KR20110041306A - 아릴케톤의 α-할로겐화 방법 - Google Patents

아릴케톤의 α-할로겐화 방법 Download PDF

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이승배
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Abstract

본 발명은 이온성 용매 중의 [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠 (HTIB) 용매 시스템 및 알킬 할로겐화물(alkyl halides) 또는 할로겐 분자를 사용하여 환경친화적이고, 효과적으로 아릴케톤 화합물을 α-모노할로겐화하는 방법에 관한 것이다.
이온성 용매, 할로겐화, 알파-모노할로겐화

Description

아릴케톤의 α-할로겐화 방법{α-halogenation of arylketone}
본 발명은 이온성 용매 중의 [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠 (HTIB) 용매 시스템을 사용하여 환경친화적이고, 효과적으로 아릴케톤 화합물을 α-모노 할로겐화하는 방법, 구체적으로는 아릴케톤 화합물을 α-모노 요오드화하는 방법에 관한 것이다.
α-아이오도케톤은 유기합성에서 휘발성 중간체의 하나이다. 일반적으로 아릴 케톤의 α-요오드화 반응은 다양한 반응액, 즉 아세트산 구리(II) (copper(II) acetate), 세륨 암모늄질산(IV) (cerium(IV) ammonium nitrate), 염화수은(II) (mercury(II) chloride) 및 셀레늄 디옥사이드(selenium dioxide)로 아이오딘 원소를 활성화시켜 수행하였다.
그러나, α-요오드화 반응에 따라 유도된 아이오딘 관련 대부분의 선행기술에서는 보통 전이 금속 루이스 산의 사용이 필수적이다. 또한, 상기 방법들은 대부분 강산 또는 염기 조건에서 수행되어야 하는데, 이러한 경우 불필요한 α,α-디요 오드화된(α,α-diiodinated) 부산물이 상당량 생성될 수 있다는 문제점이 있어왔다.
따라서, 상기와 같은 강산 또는 강염기 조건과 같은 가혹한 조건이 아닌 마일드한 조건하에서 α-모노 요오드 치환된 케톤을 효과적으로 합성하기 위한 방법의 개발이 필요한 실정이다.
최근 들어 이온성 용매(ionic liquid)는 매우 낮은 증기압 및 인화성으로 인하여 화학산업에서의 환경문제를 감소시킬 수 있을 것으로 인식되고 있으며, 이러한 녹색 반응 용매에 대한 연구가 활발하다.
한편, [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠 ([hydroxyl(tosyloxy)iodo] benzene (HTIB), Koser's 반응액)은 유기 합성에서 매우 휘발성이 있는 반응물로 사용되어 왔다. HTIB는 중성, 높은 안정성 및 낮은 독성으로 인하여 유기 변형(organic transformation)에 있어서 많은 장점이 있다. 따라서 이온성 용매 중의 HTIB를 사용하여, α-아이오도 아릴케톤을 보다 환경친화적으로 합성하기 위한 새로운 방법의 개발에 대한 요구가 매우 높다.
그러나 현재까지 이온성 용매 중에서 케톤의 α-모노 요오드화 반응을 한 예는 없었으며, 아릴케톤에 대한 α-모노 요오드화 반응제로 아이오딘 분자를 사용한 예도 현재까지 없었다.
본 발명은 α-모노 할로겐 치환된 아릴케톤을 보다 환경친화적으로 합성하고, 마일드한 조건에서 합성하여 부산물의 생성을 최소화하며, 수율이 높은 α-모노 할로겐 치환된 아릴케톤의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 이온성 용매 중의 [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠 (HTIB) 용매 시스템을 사용하여 아릴케톤 화합물을 효과적으로 α-모노 할로겐화하는 방법을 사용함으로써, 상기 과제를 해결한다.
본 발명의 제조방법을 사용함으로써 α-모노 할로겐 치환된 아릴케톤을 보다 환경친화적으로 합성하고, 마일드한 조건에서 합성하여 부산물의 생성을 최소화하며, 수율이 높은 α-모노 할로겐 치환된 아릴케톤을 제조하는 것이 가능하다.
본 발명은 이온성 용매 중의 [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠 (HTIB) 용매 시스템을 사용하여 아릴케톤 화합물을 효과적으로 α-모노할로겐화하는 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 이온성 용매 및 [하이드록실(토실옥시)아이오도] 벤젠의 존재하에 아릴케톤을 알킬 할로겐화물(alkyl halides), 할로겐 분자, 알킬 할로겐화물(alkyl halides), 할로겐 분자, N-아이오도숙신이미드, N-브로모숙신이미드, N-클로로숙신이미드 또는 N-플루오로숙신이미드와 반응시켜 α-모노할로겐화된 아릴케톤을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서, 아릴 케톤은 하기 화학식 1과 같은 구조의 화합물을 의미한다:
Figure 112009063312446-PAT00001
[화학식 1]
상기 식에서,
Ar은 치환 또는 비치환된 아릴이고,
R은 알킬이다.
본 발명에서, “아릴”은 다른 기재가 없는 한, 탄소수 6 내지 15의 방향족환을 말하며, 아릴기의 예는 페닐(phenyl), 톨릴(tolyl), 및 실릴(xylyl)이 포함되나, 이들에 제한되지 않는다.
본 발명에서, "알킬"은 다른 기재가 없는 한, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 또는 고리형의 포화 탄화수소를 가리킨다. C1 -C4 알킬기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 이소부틸, sec-부틸, 또는 tert-부틸 등이 포함되나, 이들에 제한되지 않는다.
본 발명에서, 알킬 할로겐화물로는 C1 -10 알킬 할로겐화물이 사용될 수 있으며, 아이오도메탄, 브로모메탄, 클로로메탄, 플루오로메탄, 아이오도에탄, 브로모에탄, 클로로에탄, 플루오로에탄이 사용될 수 있으나, 이들에 제한되지 않는다.
본 발명에서, 할로겐 분자로는 아이오딘(I2), 염소 (Cl2), 브롬(Br2), 불소(F2)가 사용될 수 있으나, 이들에 제한되지 않는다.
본 발명에서, 이온성 용매로는 이미다졸리움 계열의 이온성 용매, 구체적으로 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트, 1,3-디메틸이미다졸리늄 디메틸 포스페이트가 사용될 수 있으나, 이들에 제한되지 않는다.
본 발명은 또한, 이온성 용매 및 [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠의 존재하에 아릴케톤을 아이오도메탄 또는 아이오딘과 반응시켜 α-모노요오드화된 아릴케톤을 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 반응시 이온성 용매로는 이미다졸리움 계열의 이온성 용매, 구체적으로 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트, 1,3-디메틸이미다졸리늄 디메틸 포스페이트가 사용될 수 있으나, 이들에 제한되지 않는다.
본 발명은,
(a) 이온성 용매 중에 할로겐 분자를 넣는 단계;
(b) 단계 (a)의 용액을 [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠에 첨가하는 단계; 및
(c) 단계 (b)의 용액을 아릴케톤 용액을 첨가하는 단계를 포함하는 아릴케톤의 α-모노할로겐화 방법에 관한 것이다.
상기 반응시 반응온도는 40 내지 80℃, 보다 구체적으로 50 내지 70℃이다. 반응온도가 40℃ 미만인 경우 효율성이 떨어지는 문제점이 있고, 80℃를 초과하는 경우 부반응이 일어날 우려가 있다.
본 발명의 또 다른 측면은
(a1) 이온성 용매중에 아릴케톤을 넣는 단계; 및
(b1) 단계 (a1)의 용액을 [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠에 넣고, 알킬 할라이드(alkyl halides)를 첨가하는 단계를 포함하는 아릴케톤의 α-모노할로겐화 방법에 관한 것이다. 상기 반응은 실온에서 이루어질 수 있다.
본 발명에서, 아릴케톤 및 알킬 할로겐화물(alkyl halides) 또는 할로겐 분 자는 구체적으로 1: 1 내지 3 당량비, 보다 구체적으로 1: 1 내지 2 당량비로 사용한다.
이하, 본 발명에 따르는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 아릴케톤의 α-요오드화 반응
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트, [bmim]BF4 (from Aldrich) 를 사용하였고, 머크 실리카겔 60 (230-400 mesh)을 플래쉬 컬럼 크로마토그래피시 사용하였다.
[bmim]BF4 (1.0 mL) 중의 I2 (0.304 g, 1.2 mmol) 용액을 [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠 ([hydroxyl(tosyloxy)iodo]benzene) (0.392 g, 1.0 mmol)에 첨가하고 60oC에서 1시간 동안 교반하였다. 반응 혼합물을 냉각한 후, 아릴케톤 (1.0 mmol)을 가하고 60oC에서 2~3시간 동안 교반하였다.
반응이 종료된 후, 생성물을 디클로로메탄 (2 x 20 mL)으로 추출하고, 5% 티오황산나트륨수(aqueous sodium thiosulfate) (20 mL)로 세척한 후 MgSO4로 건조시켰다. 용매를 in vacuo에서 제거한 후 조 혼합물을 실리카 겔 크로마토그래피로 정 제하였는데, 디클로로메탄을 용리액으로 사용하여 순수한 a-아이오도 아릴케톤을 얻을 수 있었다.
< 실시예 2> 아릴케톤의 α-요오드화 반응
[bmim]BF4 (1.0 mL) 중의 아릴케톤(1.0 mmol) 용액을 [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠(0.392 g, 1.0 mmol) 및 아이오도메탄(0.426 g, 3.0 mmol)에 첨가하고, 반응 혼합물을 실온에서 20시간 동안 교반하였다. 반응이 종료된 후, 생성물을 디클로로메탄(2 x 20 mL)으로 추출하고, 5% 티오황산나트륨수(aqueous sodium thiosulfate) (20 mL)로 세척한 후 MgSO4로 건조시켰다. 용매를 in vacuo에서 제거한 후 조 혼합물을 실리카 겔 크로마토그래피로 정제하였는데, 디클로로메탄을 용리액으로 사용하여 순수한 a-아이오도 아릴케톤을 얻을 수 있었다.
1-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트([bmim]BF4) 이온성 용액중에 HTIB 및 아이오딘(1.2 당량)을 넣고, 1시간 동안 처리한 후 아릴 케톤 (1.0 당량)과 60oC 에서 2~3시간 반응시키거나,
[bmim]BF4 중의 아릴케톤 용액을 HTIB 및 아이오도메탄 혼합물에 첨가하고, 실온에서 20시간 동안 반응시,켜 α-아이오도 아릴케톤을 매우 높은 수율로 수득할 수 있으며 (하기 반응식 1 참조), α,α-디요오드화 반응이 일어난 부산물은 생성 되지 않았다.
Figure 112009063312446-PAT00002
[반응식 1]
< 합성예 1 내지 10> α- 아이오도 아릴케톤의 합성
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 메틸렌 케톤 및 메틸 케톤으로부터 α-아이오도 아릴케톤을 고수율로 수득할 수 있었다. 또한, 일반적으로 α-요오드화가 어렵다고 알려진 1,3-디케톤에 본 발명의 제조방법을 사용하는 경우 고수율로 α-요오드화된 반응물을 얻을 수 있었다 (하기 표 1의 entriy 10 참조).
표 1. HTIB 중에서 I2 또는 CH3I를 사용한 아릴 케톤의 요오드화 반응
Figure 112009063312446-PAT00003

Claims (12)

  1. 아릴케톤을,
    이온성 용매 및 [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠의 존재하에
    알킬 할로겐화물(alkyl halides), 할로겐 분자, N-아이오도숙신이미드, N-브로모숙신이미드, N-클로로숙신이미드 및 N-플루오로숙신이미드로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 화합물과 반응시켜
    α-모노할로겐화된 아릴케톤을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서
    알킬 할로겐화물이 C1 - 10알킬 할로겐화물인 것을 특징으로 하는
    α-모노할로겐화된 아릴케톤을 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서
    할로겐 분자가 아이오딘(I2), 염소 (Cl2), 브롬(Br2) 및 불소(F2)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
    α-모노할로겐화된 아릴케톤을 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서
    이온성 용매가 이미다졸리움 계열의 이온성 용매인 것을 특징으로 하는
    α-모노할로겐화된 아릴케톤을 제조하는 방법.
  5. 제4항에 있어서
    이미다졸리움 계열의 이온성 용매가 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 또는 1,3-디메틸이미다졸리늄 디메틸 포스페이트인 것을 특징으로 하는
    α-모노할로겐화된 아릴케톤을 제조하는 방법.
  6. 이온성 용매 및 [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠의 존재하에 아릴케톤을 아이오도메탄 또는 아이오딘과 반응시켜 α-모노 요오드화된 아릴케톤을 제조하는 방법.
  7. 제6항에 있어서
    이온성 용매가 이미다졸리움 계열의 이온성 용매인 것을 특징으로 하는
    α-모노 요오드화된 아릴케톤을 제조하는 방법.
  8. 제6항에 있어서
    이미다졸리움 계열의 이온성 용매가 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플루오로보레이트 또는 1,3-디메틸이미다졸리늄 디메틸 포스페이트인 것을 특징으로 하는
    α-모노 요오드화된 아릴케톤을 제조하는 방법.
  9. (a) 이온성 용매 중에 할로겐 분자를 넣는 단계;
    (b) 단계 (a)의 용액을 [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠에 첨가하는 단계; 및
    (c) 단계 (b)의 용액을 아릴케톤 용액을 첨가하는 단계를 포함하는
    α-모노할로겐화된 아릴케톤을 제조하는 방법.
  10. 제9항에 있어서
    반응온도가 40 내지 80℃인 것을 특징으로 하는
    α-모노할로겐화된 아릴케톤을 제조하는 방법.
  11. (a1) 이온성 용매중에 아릴케톤을 넣는 단계; 및
    (b1) 단계 (a1)의 용액을 [하이드록실(토실옥시)아이오도]벤젠에 넣고, 알킬 할라이드(alkyl halides)를 첨가하는 단계를 포함하는
    α-모노할로겐화된 아릴케톤을 제조하는 방법.
  12. 제11항에 있어서
    반응이 실온에서 이루어지는 것을 특징으로 하는
    α-모노할로겐화된 아릴케톤을 제조하는 방법.
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