KR20100051689A - 다이아미노피리딘 및 관련 화합물의 합성 방법 - Google Patents

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KR20100051689A
KR20100051689A KR1020107004347A KR20107004347A KR20100051689A KR 20100051689 A KR20100051689 A KR 20100051689A KR 1020107004347 A KR1020107004347 A KR 1020107004347A KR 20107004347 A KR20107004347 A KR 20107004347A KR 20100051689 A KR20100051689 A KR 20100051689A
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aryl
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KR1020107004347A
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요아힘 씨. 리터
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D213/00—Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/02—Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
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Abstract

다양한 유용한 물질의 합성에서 화합물로서 그리고 성분으로서 산업적으로 사용되는, 다이아미노피리딘, 예를 들어 2,6-다이아미노피리딘 및 관련 화합물의 합성 방법이 제공된다. 상기 합성은 구리 공급원의 존재 하에서 염소-암모니아 치환에 의해 진행된다.

Description

다이아미노피리딘 및 관련 화합물의 합성 방법{PROCESS FOR THE SYNTHESIS OF DIAMINOPYRIDINE AND RELATED COMPOUNDS}
본 출원은 모든 목적을 위하여 본 출원의 일부로서 전체적으로 참고로 포함된, 2007년 8월 1일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/953,261호의 이익을 주장한다.
본 발명은 다양한 유용한 물질의 합성에서 전구체 및 중간체로서 산업적으로 사용되는, 다이아미노피리딘, 예를 들어 2,6-다이아미노피리딘 및 관련 화합물의 제조에 관한 것이다.
화합물 2,6-다이아미노피리딘:
Figure pct00001
은 염료, 금속 리간드, 의약품, 농약, 및 중합체 내로 혼입시키기 위한 단량체, 예를 들어 미국 특허 제5,674,969호에 개시된 것들을 포함하는 다양한 제품의 제조를 위한 출발 재료로서 통상적으로 사용된다.
피리미딘이 유기 용매에서 나트륨 아미드와 반응하는 치치바빈 아민화 반응(Chichibabin amination reaction)에 의해 다이아미노피리딘을 제조하는 것은 알려져 있다. 이는 상대적으로 가혹한 조건(예를 들어, 고압에서 200℃의 온도)을 필요로 하는 복잡한 반응이다. 게다가, 상기 반응은 이량체화를 막기 위해 비교적 고가의 나트륨 아미드가 과량으로 사용되어야 하기 때문에 비경제적이며, 분리와 관련된 공정 복잡성, 유해한 나트륨 아미드의 취급 및 폐기물 처리가 제조 비용을 상승시킨다.
다이아미노피리딘의 다른 제조 방법은 에피클로로히드린의 3단계 변형이다. 이 방법은 일반적으로 생산성이 낮으며, 과다한 시안화나트륨의 사용 및 HCN의 취급을 요구한다. 추가적으로, DAP 생성물의 수용가능한 수율을 달성하기 위해서 중간체인 하이드록시글루타로니트릴의 정제가 요구된다.
다이클로로피리딘에서 암모니아 또는 아민으로 염소를 치환하는 것이 알려져 있다. 한 방법은, 예를 들어 황산구리 촉매의 존재 하에서 클로로피리딘 및 암모니아로부터 아미노피리딘을 제조하는 것이며, 이 방법은 문헌[Rec. Trav. Chim., 58, 709-721 (1939)] 및 독일 특허 제510,432호에 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에서의 수율은 상업적으로 생존하기에는 전형적으로 너무 낮다.
일본 특허 제53/053,662호에서는, 피리딘 핵의 2- 또는 6-위치에 적어도 하나의 염소 원자를 포함하는 클로로피리딘을 금속 Cu 또는 Al의 존재 하에서 수성 NH3로 처리함으로써 아미노피리딘이 제조된다. 이 반응을 실행시키기 위해 필요한 상대적으로 대량의 구리 또는 알루미늄 분말, 및 상대적으로 고온 및 고압은 그 반응을 바람직하지 않게 어렵게 만들며, 역시, 2,6-다이아미노피리딘의 수율이 상업적으로 생존하기에는 일반적으로 너무 낮다.
따라서, 다이아미노피리딘, 예를 들어 2,6-다이아미노피리딘 및 관련 화합물의 제조를 위한 저온, 저압, 고-선택성 방법에 대한 필요성이 남아 있다.
일 실시 형태에서는, 하기 화학식 I:
[화학식 I]
Figure pct00002
의 구조에 의해 나타내어지는 화합물의 합성 방법이 본 명세서에 기술되어 있으며, 본 방법은 (a) 하기 화학식 II:
[화학식 II]
Figure pct00003
의 구조에 의해 나타내어지는 화합물을 수성 암모니아 용액 중에서 구리 공급원과 접촉시켜 반응 혼합물을 형성하는 단계 - 여기서, 상기 수성 암모니아 용액은 약 4 내지 약 8의 pH로 완충됨 - 와; (b) 상기 반응 혼합물을 가열하는 단계에 의한 것이며; 화학식 I 및 화학식 II에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
(a) H;
(b) 알킬, 아릴 또는 아르알킬 라디칼;
(c) NR3R4 [여기서, R3 및 R4는 각각 독립적으로
(i) H,
(ii) 알킬, 아릴 또는 아르알킬 라디칼,
(iii)
Figure pct00004
(여기서, R5는 알킬, 아릴 또는 아르알킬 라디칼임), 또는
(iv) -C(O)-NR5R5 (여기서, 각각의 R5는 상기 정의된 바와 같음)임]; 또는
(d) OR6 [여기서, R6은
(i) H,
(ii) 알킬, 아릴 또는 아르알킬 라디칼, 또는
(iii)
Figure pct00005
(여기서, R5는 상기 정의된 바와 같음)임].
다른 실시 형태에서는, 상기 방법에 의해 제조된 화학식 I의 구조에 의해 나타내어지는 화합물의 올리고머 또는 중합체로의 전환에 의한, 올리고머 또는 중합체의 제조 방법이 제공된다.
다른 실시 형태에서는, 상기 방법에 의해 얻어지거나 얻을 수 있는 화학식 I의 화합물이 제공된다.
본 명세서에 기술된 방법에서, 화학식 I의 구조에 의해 나타내어지는 다양한 화합물 중 하나와 같은 다이아미노피리딘("DAP")의 합성은 구리 공급원의 존재 하에서 염소-암모니아 치환에 의해 진행된다.
일 실시 형태에서는, 하기 화학식 I:
[화학식 I]
Figure pct00006
의 구조에 의해 나타내어지는 화합물의 합성 방법이 본 명세서에 기술되어 있으며, 본 방법은 (a) 하기 화학식 II:
[화학식 II]
Figure pct00007
의 구조에 의해 나타내어지는 화합물을 수성 암모니아 용액 중에서 구리 공급원과 접촉시켜 반응 혼합물을 형성하는 단계 - 여기서, 상기 수성 암모니아 용액은 약 4 내지 약 8의 pH로 완충됨 - 와; (b) 상기 반응 혼합물을 가열하는 단계에 의한 것이며; 화학식 I 및 화학식 II에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
(a) H;
(b) 알킬, 아릴 또는 아르알킬 라디칼;
(c) NR3R4 [여기서, R3 및 R4는 각각 독립적으로
(i) H,
(ii) 알킬, 아릴 또는 아르알킬 라디칼,
(iii)
Figure pct00008
(여기서, R5는 알킬, 아릴 또는 아르알킬 라디칼임), 또는
(iv) -C(O)-NR5R5 (여기서, 각각의 R5는 상기 정의된 바와 같음)임]; 또는
(d) OR6 [여기서, R6은
(i) H,
(ii) 알킬, 아릴 또는 아르알킬 라디칼, 또는
(iii)
Figure pct00009
(여기서, R5는 상기 정의된 바와 같음)임].
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "알킬" 은 알칸으로부터 임의의 탄소 원자로부터 수소 원자를 제거함으로써 유도되는 1가 기를 나타낸다: -CnH2n +1(여기서,
n = 1임). 알킬 라디칼은 C1 내지 C20 직쇄, 분지형 또는 사이클로알킬 라디칼일 수 있다. 적합한 알킬 라디칼의 예는 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필,
n-부틸, t-부틸, n-펜틸, n-헥실, 사이클로헥실, n-옥틸, 트라이메틸펜틸, 및 사이클로옥틸 라디칼을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "아릴"은 자유 원자가가 방향족 고리의 탄소 원자에 대한 것인 1가 기를 나타낸다. 아릴 부분은 하나 이상의 방향족 고리를 포함할 수 있으며, 불활성 기, 즉 그 존재가 반응을 방해하지 않는 기로 치환될 수 있다. 적합한 아릴 기의 예는 페닐, 메틸페닐, 에틸페닐, n-프로필페닐, n-부틸페닐, t-부틸페닐, 바이페닐, 나프틸 및 에틸나프틸 라디칼을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "아르알킬"은 아릴기를 갖는 알킬기를 나타낸다. 적합한 아르알킬 라디칼의 예는 벤질(즉, C6H5CH2- 라디칼) 및 페닐에틸(즉, 펜에틸, C6H5CH2CH2- 라디칼)을 포함한다.
본 명세서에 기술된 방법의 일 실시 형태에서, 화학식 I의 구조에 의해 나타내어지는 화합물은 화학식 II의 구조에 의해 나타내어지는 화합물을 완충된 수성 암모니아 용액 중에서 구리 공급원과 접촉시켜 반응 혼합물을 형성하고, 상기 반응 혼합물을 가열함으로써 제조된다. 화학식 II의 특정 실시 형태에서, R1 및 R2는 각각 H일 수 있다. R1 및 R2가 각각 H일 때, 화학식 II의 구조에 의해 나타내어지는 화합물은 2,6-다이클로로피리딘 ("DCP")이며, 이 방법에 의해 제조된 화학식 I의 구조에 의해 나타내어지는 화합물은 2,6-다이아미노피리딘이다. 그러한 반응이 하기에 개략적으로 나타나 있다:
Figure pct00010
화학식 II의 구조에 의해 나타내어지는 화합물은 구매가능하거나 또는 합성될 수 있다. 예를 들어, 2,6-다이클로로피리딘은 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich) (미국 미주리주 세인트 루이스)로부터 입수될 수 있거나, 또는 피리딘 또는 2-클로로피리딘의 광염소화에 의해 합성될 수 있다 (예를 들어, 국제특허 공개 WO 95/21158호 및 미국 특허 제5,536,376호 참고).
3-아미노-2,6-다이클로로피리딘은 미국 오레곤주 포틀랜드 소재의 티씨아이 아메리카(TCI America)로부터 입수될 수 있다. 2,6-다이클로로-3,5-다이메틸피리딘은, 예를 들어 환-선택적인 순차적 리튬치환반응(lithiation)에 의해 3,5-다이메틸피리딘 (3,5-루티딘으로도 알려짐)으로부터 합성될 수 있다 (문헌[Synlett (2002) (4), 628-630] 참고). R1이 메틸이고 R2가 메틸 또는 페닐인 화학식 II의 구조에 의해 나타내어지는 화합물은 문헌[Tetrahedron Letters (1989), 30(24), 3183-6]에 기재된 바와 같이 톨루엔에서 아세틸렌계 화합물을 이용하여 옥사지논으로부터 합성될 수 있다.
구리 공급원은 원소 구리[Cu(0)], 또는 구리 화합물, 예를 들어 Cu(I) 화합물 또는 Cu(II) 화합물, 예컨대 Cu(I) 염 또는 Cu(II) 염, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 구리 화합물의 예는 제한 없이 CuCl, CuBr, CuI, Cu2SO4, CuNO3, CuCl2, CuBr2, CuI2, CuSO4, 및 Cu(NO3)2를 포함한다. CuBr 및 CuI가 특히 바람직하다. 구리 공급원은 반응에서 촉매로서 작용하는 것으로 여겨진다. 촉매로서 작용하면서, 구리 공급원은 화학적으로 변경될 어떠한 방식으로도 반응에 참여하지 않겠지만, 그럼에도 불구하고, 반응의 하나 이상의 파라미터를 변경시키고, 이에 의해 생성물 형성을 향상시키는 것으로 여겨진다. 결과적으로, 구리 공급원은 촉매적으로 유효한 양, 즉 그러한 목적을 달성할 수 있는 양으로 반응 혼합물에 제공된다.
반응에 사용되는 구리의 양은 반응 혼합물에 존재하는 화학식 II의 화합물의 몰수를 기준으로 전형적으로 약 0.5 내지 약 7 몰%이다. 암모니아 농도는 반응 혼합물에 존재하는 화학식 II의 화합물의 몰당 전형적으로 약 5 내지 약 10 몰의 범위이다.
수성 암모니아 용액은, 이것에 완충제를 첨가함으로써 완충될 수 있다. 완충제는 반응에 직접 참여하지는 않지만, 그 존재에 의해 반응 혼합물의 pH를 사전선택된 한계로 제한하는 물질이다. 빈번하게, 완충제는 브뢴스테드-로우리 산과 관련하여, 약산/짝염기 쌍, 또는 약염기/짝산 쌍인 물질이다. 완충제는, 양성자의 획득 또는 손실에 의해 평형을 얻는 데 있어서, 산 또는 알칼리의 시스템에의 첨가, 또는 반응 혼합물의 희석과 같은 사건들과 관련하여 사전선택된 범위로 반응 혼합물의 pH 변화를 제한할 것이다. 본 발명의 반응 혼합물에의 완충제의 첨가는 완충된 용액을 생성하며, 이 용액에서 pH는 약 4.0 이상, 약 4.5 이상, 약 5.0 이상, 또는 약 5.5 이상, 및 또 약 8.0 이하, 약 7.5 이하, 약 7.0 이하, 또는 약 6.5 이하로 유지될 것이다. 완충제에 의한 반응 혼합물의 pH의 제한 범위는 상기 기술된 다양한 최대 및 최소의 임의의 조합에 의해 형성된 임의의 범위로 표현될 수 있다.
완충제는, 예를 들어 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 암모늄 인산염, 붕산염, 황산염, 탄산염, 중탄산염, 아세트산염, 수산화물, 브롬화물, 규산염, 시트르산염, 글루콘산염 및 타르타르산염; 또는 저급 알칸카르복실산(예컨대, 아세트산)의 알칼리 금속 염; 또는 인산의 염기성 알칼리 금속 염 중에서 선택될 수 있다. 적합한 완충제의 예는 또한 제한 없이 중탄산나트륨, 탄산나트륨, 인산수소이나트륨, 인산이수소나트륨, 사파이로인산나트륨, 오르토인산염 및 수용성 축합 인산염, 예컨대 트라이폴리인산염 및 파이로인산염을 포함한다. 또한, 아세트산암모늄, 브롬화암모늄, 인산이수소암모늄, 인산수소암모늄, 및 붕산암모늄이 포함된다. 또한, 알칼리 금속 화합물 또는 알칼리 토금속 화합물, 예를 들어 나트륨, 칼륨 및 칼슘 화합물이 포함되며, 예를 들어, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 및 탄산칼륨, 탄산칼슘, 아세트산나트륨, 인산수소이나트륨, 인산삼나트륨 및 붕산나트륨이 포함된다. 또한, 세스퀴탄산나트륨, 규산나트륨, 규산칼륨, 파이로인산나트륨, 파이로인산사칼륨, 인산삼칼륨, 인산삼나트륨, 무수 사붕산나트륨, 사붕산나트륨 5수화물, 사붕산나트륨 10수화물, 산화마그네슘, 붕산, 말산, 벤조산, 및 (메틸)석신산이 포함된다.
완충제는 임의의 편리한 방법으로 반응 혼합물에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 약산의 암모늄 염이 완충제로서 사용될 때, 그 염은 염(예를 들어, 아세트산암모늄)으로서 직접 첨가될 수 있거나, (예를 들어, 과량의 수성 암모니아에 아세트산 또는 아세트산 무수물을 첨가함으로써) 동일계내에서 형성될 수 있다. 전형적으로, 완충제는 반응 혼합물에 전체 반응 혼합물의 중량을 기준으로 약 20 내지 약 60 중량%의 농도로 존재한다.
반응 조건, 예를 들어 온도, 압력 및 시간이 특정 구리 공급원의 선택에 따라 달라질 수 있더라도, 전형적으로, 하기 조건이 원하는 화학식 I의 화합물의 생성을 달성하기에 적합한 것으로 밝혀졌다: 일반적으로 약 100℃ 내지 약 150℃ 범위의 가열 반응 온도; 일반적으로 약 1.03 ㎫ (150 psi) 내지 약 4.83 ㎫ (700 psi) 범위의 반응 압력; 및 일반적으로 약 5 내지 약 9시간 범위의 반응 시간.
일 실시 형태에서, 본 발명의 방법의 DAP 반응 생성물은 여분의 암모니아 및 물의 일부의 제거에 이어, 상기 반응 생성물, 완충제 및 촉매를 함유하는 반응 혼합물로부터의 결정화에 의해 반응 혼합물로부터 분리된다. 다른 실시 형태에서, 상기 반응 생성물은 반응 혼합물에 황산을 첨가함으로써 반응 생성물을 헤미설페이트로서 침전시킴으로써 분리된다.
본 발명의 방법은 공지된 방법들과 비교할 때, 원하는 화학식 I의 생성물에 대한 증가된 선택성, 및 이의 증가된 수율을 유리하게 제공한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "생성물" (P)에 대한 "선택성"은 최종 생성물 믹스 중 P의 몰 분율 또는 몰 백분율을 나타내며, 용어 "전환율"은 이론적인 양의 분율 또는 백분율로서 얼마나 많은 반응물이 소모되었는지를 나타낸다. 따라서, 전환율에 선택성을 곱한 값은 P의 최대 "수율"과 동일하며, 한편 "순 수율"이라고도 불리는 실제 수율은 보통 단리, 취급, 건조 등과 같은 활동의 과정에서 발생되는 샘플 손실로 인해, 이보다 다소 적을 것이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "순도"는 수중의 단리된 샘플의 얼마만큼의 백분율이 실제로 명시된 물질인지를 나타낸다. 본 발명에서 얻어지는 원하는 화학식 I의 생성물에 대한 증가된 선택성, 및 이의 증가된 수율은 바람직하지 않은 부반응의 발생을 최소화하고, 이에 의해 원하는 생성물에 대한 선택성의 증가를 가져오는 완충제의 효과로 보이는 것으로부터 얻어질 수 있다. 그러나, 본 발명은 작동에 대한 임의의 특정 이론에 제한되지 않는다.
또한, 전술된 방법은 다이아미노피리딘으로부터 제조된 생성물, 예를 들어 그의 올리고머 또는 중합체의 효과적인 그리고 효율적인 합성을 가능하게 한다. 생성된 이들 물질은 아미드 작용기, 이미드 작용기, 또는 우레아 작용기 중 하나 이상을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 형태는 다이아미노피리딘을 올리고머 또는 중합체로 전환하는 방법을 제공한다. 다이아미노피리딘은 전술된 것과 같은 방법에 의해 제조될 수 있으며, 이어서 추가로 중합 반응을 받게 하여 그 반응으로부터 올리고머 또는 중합체, 예를 들어 상기 언급된 작용기 타입을 갖는 것들을 제조할 수 있다. 다단계 방법에서, 중합체, 예를 들어 피리도비스이미다졸-2,6-다이일(2,5-다이하이드록시-p-페닐렌) 중합체가 또한 다이아미노피리딘으로부터 제조될 수 있다.
다이아미노피리딘은, 예를 들어 중합이 반응 조건 하에서 액체이고, 이산(할라이드) 및 다이아미노피리딘 둘 모두를 위한 용매이며, 중합체 생성물에 대하여 팽윤 또는 부분적 구출 작용을 갖는 유기 화합물에서 용액에서 일어나는 공정에서 이산(또는 이산 할라이드)과 반응시킴으로써 폴리아미드 올리고머 또는 중합체로 전환될 수 있다. 반응은 온건한 온도, 예를 들어, 100℃ 미만에서 행해질 수 있으며, 바람직하게는 선택된 용매에서 또한 용해성인 산 수용체의 존재 하에서 행해진다. 적합한 용매는 메틸 에틸 케톤, 아세토니트릴, N,N-다이메틸아세트아미드, 다이메틸 포름아미드 - 5%의 염화리튬을 포함함 - , 및 N-메틸 피롤리돈 - 4차 염화암모늄을 포함함 - , 예를 들어 메틸 트라이-n-부틸 암모늄 클로라이드 또는 메틸-트라이-n-프로필 암모늄 클로라이드를 포함한다. 반응물 성분들의 조합은 상당한 열의 발생을 야기하며, 또한, 교반은 열에너지를 생성한다. 이러한 이유로, 용매 시스템 및 기타 물질은 원하는 온도의 유지를 위하여 냉각이 필요할 때 당해 공정 동안 항상 냉각된다. 전술한 것과 유사한 방법이 미국 특허 제3,554,966호; 미국 특허 제4,737,571호; 및 캐나다 특허 제2,355,316호에 개시되어 있다.
다이아미노피리딘은 또한, 예를 들어 용매 중 다이아미노피리딘의 용액이, 산 수용체의 존재 하에서 제1 용매와 불혼화성인 제2 용매 중의 이산 또는 이산 할라이드, 예를 들어 이산 클로라이드의 용액과 접촉되어 두 상의 계면에서 중합이 초래될 수 있는 공정에서, 이산(또는 이산 할라이드)과의 반응에 의해 폴리아미드 올리고머 또는 중합체로 전환될 수 있다. 다이아미노피리딘은, 예를 들어 염기를 포함하는 물에 용해 또는 분산될 수 있으며, 이때 염기는 중합 동안 생성된 산을 중화시키기에 충분한 양으로 사용된다. 수산화나트륨이 산 수용체로서 사용될 수 있다. 이산(할라이드)를 위한 바람직한 용매는 테트라클로로에틸렌, 메틸렌클로라이드, 나프타 및 클로로포름이다. 이산(할라이드)를 위한 용매는 아미드 반응 생성물에 대해서는 상대적 비-용매이고, 아민 용매에서는 상대적으로 불혼화성이어야 한다. 불혼화성의 바람직한 역치는 하기와 같다: 유기 용매는 아민 용매 중에 0.01 중량%와 1.0 중량% 사이보다 크지 않게 용해성이어야 한다. 다이아미노피리딘, 염기 및 물은 함께 첨가되어 격렬하게 교반된다. 교반기의 고 전단 작용이 중요하다. 산 클로라이드의 용액이 상기 수성 슬러리에 첨가된다. 접촉은 일반적으로 0℃ 내지 60℃에서, 예를 들어 약 1초 내지 10분 동안, 그리고 바람직하게는 실온에서 5초 내지 5분 동안 수행된다. 중합은 신속하게 일어난다. 전술한 것과 유사한 방법이 미국 특허 제3,554,966호 및 미국 특허 제5,693,227호에 개시되어 있다.
다이아미노피리딘은 또한, (전형적으로 등몰량의) 각각의 시약을 공통 용매에 용해시키고, 생성물의 점도가 0.1 내지 2 ㎗/g이 될 때까지 100 내지 250℃ 범위의 온도로 이 혼합물을 가열하는 공정에서 사산(tetraacid) (또는 그의 할라이드 유도체) 또는 2무수물과의 반응에 의해 폴리이미드 올리고머 또는 중합체로 전환될 수 있다. 적합한 산 또는 무수물은 벤즈하이드롤 3,3',4,4'-테트라카르복실산, 1,4-비스(2,3-다이카르복시페녹시) 벤젠 2무수물, 및 3,3',4,4'-벤조페논 테트라카르복실산 2무수물을 포함한다. 적합한 용매는 크레졸, 자일레놀, 다이에틸렌글리콜 다이에테르, 감마-부티로락톤 및 테트라메틸렌설폰을 포함한다. 대안적으로, 폴리아미드-산 생성물은 반응 혼합물로부터 회수되어, 아세트산 무수물 및 베타 피콜린의 혼합물과 같은 탈수제로 가열함으로써 폴리이미드로 진행될 수 있다. 전술한 것과 유사한 방법이 미국 특허 제4,153,783호; 미국 특허 제4,736,015호; 및 미국 특허 제5,061,784호에 개시되어 있다.
다이아미노피리딘은 또한, 폴리아이소시아네이트와의 반응에 의해 폴리우레아 올리고머 또는 중합체로 전환될 수 있는데, 상기 폴리아이소시아네이트의 대표적인 예에는 톨루엔 다이아이소시아네이트; 메틸렌 비스(페닐 아이소시아네이트); 헥사메틸렌 다이아이소시아네이트; 페닐렌 다이아이소시아네이트가 포함된다. 반응은 주위 온도에서 격렬하게 교반하면서 둘 모두의 시약을 테트라메틸렌 설폰과 클로로포름의 혼합물에 용해시킴에 의한 것과 같이 용액에서 실행될 수 있다. 생성물은 물, 또는 아세톤과 물을 이용하여 분리함으로써 만들어내고, 이어서 진공 오븐에서 건조시킬 수 있다. 전술한 것과 유사한 방법이 미국 특허 제4,451,642호 및 문헌[Kumar, Macromolecules 17, 2463 (1984)]에 개시되어 있다. 또한, 폴리우레아 형성 반응은 보통 산 수용체 또는 완충제를 포함하는 수성 액체에 다이아미노피리딘을 용해시킴에 의한 것과 같이 계면 조건 하에서 실행될 수 있다. 폴리아이소시아네이트는 벤젠, 톨루엔 또는 사이클로헥산과 같은 유기 액체에 용해된다. 중합체 생성물은 격렬한 교반시에 두 상의 계면에서 형성된다. 전술한 것과 유사한 방법이 미국 특허 제4,110,412호 및 문헌[Millich and Carraher, Interfacial Syntheses, Vol. 2, Dekker, New York, 1977]에 개시되어 있다. 다이아미노피리딘은 또한, 예를 들어 미국 특허 제2,816,879호에 개시된 바와 같은 계면 공정에서, 포스겐과의 반응에 의해 폴리우레아로 전환될 수 있다.
다이아미노피리딘은 또한, (i) 다이아미노피리딘을 다이아미노 다이니트로피리딘으로 전환시키고, (ii) 다이아미노 다이니트로피리딘을 테트라아미노 피리딘으로 전환시키고, (iii) 테트라아미노 피리딘을 피리도비스이미다졸-2,6-다이일(2,5-다이하이드록시-p-페닐렌) 중합체로 전환시킴으로써, 피리도비스이미다졸-2,6-다이일(2,5-다이하이드록시-p-페닐렌) 중합체로 전환시킬 수 있다.
다이아미노피리딘은, 국제특허공개 제97/11058호에 논의된 바와 같이, 질산 및 올레움 중 삼산화황 용액과 접촉시킴으로써 다이아미노 다이니트로피리딘으로 전환될 수 있다. 다이아미노 다이니트로피리딘은, 미국 특허 제3,943,125호에 개시된 바와 같이, 강산의 존재 하에서 수소화 촉매를 사용하고, 저급 알코올, 알콕시알코올, 아세트산 또는 프로피온산과 같은 공용매를 사용하여 수소화에 의해 테트라아미노 피리딘으로 전환될 수 있다.
테트라아미노 피리딘은, 미국 특허 제5,674,969호(이는 모든 목적을 위하여 전체적으로 본 명세서의 일부로서 포함됨)에 개시된 바와 같이, 감압 하에서 100℃ 초과 내지 최대 약 180℃로 서서히 가열하면서 강한 폴리인산에서, 2,5-다이하이드록시테레프탈산을 테트라아미노피리딘의 3염산염-1수화물과 중합시키고, 이어서 물에서 침전시킴으로써; 또는 미국 특허 출원 공개 제2006/0287475호(이는 모든 목적을 위하여 본 발명의 일부로서 전체적으로 포함되는 참고 문헌에 의함)에 개시된 바와 같이, 약 50℃ 내지 약 110℃의 온도에서, 그리고 이어서 145℃의 온도에서 단량체들을 혼합하여 올리고머를 형성하고, 이어서 상기 올리고머를 약 160℃ 내지 약 250℃의 온도에서 반응시킴으로써 피리도비스이미다졸-2,6-다이일(2,5-다이하이드록시-p-페닐렌) 중합체로 전환시킬 수 있다. 이렇게 생성된 피리도비스이미다졸-2,6-다이일(2,5-다이하이드록시-p-페닐렌) 중합체는, 예를 들어 폴리(l,4-(2,5-다이하이드록시) 페닐렌-2,6-피리도[2, 3-d: 5,6-d']비스이미다졸) 중합체, 또는 폴리[(1,4-다이하이드로다이이미다조[4,5-b:4',5'-e]피리딘-2,6-다이일) (2,5-다이하이드록시-1,4-페닐렌)] 중합체일 수 있다. 그러나, 그의 피리도비스이미다졸 부분은 벤조비스이미다졸, 벤조비스티아졸, 벤조비스옥사졸, 피리도비스티아졸 및 피리도비스옥사졸 중 어느 하나 이상에 의해 치환될 수 있으며, 그의 2,5-다이하이드록시-p-페닐렌 부분은 아이소프탈산, 테레프탈산, 2,5-피리딘 다이카르복실산, 2,6-나프탈렌 다이카르복실산, 4,4'-다이페닐 다이카르복실산, 2,6-퀴놀린 다이카르복실산, 및 2,6-비스(4-카르복시페닐)피리도비스이미다졸 중 하나 이상의 유도체에 의해 치환될 수 있다.
[실시예]
본 발명의 유리한 특징 및 효과를 후술되는 실시예에서 알아볼 수 있다. 이들 실시예의 기초가 되는 본 발명의 실시 형태는 단지 예시적이며, 본 발명을 예시하기 위한 이들 실시 형태의 선택은 이들 실시예에 개시되지 않은 재료 및 조건이 본 발명을 실시하는 데 적합하지 않거나, 또는 이들 실시예에 개시되지 않은 요지가 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물의 범주로부터 배제됨을 나타내는 것은 아니다. 실시예의 의의는 그로부터 얻어진 결과를, 대조 실험(대조군 A와 대조군 B)으로서의 역할을 하고, 완충제 없이 실행되기 때문에 그러한 비교에 대한 기준을 제공하도록 설계된 특정 반응으로부터 얻어진 결과와 비교함으로써 더 잘 이해된다.
재료
하기 재료를 실시예 및 대조군들에서 사용하였다. 모든 상업적 시약은 달리 기재되지 않았다면 받는 대로 사용하였다. 2,6-다이클로로피리딘(98% 순도), CuI(99% 순도), 및 CuBr(98% 순도)을 알드리치 케미칼 컴퍼니(Aldrich Chemical Company) (미국 위스콘신주 밀워키 소재)로부터 구매하였다. Cu 분말(99.5% 순도)을 알파 아에사르(Alfa Aesar) (미국 매사추세츠주 워드 힐 소재)로부터 구매하였다. 아세트산암모늄(98% 순도)을 플루카(Fluka) (스위스 부흐스 소재)로부터 구매하였다. 수성 암모니아(28 내지 30 중량% 암모니아)를 이엠 사이언스(EM Science), 지금의 이엠디 케미칼스 인코포레이티드(EMD Chemicals Inc.) (미국 뉴저지주 깁스타운 소재)로부터 구매하였다.
방법
달리 명시되지 않으면, 트라이에틸렌글리콜의 내부 표준물질을 사용한 정량적 가스 크로마토그래피(FID 검출기가 구비된 HP5890 시리즈 II)에 의해, 반응한 출발 재료의 몰 분율을 기준으로 한 %전환율, 및 반응에서 생성된 2,6-다이아미노피리딘의 몰 분율을 기준으로 한 수율을 측정하였다.
약어의 의미는 다음과 같다: "g"는 그램을 의미하며, "GC"는 가스 크로마토그래피를 의미하며, "h"는 시간을 의미하며, "㏖"은 몰을 의미하며, "㎖"은 밀리리터를 의미하며, "㎫"는 킬로파스칼을 의미하며, 그리고"psi"는 제곱인치당 파운드를 의미한다.
실시예 1
가스 포획(gas entrapment) 교반기를 구비한 600 ㎖ 오토클레이브에, 120 g의 수성 암모니아(30 중량% NH3) 중의 5 g CuI의 용액을 첨가하고 77 g의 암모늄 아세테이트 및 60 g의 2,6-다이클로로피리딘과 혼합하였다. 질소로 퍼징한 후, 24 g의 액체 암모니아를 첨가하였으며, 그 결과 약 1.03 ㎫ (150 psi)의 압력으로 되었다. 이어서, 반응 혼합물을 교반 하에서 8시간 동안 150℃로 가열하였다. 이 반응 과정에 걸쳐, 압력이 4.69 ㎫ (680 psi)의 초기 압력으로부터 3.10 ㎫ (450 psi)으로 감소하였다 반응 혼합물을 실온으로 냉각시켰으며, 압력을 대기압으로 되돌렸다. 반응 혼합물을 정량적 GC 분석 방법을 이용하여 분석하였다. 2,6-다이클로로피리딘의 전환율은 99.5%를 초과하였다. 반응 혼합물은 0.37 ㏖의 2,6-다이아미노피리딘 및 0.03 ㏖의 2-클로로-6-아미노 피리딘을 포함하였다. 2,6-다이아미노피리딘 및 2-클로로-6-아미노 피리딘의 수율은 각각 91% 및 7%였다.
대조군 A
이 반응은 실시예 1에 개시된 것과 동일한 방식으로 실시하였으나 반응 혼합물에 아세트산암모늄을 첨가하지 않았으며, 이는 완충되지 않은 용액에서는 더 낮은 선택성이 얻어짐을 증명하였다. 2,6-다이클로로피리딘의 전환율은 99.5%를 초과하였다. 반응 혼합물은 0.29 ㏖의 2,6-다이아미노피리딘 및 0.005 ㏖ 미만의 2-클로로-6-아미노 피리딘을 포함하였다. 2,6-다이아미노피리딘의 수율은 72%였다.
대조군 B
이러한 반응은 DAP 생성물에 대한 더 낮은 선택성이 실시예 1에 나타난 조건에 비교할 때 완충되지 않은 용액에서 일본 특허 제53/053,662호에 개시된 것과 같은 조건 하에서 얻어짐을 증명한다. 이러한 실행은 59 g의 2,6-다이클로로피리딘, 150 g의 수성 암모니아 (30 중량%의 NH3) 및 9 g의 구리 분말을 이용하여 실시예 1에 개시된 것과 동일한 장비를 이용하여 실시하였다. 질소로 퍼징한 후, 반응 혼합물을 7.58 ㎫ (1100 psi)에서 교반 하에서 5시간 동안 240℃로 가열하였다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각시켰으며 압력을 대기압으로 되돌렸다. 반응 혼합물을 정량적 GC 분석 방법을 이용하여 분석하였다. 2,6-다이클로로피리딘의 전환율은 99.5%를 초과하였다. 반응 혼합물은 0.04 ㏖ 미만의 2,6-다이아미노피리딘을 포함하였다. 2,6-다이아미노피리딘의 수율은 10% 미만이었다. 이 실행에서 고온의 사용은 원하는 수율을 얻는 데 도움이 되지 않았다.
본 명세서에서 수치 값의 범위가 언급되거나 확립될 경우, 그 범위는 그 종점 및 그 범위 내의 모든 개별 정수 및 분수를 포함하며, 또한 더 큰 군의 하위군을 형성하기 위한 이들 종점 및 내부의 정수 및 분수의 모든 가능한 다양한 조합에 의해 형성된 그 안의 더 좁은 각각의 범위를, 마치 이들 더 좁은 각각의 범위가 명백하게 언급된 것과 동일한 정도로 포함한다. 수치 값의 범위가 기술된 값보다 큰 것으로 본 명세서에서 기술될 경우, 그 범위는 그럼에도 불구하고 유한하며, 그 범위는 본 명세서에 개시된 본 발명의 내용 내에서 작동가능한 값에 의해 그 범위 상한에서의 경계가 이루어진다. 수치 값의 범위가 기술된 값 미만인 것으로 본 명세서에서 기술될 경우, 그 범위는 그럼에도 불구하고 0이 아닌 값에 의해 그 범위 하한에서의 경계가 이루어진다.
본 명세서에서, 달리 명백하게 기술되거나 용법 관계에 의해 반대로 표시되지 않는다면, 본 명세서에서 언급된 양, 크기, 범위, 제형, 파라미터 및 다른 양과 특징은, 특히 용어 "약"에 의해 수식될 때, 정확할 필요는 없으며, 또한 허용오차, 변환 인자, 반올림, 측정 오차(measurement error) 등, 및 본 발명의 내용 내에서 기술된 값과 기능적 등가성 및/또는 작동가능한 등가성을 갖는 그 바깥의 값들을 기술된 값 내에 포함시킨 것을 반영하여 근사값이고/이거나 기술된 것보다 (원하는 바대로) 더 크거나 작을 수 있다.

Claims (12)

  1. 하기 단계를 포함하는, 하기 화학식 I:
    [화학식 I]
    Figure pct00011

    의 구조에 의해 나타내어지는 화합물의 합성 방법: (a) 하기 화학식 II:
    [화학식 II]
    Figure pct00012

    의 구조에 의해 나타내어지는 화합물을 수성 암모니아 용액 중에서 구리 공급원과 접촉시켜 반응 혼합물을 형성하는 단계 - 여기서, 수성 암모니아 용액은 약 4 이상 그리고 또 약 8 이하의 pH로 완충됨 - 와; (b) 반응 혼합물을 가열하는 단계
    {화학식 I 및 화학식 II 둘 모두에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로
    (a) H;
    (b) 알킬, 아릴 또는 아르알킬 라디칼;
    (c) NR3R4 [여기서, R3 및 R4는 각각 독립적으로
    (i) H,
    (ii) 알킬, 아릴 또는 아르알킬 라디칼,
    (iii)
    Figure pct00013
    (여기서, R5는 알킬, 아릴 또는 아르알킬 라디칼임), 또는
    (iv) -C(O)-NR5R5 (여기서, 각각의 R5는 상기 정의된 바와 같음)임]; 또는
    (d) OR6 [여기서, R6은
    (i) H,
    (ii) 알킬, 아릴 또는 아르알킬 라디칼, 또는
    (iii)
    Figure pct00014
    (여기서, R5는 상기 정의된 바와 같음)임]로 이루어진 군으로부터 선택됨}.
  2. 제1항에 있어서, R1 및 R2 중의 하나 또는 둘 모두가 H인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 반응 혼합물은 약 100℃ 내지 약 150℃ 범위의 온도로 가열되는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 반응 압력이 약 1.03 ㎫ (150 psi) 내지 약 4.83 ㎫ (700 psi) 범위인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 구리 공급원은 Cu(0), Cu(I) 염, Cu(II) 염, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 구리 공급원은 CuCl, CuBr, CuI, Cu2SO4, CuNO3, CuCl2, CuBr2, CuI2, CuSO4, Cu(NO3)2 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 구리 공급원은 화학식 II의 화합물의 몰수를 기준으로 약 0.5 내지 약 7 몰% 구리의 양으로 반응 혼합물에 존재하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 암모니아는 화학식 II의 화합물의 몰당 약 5 내지 약 10 몰 암모니아 범위의 농도로 반응 혼합물에 존재하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 완충제는 약산의 암모늄 염을 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 완충제는 전체 반응 혼합물의 중량을 기준으로 약 20 내지 약 60 중량%의 농도로 반응 혼합물에 존재하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 화학식 I의 화합물을 반응에 처하여 그로부터 올리고머 또는 중합체를 제조하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 제조된 중합체는 피리도비스이미다졸-2,6-다이일(2,5-다이하이드록시-p-페닐렌) 중합체를 포함하는 방법.
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