정이 약간 남는 정도), 1/10 규정 요오드로 적정한다. 지시약으로서는 전분을 사용한다. 하이드라진 수화물 함량(w/v％)은 하기 수학식에 따라서 산출한다.

하이드라진 수화물 함량(w/v％)=100×(0.00125×100×F×A/10×10)=0.125×F×A

A: 1/10 N 요오드 적정량 (mL)

F: 1/10 N 요오드 역가=정칭한 요오드의 값/25.3809 (g)

1000 mL의 탈이온수에 용해

참고예 3

실시예 2에서 얻어진 디메틸케타진을 함유하는 반응액을 참고예 2의 방법과 동일한 방법으로 80％ 하이드라진 수화물 수용액을 얻었다(수율: 케타진으로부터 95％).

비교예 1

카코딜산 33 중량％, 메틸아르손산 7 중량％, 아세트산 20 중량％, 물 7 중 량％, 암모니아 6 중량％, 에틸렌글리콜 27 중량％를 포함하는 작동액 100 g을 200 cc의 교반기가 부착된 반응기(4구 플라스크)에 투입하여, 60 ℃로 유지하고, 23％ 암모니아 수용액 24 g, 메틸에틸케톤 46 g과 60％ 과산화수소 수용액 8.5 g을 동시에 30분간 걸쳐 첨가하여, 80분간 반응시켰다. 얻어진 반응 혼합물을 실시예 1에 기재된 HPLC 조건으로 분석한 결과, 첨가된 과산화수소에 대하여 메틸에틸케타진이 67％의 수율로 생성된 것을 확인하였다.

또한, 참고예 2의 방법과 동일하게 하여 80％ 하이드라진 수화물 수용액을 얻었다(수율: 케타진으로부터 89％). 부 생성물 A 및 B가 각각 205 ppm 및 101 ppm 포함되어 있었다.

비교예 2

23％ 암모니아 수용액 813 g 및 아세톤 174 g을 반응기에 넣고, 추가로 이것에 1020 g의 물을 첨가하여, 암모니아 및 아세톤의 농도가 18 중량％가 되도록 제조한 후, 교반하면서 60 ℃로 승온하였다. 다음으로 유효 염소량 14％의 차아염소산나트륨 수용액 253 g을 80분간 걸쳐 첨가하여, 반응을 행하였다.

또한 얻어진 반응 혼합물을 실시예 1과 동일한 방법으로 분석한 결과, 첨가된 차아염소산나트륨에 대하여 디메틸케타진이 52％의 수율로 생성된 것을 확인하였다. 또한, 참고예 2의 방법과 동일한 방법으로 80％ 하이드라진 수화물 수용액을 얻었다(수율: 케타진으로부터 90％). 부 생성물 A 및 B가 각각 101 ppm 및 98 ppm 포함되어 있었다.

비교예 3

23％ 암모니아 수용액 81.3 g 및 아세톤 17.4 g을 반응기에 투입하고, 추가로 이것에 1706 g의 물을 첨가하여, 반응 시약의 농도가 2％가 되도록 제조한 후, 교반하면서 60 ℃로 승온하였다. 다음으로 유효 염소량 14％의 차아염소산나트륨 수용액 25.3 g을 80분간 걸쳐 첨가하여 반응을 행하였다.

추가로 얻어진 반응 혼합물을 실시예 1과 동일한 방법으로 분석한 결과, 첨가된 차아염소산나트륨에 대하여 디메틸케타진이 86％의 수율로 생성된 것을 확인하였다.

또한, 참고예 2의 방법과 동일한 방법으로 80％ 하이드라진 수화물 수용액을 얻었다(수율: 케타진으로부터 92％). 부 생성물 A 및 B가 각각 41 ppm 및 35 ppm 포함되어 있었다.

상기 실시예 1 내지 2, 참고예 2 내지 3, 비교예 1 내지 3의 결과를 표 1에 통합하였다.

a) 반응에 사용한 산화제의 반응액 내의 농도.

실시예 2, 비교예 2 및 3의 ( )안 수치는 차아염소산나트륨의 유효 염소 농도를 나타낸다.

b) 수율을 100％로 한 경우의 반응액 내의 케타진 화합물의 농도.

c) 하이드라진 수화물의 케타진 화합물로부터의 생성 수율.

( )안 수치는 케타진 화합물 제조 반응의 산화제로부터의 생성 수율을 나타낸다.

d) 생성된 하이드라진 수화물 중에 존재하는 부 생성물 A의 함량.

e) 생성된 하이드라진 수화물 중에 존재하는 부 생성물 B의 함량.

본 발명의 케타진 화합물의 제조 방법에 따르면, 생성되는 케타진의 반응액 내 농도를 낮추지 않고, 반응 과정에서 생성되는 하이드라진의 산화제에 의한 분해를 억제할 수 있고, 부 생성물의 생성을 억제할 수 있다. 또한 본 발명의 제조 방법에 의해서 제조된 케타진 화합물을 함유하는 반응액을 이용함으로써, 하이드라진 수화물의 제조에 있어서 필요한 에너지를 감소시키는 것이 가능해지고, 불순물이 적은 하이드라진 수화물을 고수율로 제조할 수 있다.

Claims

화학식 2로 표시되는 케톤 화합물, 암모니아 및 산화제로부터 화학식 1로 표시되는 케타진 화합물을 제조하는 방법으로서, 유로폭이 2 내지 10000 μm인 관상 반응기 속에서 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 및 암모니아를 포함하는 용액과, 산화제를 포함하는 수용액을 접촉시키는, 화학식 1로 표시되는 케타진 화합물의 제조 방법.

<화학식 1>

[식 중, R¹ 및 R²는 동일하거나 또는 상이하고, C_1-6알킬기를 나타내거나, 또는 R¹ 및 R²가 서로 결합하여 직쇄상의 C_2-7알킬렌기를 나타냄]

<화학식 2>

[식 중, R¹ 및 R²는 상기와 동일함]
제1항에 있어서, 산화제가 과산화수소수 또는 차아염소산나트륨인 제조 방 법.
제2항에 있어서, 과산화수소 1몰에 대하여, 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 2 내지 5몰 및 암모니아 2 내지 10몰을 사용하는 제조 방법.
제2항에 있어서, 차아염소산나트륨의 유효 염소 1몰에 대하여, 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 2 내지 50몰 및 암모니아 2 내지 400몰을 사용하는 제조 방법.
제1항에 있어서, 화학식 2로 표시되는 케톤 화합물 및 암모니아를 포함하는 용액과, 산화제를 포함하는 수용액을 포함하는 반응액 내의 산화제가 1.6 내지 20 중량％인 제조 방법.