KR20140041380A - 베타-디카르보닐 화합물의 합성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 95% 초과의 역가로 클라이젠 축합에 의하여 강염기 또는 강염기 혼합물의 존재하에 에스테르 및 케톤과 같은 2종 이상의 카르보닐 화합물로부터 베타-디카르보닐 화합물, 특히 베타-디케톤을 합성하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 콘덴서(7) 및 적어도 하나의 마이크로파 발생기(13)가 제공된 분리 칼럼(5)이 장착된 합성 반응기(1)를 장착하는 단계; 제1 카르보닐 화합물 및 강염기를 상기 합성 반응기에 공급하는 단계; 상기 반응기(1)를 가열하고 콘덴서(7)를 개시시키는 단계; 마이크로파 발생기(13)를 개시시키는 단계; 전체 환류에서 혼합물이 비등하게 되었을 때, 제2 카르보닐 화합물을 상기 반응기(1)에 공급하는 단계; 및 대기 시간 후, 반응기를 정지시키고 반응 혼합물을 산성화하고 세정하는 단계를 특징으로 한다.

Description

베타-디카르보닐 화합물의 합성 방법{METHOD FOR SYNTHESIZING BETA-DICARBONYL COMPOUNDS}
본 발명은 클라이젠 축합에 의하여 강염기 또는 강염기 혼합물의 존재하에 에스테르 및 케톤과 같은 적어도 2종의 카르보닐 화합물로부터 공업적 규모로 베타-디카르보닐 화합물을 합성하는 방법, 특히 적어도 1종의 케톤 및 적어도 1종의 에스테르로부터 베타-디케톤을 합성하는 방법에 관한 것이다.
상기 방법은, 클라이젠 축합에 의하여 강염기 또는 강염기 혼합물의 존재하에 에스테르 및 케톤과 같은 적어도 2종의 카르보닐 화합물, 특히 적어도 1종의 케톤 및 적어도 1종의 에스테르를 하기 반응에 따라 반응시키는 것을 포함한다:
R1-CO-CH2-R2 + R3-CO-O-R4 -> R1-CO-CHR2-CO-R3 + R4-OH
상기 반응에서, 동일하거나 상이할 수 있는 R1, R2 및 R3은 각각 수소 원자, 유리하게는 탄소 원자수 1∼30, 바람직하게는 탄소 원자수 1∼18의 탄화수소 라디칼, 탄소 원자수 24 이하의 직쇄형 또는 분기형 알킬 또는 알케닐 라디칼, 탄소 원자수 7∼10의 아랄킬 라디칼 또는 적어도 14개의 탄소 원자수를 갖는 아릴 또는 지환족 라디칼인데, 상기 지환족 라디칼은 실질적으로 탄소-탄소 이중 결합을 포함할 수 있고, 이들 라디칼은 예컨대 할로겐 원자에 의하여 또는 메틸 또는 에틸 라디칼에 의하여 또는 지방족 쇄 내에 하나의 또는 복수의 -O-, -CO-O-, -CO- 기의 존재에 의하여 치환 또는 비치환될 수 있으며, 산소 또는 질소 헤테로원자를 포함할 수 있고, R1 및 R2는 베타-디케톤이 환을 형성하는 방식으로 결합될 수 있으며, R4는 탄소 원자수 1∼4의 알킬 라디칼, 바람직하게는 메틸 라디칼을 나타낸다.
베타-디케톤은 특히 그 자외성 차단 특성 및 항산화 특성으로 인하여 가소성 물질 및 화장품의 안정화제로서 특히 널리 이용되는 공업용 첨가제이다.
오랫동안, 납, 카드뮴 또는 주석을 베이스로 하는 화합물이 가소성 물질의 안정화에 이용되었다.
그러나, 납을 베이스로 하는 안정제의 사용은 오늘날 효력 규제에 의하여 완전히 금지되었고 카드뮴을 베이스로 하는 안정제는 식수용 도관과 같은 특정 분야에서 실질적으로 금지되었다.
게다가, 주석을 베이스로 하는 안정화제도 가까운 미래에 금지될 것이다.
이들 화합물을 대체하기 위하여, 특히 생태 및 환경 보존의 관점에서 일련의 이점을 갖는 베타-디케톤을 사용하는 것이 이미 제안되었다.
종래의 베타-디케톤 합성 방법은 문헌에 많이 개시된 클라이젠 축합으로서 적어도 1종의 케톤 및 적어도 1종의 에스테르를 강염기 또는 강염기 혼합물의 존재하에 반응시키는 것으로 이루어진다.
에놀레이트 음이온과 같은 중간 극성 활성 착물을 형성시키는 이 반응은 베타-디케톤 및 알콜의 형성을 유도한다.
이 반응은 종래 에스테르, 일반적으로 알콜레이트로 구성되는 염기 및 경우에 따라 용매를 도입한 반응기에서 실시된다.
혼합물을 환류 온도로 가열한 후에, 케톤을 수 시간에 걸쳐 도입하고, 반응의 전체 진행 동안 형성된 알콜을 일반적으로 증류에 의하여 반응 혼합물로부터 제거한다.
반응 동안 실제로 용매 보충이 추가될 수 있다.
케톤의 첨가 및 종료 및 휴지 시간 후, 반응 혼합물을 산성화하고 세정하고 용매를 제거하여 생성물을 정제한다.
클라이젠 축합을 개시한 최초의 문헌 중 하나는 케톤/에스테르의 비율을 0.1에서 1로 변화시키면서 이 반응을 상세히 개시한 1934년 12월의 James M. SPRAGUE, Leland J. BECKHAM 및 Homer ADKINS의 문헌 "클라이젠 축합에 의한 1,3-디케톤의 제조"이다.
이 문헌에 따르면, 아세톤에서 아세토페논까지 작은 몰질량의 케톤을 사용하고, 에스테르로서 주로 메틸 아세테이트, 메틸 푸로에이트 및 메틸 테트라히드로푸로에이트를 사용하며, 이용되는 염기는 금속 나트륨 또는 나트륨 에탄올레이트이다.
모든 경우에, 수득되는 역가(titer)는 낮아 15∼70%이다.
이 문헌은 또한 할로겐화알킬 및 베타-디케톤의 염으로부터 치환된 베타-디케톤을 합성하는 것을 개시한다.
역시, 역가는 30∼56%로 비교적 낮고, 게다가 더 높은 역가를 얻기 위해서는 사이클 시간이 40 시간에 이를 수 있다.
Eugene H. MAN, Frederic W. SWAMER 및 Charles R. HAUSER의 1951년 3월의 다른 문헌 "분기쇄 지방족 에스테르를 이용한 메틸 케톤의 클라이젠 아실화"에 따르면, 다른 유형의 염기, 즉 아미드화나트륨 및 2의 케톤/에스테르 비의 다른 케톤/에스테르 쌍을 사용하는 것이 제안되었다.
상기 언급된 방법은 혼합물에 에스테르를 첨가하기 전에 용매(에테르) 존재 하에 아미드화나트륨과 케톤을 반응시킨다는 점에서 James M. SPRAGUE 등의 문헌에 따라 제안된 방법과 상이하다.
그럼에도 불구하고, 현저한 역가 개선은 얻을 수 없었고 이 역가는 실시예에 따라 43%에서 64%까지 변화한다.
1984년의 문헌 US 4482745호(American Cyanamid)에 따르면, 아세토페논 및 메틸 벤조에이트를 용매 없이 및 2가 염기, 즉 생석회의 존재 하에 반응시키는 것이 제안되었다.
1/1.2 내지 1/10의 케톤/에스테르 비율로 케톤, 에스테르 및 석회를 반응기 안에 동시에 도입하고, 200℃ 가까이 증가시킨 온도에서 가열하고, 반응을 3 내지 16 시간 지속시켰다.
또한, 반응 및 반응 생성물의 처리를 용이하게 하기 위하여 용매를 첨가하는 것도 제안되었다.
이렇게 하여 0 내지 86% 사이에서 변하는 역가가 얻어졌는데, 극단적인 경우 매우 저온에 대하여 역가 0%가 얻어졌으며, 반응이 실시되었을 때 역가는 32 내지 86% 사이에서 변하였다.
역가를 더 높이기 위하여 많은 과량의 에스테르(케톤의 6배 이상) 및 염기(케톤의 80% 이상)를 사용할 필요가 있다.
적어도 염기 및 케톤 성분으로 실시된 시험에서는 40%의 역가가 얻어지는데, 이것은 이용되는 염기의 원자가가 2임에도 불구하고 이 원자가 중 한 개만이 반응에 이용되었음을 입증하는 것이다.
1991년의 문헌 EP0507013A1호(Witco)에 따르면, 용매 및 대과량의 에스테르 그리고 염기로서 나트륨 메틸레이트를 동시에 사용하는 것이 제안되었다.
이 공보는, 몇몇 실시예가 비교적 비슷한 성분의 합성에 관한 것이고, 특히 한 실시예는 역가가 겨우 45%인 스테아로일벤조일메탄의 합성에 관한 것임에도 불구하고, 기본적으로는 매우 바람직한 반응이라고 공지된 디벤조일메탄의 합성에 관한 것이다.
모든 경우, 처음의 대과량의 에스테르를 고려하면, 최종 생성물을 얻기 위해서는 정제가 필요하다.
디벤조일메탄의 경우, 84% 내지 95%의 역가를 얻을 수 있으나, 사용되는 성분이 달라지면 이 역가가 매우 감소하여 벤조일-p-벤조일메탄에 대하여 67% 그리고 벤조일 3,5-디메틸-벤조일메탄에 대하여 63%로 낮아진다.
끝으로, 1994년의 문헌 US5344992호(Ciba)에 따르면, 용매, 주로 DMSO(디메틸 술폭시드)와 테트라히드로푸란 또는 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르와 같은 다른 공용매의 존재 하에 반응을 실시하고 염기로서 수소화나트륨 또는 어떤 경우 나트륨 메틸레이트를 사용하는 것도 제안되었다.
이렇게 하여, 합성 성분에 따라 62% 내지 94.5%의 매우 다양한 역가가 얻어졌는데, 94.5%의 역가는 디벤조일메탄의 합성의 경우에 한번 수득되었다.
이들 몇몇 실시예는 수십년전부터 클라이젠 축합에 의한 베타-디케톤의 합성이 공지되어 있음에도 불구하고 오늘날에도 이 반응은 완전히 제어되지 않아 역가의 분산이 매우 크다는 것을 보여주었다.
이러한 현상은, 특히 이 합성이 평형 반응이고 불완전하게 점차로 많은 부반응이 병행하여 일어나 생산성이 매우 낮고 최종 생성물의 순도가 80%를 넘는 경우가 드물기 때문이다.
디벤조일메탄 합성의 경우에는 최고 역가가 95%까지 증가되고, 다른 모든 경우에는 최대 80% 이하로 떨어지므로 수득된 생성물을 정제하는 보충 단계가 필요하다.
그러나, 이러한 보충 단계는 많은 양의 용매 및 많은 에너지의 사용을 필요로 하고 제거되어야 할 정제 잔류물의 형성을 유도한다는 점에서 환경적으로 매우 부정적이다.
예를 들어, 순도 80%의 생성물의 경우, 불순물의 분리에 의하여 순도 95%의 생성물을 수득하기 위하여 생성물이 20% 손실된다.
초기 순도가 60%인 생성물의 경우, 불순물의 분리에 의하여 순도 95%의 생성물을 수득하기 위하여 생성물이 47% 가까이 손실된다.
따라서, 이것을 고려하면 클라이젠 축합에 의한 베타-디케톤의 종래 합성 방법은 생성물, 경제적 경비 및 환경적 경비의 큰 손실을 초래한다.
더 자세하게는, 이러한 문제는, 주로 반응물, 특히 에스테르 또는 케톤의 자가 축합 반응에 해당하는 부반응의 발생을 회피하기 위하여 반응 매질이 온도와 농도에 있어 매우 균일해야 하며 알콜이 그 생성과 동시에 이 매질로부터 매우 신속하게 증발되어야 한다는 사실에 기인하는 것이다.
실제로, 반응 매질 중에 알콜이 없는 것은, 부반응을 희생시켜 베타-디카르보닐 화합물의 합성을 유리하게 함으로써 클라이젠 반응의 평형을 이동시킬 수 있다.
그러나, 이러한 형성된 알콜의 신속한 증발이 가능하도록, 단위 부피에 대하여 충분한 에너지를 반응 매질에 인가하는 것이 절대적으로 필요한데, 이것은 실험실 수준에서는 특별히 문제가 없지만 반응기의 치수가 크고 반응기에 일반적으로 방열액이 순환하는 이중 외피 및 교반기가 갖춰진 공업적 규모에서는 실시하기가 곤란하므로, 실제로, 이러한 반응기는 그 직경의 입방체로서 부피가 증가되고 그 직경의 사변체로서 가열 표면적이 증가되어, 반응기의 단위 부피에 인가되는 에너지 플럭스를 수량화하는 표면적/부피 비가 반응기의 직경에 반비례하는 방식으로 변화한다.
따라서, 1000배 (실험실 규모와 작은 공업적 규모간의 전형적인 스케일링 배수)까지 스케일링하면, 공업적 규모로 인가되는 부피 에너지는 실험실 규모로 인가되는 부피 에너지보다 10배 더 작다.
이 문제를 해결하고 공업적 규모에서 반응 매질에 인가되는 부피 에너지를 실험실 수준으로 증가시키기 위하여, 공업 합성 공정 설계에 특화된 화학 분야의 엔지니어들은 방열액과 반응 매질 간의 온도 차이를 증가시키는 것, 반응기에 가열 나선관을 덧붙이는 것 또는 열교환기 및 재순환 펌프가 제공된 재순환 회로를 반응기에 설치하는 것의 3가지 수단을 이미 생각하였으나 이들 중 어느 것도 만족스럽지 않았다.
이러한 상황은, 열교환기 또는 합성 반응기의 벽을 가로지르는 열 전도에 의하여 이후 강제 대류에 의하여 반응 매질의 가열이 일어나 반응기의 중심에 있는 유체와 반응기 벽 근처에 있는 유체 사이에 큰 온도 구배가 존재한다는 사실과 연관이 있다.
이러한 온도 구배는 반응의 전체적인 역가에 크게 영향을 주는 부반응을 국소적으로 일으킨다.
특히, 방열액 및 반응 매질 간의 온도 차의 증가는 반응기의 벽에서 강한 국소적 가열을 초래하여 반응물을 분해시키고 부반응을 초래한다.
마찬가지로, 반응기에 나선관이 존재하면 반응 매질 내부에서의 유동 특성을 현저히 변화시켜, 반응기의 표면에서의 재생 및 이에 따라 알콜의 증발을 해치므로 필연적으로 부반응의 증가를 초래한다.
이러한 나선관을 외부 재순환 회로 상에 장착된 열교환기로 대체하는 것은, 이 회로 내에서의 유속이 교반기의 회전에 의하여 발생되는 플럭스에 비하여 매우 작을 수 있다는 점에서 더 유용하다고 확인되지 않았다.
10 m3의 표준 반응기에서, 정확하게 조정된 교반기가 1000 m3/hr까지 이르는 유속에 도달할 수 있을지라도 실제로 50∼100 m3/hr의 재순환을 초과하는 것은 생각하기 어려운데, 이것은 기본적으로 2가지 이유에서이다.
첫번째 이유는, 외부 재순환 회로의 도관에서 반응 매질의 속도가 매우 높으면, 전하의 축적에 의하여 폭발 위험에 부딪치게 되므로 안전성의 문제와 연관된다.
두번째 이유는 반응기 내부의 유체 역학적 조건과 연관이 있다. 즉, 실제로 시간당 반응기 부피의 재순환이 10회를 초과하면 교반기에 의하여 야기되는 유동이 교란된다.
결론적으로, 알콜의 형성과 동시에 반응 매질로부터 알콜을 충분히 신속하게 증발시킬 수 있기에 충분한 부피 에너지를 반응 매질에 인가할 수 있는 공업적 규모의 베타-디카르보닐 화합물의 합성 방법은 지금까지 제안된 적이 없었다.
본 발명은, 온도 및 농도에 있어 반응 매질의 균일성을 보장하고 특히 알콜의 형성과 동시에 알콜의 매우 신속한 증발을 보장할 수 있는, 클라이젠 축합에 의한 베타-디카르보닐 화합물, 특히 베타-디케톤의 공업적 규모 합성 방법을 제안함으로써 상기 문제를 해결하려는 것을 과제로 한다.
본 발명에 따르면, 이 방법은 반응의 역가 및 최종 생성물의 순도를 현저히 증가시킬 수 있고, 구체적으로 95% 초과의 역가, 특히 98% 초과의 역가, 즉 이러한 유형의 반응에서는 결코 이르지 못한 역가를 얻음으로써 최종 생성물을 정제해야할 필요성을 회피할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 경제적 관점에서도 환경적 관점에서도 특히 유리하다.
본 발명에 따르면, 본 방법은 이하의 단계들을 특징으로 한다:
- 분리 칼럼내 온도에 의하여 제어되는 환류 변수를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되고 적어도 하나의 마이크로파 발생기 및 교반 시스템이 마련된 바람직하게는 이중 외피를 갖는 합성 반응기를 장착하는 단계,
- 교반하에 제1 카르보닐 화합물 및 강염기를 상기 합성 반응기에 공급하는 단계,
- 상기 반응기를 가열하고 콘덴서를 개시시키는 단계,
- 마이크로파 발생기(들)를 개시시키는 단계,
- 분리 칼럼의 헤드에서 전체 환류하에 혼합물이 비등하게 되었을 때, 제2 카르보닐 화합물을 상기 반응기에 공급하는 단계, 및
- 대기 시간 후, 반응기를 정지시키고 반응 혼합물을 산성화하고 세정하는 단계.
본 발명에 따르면, 반응기에는, 예컨대 반응기 내부에서 플랜지 상에, 구체적으로 반응기의 천장에 직접 장착된 적어도 하나의 마이크로파 발생기 및/또는 특히 이 위치에 공간이 부족한 경우 반응 매질에서 마이크로파를 한 방향으로 유도할 수 있는 도파관에 의하여 반응기에 연결된 적어도 하나의 외부 마이크로파 발생기가 구비될 수 있고 및/또는 마이크로파 발생기 및 재순환 펌프가 제공된 외부 재순환 회로가 구비될 수 있다.
반응기에 구비되는 마이크로파 발생기의 수 및 성질을 선택함으로써 반응 매질에 인가되는 부피 에너지의 값을 임의로 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법의 본질적인 특징은 반응 매질의 가열에 마이크로파를 이용하는 것과 연관된다.
이러한 이용으로, 반응 매질에 인가되는 부피 에너지를 증가시키고 온도와 농도에 있어 반응 매질을 균일하게 함으로써 부반응, 구체적으로 반응물의 자가 축합 반응을 대체로 제거하며 이에 따라 수득되는 생성물의 역가를 상당히 증가시킬 수 있다.
필연적으로, 마이크로파를 이용하는 것으로, 종래의 방법에 비하여 특히 적어도 2배 이상 반응 시간을 현저히 감소시킬 수 있고 병행하여 용이하게 5배까지 생산성을 대체로 증가시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은, 주요 재료를 덜 이용하는 것으로 인한 경제적 및 환경적 관점에서 그리고 주기 시간 및 장비 크기의 감소로 인한 안전 및 투자 면에서도 특히 유리하다.
이러한 장점들은, 본 발명에 따른 방법의 범위에서, 마이크로파가 사실상 기본적으로 첫째로 반응 혼합물에 열량이 전달되는 방식과 관련되고 둘째로는 마이크로파의 진동 효과와 관련되는 2가지 레벨에서 거동한다는 사실로 인한 것이다.
실제로, 에너지가 매질의 중심에 전해지고 가열점에서 온도가 반응기의 평균 온도를 아주 약간만 초과한다는 점에서 마이크로파에 의하여 반응 매질을 가열하는 방식은 종래의 방법과 완전히 다르다.
따라서, 반응기 부피 전체에서 일어나는 반응은 균일하고 최적화될 수 있어 더 높은 역가를 얻을 수 있다.
마이크로파의 제2 작용 방식은 그 진동 효과와 관련되는데, 실제로, 클라이젠 축합에서는 중간 극성 활성 착체가 형성되어 큰 에너지 장벽을 유발하며 이것을 극복하여야만 반응이 가능하다.
마이크로파에 의하여 유도된 진동은 중간 착체에 대하여 에너지를 낮추는 안정화제의 효과를 발휘하여 반응 속도를 개선시킬 수 있으나 부반응에 대해서는 매우 적은 효과를 가진다.
따라서, 반응 시간을 감소시킬 수 있는 긍정적인 효과가 발휘된다.
종종 반응 매질의 온도에 따르는 화학 반응의 반응 속도를 가속시키기 위하여 마이크로파를 이용하는 것은 이미 제안되었다.
그러나, 큰 온도 증가는 실험실 기기의 경우에 상정될 수 있는 20 bar에까지 이를 수 있는 강한 압력 증가를 의미하며 공업적 규모로 대체되기 어렵다.
등가의 압력에서, 지금까지 관찰된 유일한 이득은 더 빠르게 반응 매질을 가열할 수 있는 것과 관련된다.
이러한 이유에서, 특히 반응물을 확인하기 위하여 그 결과가 매우 조속하게 알려져야 하는 다수의 테스트를 실시할 필요가 있는 실험실에서 마이크로파의 이용은 비교적 널리 알려져 있다.
이 때문에, 전형적으로는 테스트하고자 하는 생성물을 압력하에 유지되는 시험관에 넣고 이후 이것을 마이크로파 용기 안으로 옮겨 반응을 가속시킨다.
그러나, 이러한 마이크로파에 의한 화학 반응의 가속은 비용이 들고 시간 요소가 덜 중요하기 때문에 공업적 규모에서는 관심이 제한된다.
실제로, 종래의 가열 장치의 이용과 관련된 시간 손실은 마이크로파 부속 설비에의 투자 경제 및 마이크로파가 전력을 이용하는 경우 에너지 의존 경제에 의하여 보상되지만, 이것은 예컨대 연소 보일러에서 유래하는 증기를 이용하는 종래의 가열보다 더 비싸다.
대조적으로, 매우 증가된 역가를 얻을 수 있고 별도의 정제 단계를 실시할 필요가 없음으로 인하여 투자 및 에너지 비용이 보상되는 본 발명의 범위에서는 마이크로파가 완전히 적합하다.
따라서, 본 발명에 따른 방법의 제1 단계는 클라이젠 축합이 실시되는 합성 반응기를 장착하는 것으로 이루어진다.
이러한 합성 반응기의 예는 첨부된 비제한적 도면에 도시되어 있다.
이 도면에 따르면, 합성 반응기(1)는 교반기(3) 및 대향 블레이드가 장착된 이중 외피 용기(2)로 구성된다.
이 반응기(1)에는 분리 칼럼(5)이 장착되며, 상기 분리 칼럼에서 콘덴서(7) 및 환류 도관(8)이 분기된다.
분리 칼럼(5)에는, 온도에 따라 배출 도관(10)에 의하여 제거되거나 또는 환류 도관(8)에 의하여 분리 칼럼(5)으로 복귀되는 축합된 액체의 분율을 조절할 수 있는 조절 판/밸브(9)를 제어하는 온도 센서(6)가 장착된다.
합성 반응기(1)에는 또한 재순환 펌프(12) 및 마이크로파 발생기(13)가 제공된 재순환 회로(11)가 구비된다.
본 발명의 특징, 특히 장점에 따르면, 카르보닐 화합물은 적어도 1종의 케톤 및 적어도 1종의 에스테르로 구성된다.
본 발명에 따르면 반응은 선택적으로 화학양론적 양의 이들 두 반응 물질로 또는 몰 과량의 에스테르로 또는 몰 과량의 케톤으로 실시될 수 있는데, 각 경우 베타 디케톤이 95% 초과의 수율로 얻어진다.
이렇게 과량의 케톤을 사용할 수 있는 것이, 케톤에 대하여 몰 과량의 에스테르를 사용할 수 없는 종래의 클라이젠 축합에 의한 베타-디케톤의 공업적 합성 방법에 대한, 본 발명에 따른 방법의 특별한 장점에 해당한다.
실제로, 반응 매질이 조성 및 온도에 있어서 균일하지 않고, 만약 알콜이 생성과 동시에 이 매질로부터 효과적으로 제거되지 않는다면, 케톤의 국소적인 과농도가 나타나는 지점이 생기고 이는 곧 반응 원료의 광범위한 자가 축합을 유발하여 반응의 수율과 최종 생성물의 순도를 극적으로 낮출 뿐만 아니라 결과적으로 생성물의 양을 감소시키는 추가의 정제 단계의 실시를 필요하게 한다.
대조적으로, 본 발명에 따른 방법은 케톤이 에스테르에 대하여 몰 과량인 조작 조건에 있을 수 있으므로, 화합물을 거의 완전히 전환시킬 수 있어 최종 생성물의 순도의 매우 낮은 저감만을 유발한다.
따라서, 에스테르가 비싸고 케톤이 싼 경우, 최종 생성물의 순도 증대로 인한 경제적 이득에 더하여, 본 발명에 따른 방법은 에스테르에 대하여 과량의 케톤을 이용하는 것과 관련된 부가적인 경제적 이득을 얻을 수 있다.
그 결과, 종래의 공업적 합성 방법에 비하여, 케톤이 몰 과량인 경우 본 발명에 따른 마이크로파의 이용으로 더 높은 수율을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 알콜레이트, 특히 나트륨 알콜레이트, 구체적으로 나트륨 메틸레이트와 같이 그 공액 산이 반응 조건에서 휘발성인 강염기를 이용한다.
본 발명에 따르면, 반응 조건은 출발 물질, 합성하고자 하는 베타-디카르보닐 화합물, 특히 베타-디케톤의 종류(타입)에 따라 광범위하게 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 특히 용매 없이 또는 순수 또는 혼합 용매, 특히 방향족 핵을 함유하는 용매의 존재 하에 실시될 수 있다.
반응은 또한 진공에서 또는 임의의 압력 하에, 특히 대기압에서, 또는 0 내지 1 atm(절대), 바람직하게는 0.1 내지 0,5 atm(절대)의 대기압 미만의 압력에서 또는 0 내지 5 atm(상대), 바람직하게는 0 내지 2 atm(상대)의 대기압 초과의 압력에서도 실시될 수 있다.
또한, 출발 물질, 합성하고자 하는 베타-디카르보닐 화합물, 특히 베타-디케톤의 종류에 따라, 반응 온도는 60℃ 내지 180℃의 범위, 바람직하게는 90℃ 내지 140℃의 범위에 있을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 합성 개시시에 반응기를 질소로 불활성화하고 전체 반응에 걸쳐 이 반응기 내에서 가벼운 질소 흐름을 유지하는 것이 유리하다.
특히 마이크로파의 이용과 관련된, 본 발명에 따른 방법의 특징 및 이점은, 이하의 실시예를 참조함으로써 더 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 베타-디카르보닐 화합물을 합성하는 방법에 사용되는 반응기를 하나의 예로서 도시한 것이다.
실시예 1: "종래" 방법에 의한 스테아로일벤조일메탄(SBM)의 합성
고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기에, 450 mL의 크실렌, 178.79 g의 용융 메틸 스테아레이트 및 34.05 g의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물을 도입한 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하였다. 이어서, 혼합물을 비등시키고 분리 칼럼의 헤드에서 전체 환류시켰다. 5 시간에 걸쳐 68.42 g의 비율로 반응기 안에 아세토페논을 도입하였다.
5시간의 반응 동안 내내 메탄올을 분리 칼럼의 헤드에서 제거하였다. 아세토페논의 도입을 완료한 후 다시 1시간 동안 반응을 계속하였다. 1시간이 경과된 후, 혼합물을 산성화한 후 세정하였다. 수득된 유기 용액을 가스상 크로마토그래피에 의하여 적정하였다. 아세토페논의 전환율은 거의 완전하고 SBM 역가는 82.5%이었다.
반응 단계에서 수득된 SBM의 생산성은 30.3 kg/h/m3이었다.
실시예 2: 본 발명에 따른 방법에 의한 스테아로일벤조일메탄(SBM)의 합성
실험 장치는 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 전동 펌프 및 600 W 파워의 마이크로파 발생기가 제공된 재순환 회로가 구비되었다.
반응기에 450 mL의 크실렌, 178.82 g의 용융 메틸 스테아레이트 및 34.02 g의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물의 도입 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하였다. 혼합물을 외부 회로 내에서 15 kg/h의 유량으로 재순환시켰다. 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 68.39 g의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 15분 동안 계속 반응시켰다. 반응 시간 동안 내내 메탄올을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 15분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 SBM 역가가 98.1%임을 나타내었다.
본 발명에 따른 방법의 SBM 역가는 종래 방법의 SBM 역가보다 15 포인트 더 높았다. 반응 단계에서 수득된 SBM의 생산성은 172.6 kg/h/m3로 종래 방법의 생산성의 5.7배이었다.
실시예 3: 마이크로파 발생기 없이 본 발명에 따른 방법에 의한 스테아로일벤조일메탄( SBM)의 합성
실험 장치는 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 전동 펌프가 제공된 이중 외피 재순환 회로가 구비되었다. 상기 이중 외피의 온도를 실시예 2의 전체 열 이동에 가능한 가장 근접한 열 이동을 얻기 위하여 매우 상승시켰다.
반응기에 450 mL의 크실렌, 178.77 g의 용융 메틸 스테아레이트 및 34.00 g의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물 도입 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하였다. 혼합물을 외부 회로 내에서 15 kg/h의 유량으로 재순환시켰다. 혼합물을 전체 환류에서 비등시켰다.
1 시간에 걸쳐 68.41 g의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료된 후 혼합물을 15분 동안 계속 반응시켰다. 이 시간 동안 메탄올을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 15분 후, 가열을 중단하고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상이 매우 강하게 착색되었다. 가스 크로마토그래피에 의한 이의 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 SBM 역가가 71.8%임을 나타내었다. 크래마토그램에는 다양한 부반응에 대응하는 일련의 피크의 군들이 나타났다.
실시예 4: 본 발명에 따른 방법에 의한 디벤조일메탄(DBM)의 합성
실험 장치는 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 전동 펌프 및 600 W 파워의 마이크로파 발생기가 제공된 재순환 회로가 구비되었다.
반응기에 560 mL의 크실렌, 81.59 g의 메틸 벤조에이트 및 34.03 g의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물의 도입 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하였다. 혼합물을 외부 회로 내에서 15 kg/h의 유량으로 재순환시켰다. 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 68.42 g의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 15분 동안 계속 반응시켰다. 반응 시간 내내 메탄올을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 15분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 DBM 역가가 99.2%임을 나타내었다.
반응 단계에서 수득된 DBM의 생산성은 101.4 kg/h/m3이었다.
실시예 5: 용매 없이 본 발명에 따른 방법에 의한 디벤조일메탄(DBM)의 합성
실험 장치는 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 전동 펌프 및 600 W 파워의 마이크로파 발생기가 제공된 재순환 회로가 구비되었다. 이것에 또한 시스템 내에 약 100 mbar까지의 진공을 허용하는 진공 펌프가 장착되었다.
반응기에 683.52 g의 메틸 벤조에이트 및 34.00 g의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물의 도입 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하고 300 mbar의 부분 진공 하에 둔다. 혼합물을 외부 회로 내에서 15 kg/h의 유량으로 재순환시켰다. 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 68.40 g의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 15분 동안 계속 반응시켰다. 반응 시간 동안 내내 메탄올을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 15분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 DBM 역가가 99.7%임을 나타내었다.
반응 단계에서 수득된 DBM의 생산성은 101.8 kg/h/m3이었다.
실시예 6: 본 발명에 따른 방법에 의한 스테아로일벤조일메탄(SBM)의 합성
실험 장치는 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 전동 펌프 및 600 W 파워의 마이크로파 발생기가 제공된 재순환 회로가 구비되었다.
반응기에 440 mL의 크실렌, 178.76 g의 용융 메틸 스테아레이트 및 42.87 g의 나트륨 에틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물의 도입 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하였다. 혼합물을 외부 회로 내에서 15 kg/h의 유량으로 재순환시켰다. 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 68.45 g의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 15분 동안 계속 반응시켰다. 반응시간 동안 내내 메탄올 및 에탄올 생성물을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 15분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 SBM 역가가 98.3%임을 나타내었다.
반응 단계에서 수득된 SBM의 생산성은 173.2 kg/h/m3이었다.
실시예 7: 본 발명에 따른 방법에 의한 옥타노일벤조일메탄(OBM)의 합성
실험 장치는 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 전동 펌프 및 600 W 파워의 마이크로파 발생기가 제공된 재순환 회로가 구비되었다.
반응기에 550 mL의 크실렌, 94.78 g의 메틸 옥타노에이트 및 34.05 g의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물을 도입한 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하였다. 혼합물을 외부 회로 내에서 15 kg/h의 유량으로 재순환시켰다. 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 68.41 g의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 15분 동안 계속 반응시켰다. 이 시간 동안 메탄올 생성물을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 15분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 OBM 역가가 98.3%임을 나타내었다.
반응 단계에서 수득된 OBM의 생산성은 110.3 kg/h/m3이었다.
실시예 8: 케톤 과량으로 본 발명에 따른 방법에 의한 스테아로일벤조일메탄( SBM )의 합성
실험 장치는 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 전동 펌프 및 600 W 파워의 마이크로파 발생기가 제공된 재순환 회로가 구비되었다.
반응기에 450 mL의 크실렌, 178.81 g의 용융 메틸 스테아레이트 및 34.02 g의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물을 도입한 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하였다. 혼합물을 외부 회로 내에서 15 kg/h의 유량으로 재순환시켰다. 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 73.19 g의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 15분 동안 계속 반응시켰다. 이 시간 동안 메탄올 생성물을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 15분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 SBM 역가가 97.5%임을 나타내었다.
반응 단계에서 수득된 SBM의 생산성은 180.6 kg/h/m3이었다.
실시예 9: 본 발명에 따른 방법에 의한 팔미토일벤조일메탄(PBM)의 합성
실험 장치는 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 전동 펌프 및 600 W 파워의 마이크로파 발생기가 제공된 재순환 회로가 구비되었다.
반응기에 470 mL의 크실렌, 159.99 g의 용융 메틸 팔미테이트 및 34.03 g의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물을 도입한 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하였다. 혼합물을 외부 회로 내에서 15 kg/h의 유량으로 재순환시켰다. 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 68.40 g의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 15분 동안 계속 반응시켰다. 이 시간 동안 메탄올 생성물을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 15분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 PBM 역가가 98.0%임을 나타내었다.
반응 단계에서 수득된 PBM의 생산성은 168.4 kg/h/m3이었다.
실시예 10: 본 발명에 따른 방법에 의한 미리스토일벤조일메탄(MBM)의 합성
실험 장치는 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 전동 펌프 및 600 W 파워의 마이크로파 발생기가 제공된 재순환 회로가 구비되었다.
반응기에 490 mL의 크실렌, 145.22 g의 메틸 미리스테이트 및 33.98 g의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물을 도입한 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하였다. 혼합물을 외부 회로 내에서 15 kg/h의 유량으로 재순환시켰다. 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 68.36 g의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 15분 동안 계속 반응시켰다. 반응 시간 내내 메탄올 생성물을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 15분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 MBM 역가가 98.1%임을 나타내었다.
반응 단계에서 수득된 MBM의 생산성은 155.4 kg/h/m3이었다.
실시예 11: 본 발명에 따른 방법에 의한 라우로일벤조일메탄(LBM)의 합성
실험 장치는 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 전동 펌프 및 600 W 파워의 마이크로파 발생기가 제공된 재순환 회로가 구비되었다.
반응기에 510 mL의 크실렌, 128.42 g의 메틸 라우레이트 및 34.01 g의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물을 도입한 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하였다. 혼합물을 외부 회로 내에서 15 kg/h의 유량으로 재순환시켰다. 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 68.41 g의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 15분 동안 계속 반응시켰다. 반응 시간 동안 메탄올 생성물을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 15분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 LBM 역가가 98.3%임을 나타내었다.
반응 단계에서 수득된 LBM의 생산성은 142.5 kg/h/m3이었다.
실시예 12: 본 발명에 따른 방법에 의한 데카노일벤조일메탄(DeBM)의 합성
실험 장치는 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 전동 펌프 및 600 W 파워의 마이크로파 발생기가 제공된 재순환 회로가 구비되었다.
반응기에 530 mL의 크실렌, 111.58 g의 메틸 데카노에이트 및 34.00 g의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물을 도입한 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하였다. 혼합물을 외부 회로 내에서 15 kg/h의 유량으로 재순환시켰다. 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 68.45 g의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 15분 동안 계속 반응시켰다. 반응 시간 동안 메탄올 생성물을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 15분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 DeBM 역가가 98.3%임을 나타내었다.
반응 단계에서 수득된 DeBM의 생산성은 129.3 kg/h/m3이었다.
실시예 13: 본 발명에 따른 방법에 의한 벤조일 p- 메틸벤조일메탄(BpMBM)의 합성
실험 장치는 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 전동 펌프 및 600 W 파워의 마이크로파 발생기가 제공된 재순환 회로가 구비되었다.
반응기에 550 mL의 크실렌, 90.02 g의 메틸 p-메틸벤조에이트 및 34.02 g의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물을 도입한 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하였다. 혼합물을 외부 회로 내에서 15 kg/h의 유량으로 재순환시켰다. 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 68.42 g의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 15분 동안 계속 반응시켰다. 이 시간 동안 메탄올 생성물을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 15분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 BpMBM 역가가 98.8%임을 나타내었다.
반응 단계에서 수득된 BpMBM의 생산성은 112.9 kg/h/m3이었다.
실시예 14: 본 발명에 따른 방법에 의한 벤조일 3,5-디메틸벤조일메탄( BDMBM )의 합성
실험 장치는 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 유리제 1 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 전동 펌프 및 600 W 파워의 마이크로파 발생기가 제공된 재순환 회로가 구비되었다.
반응기에 560 mL의 크실렌, 81.59 g의 메틸 벤조에이트 및 34.01 g의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물을 도입한 후, 반응기를 가벼운 질소 흐름으로 연속적으로 불활성화하였다. 혼합물을 외부 회로 내에서 15 kg/h의 유량으로 재순환시켰다. 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 84.35 g의 3,5-디메틸아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 15분 동안 계속 반응시켰다. 반응 시간 내내 메탄올 생성물을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 15분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 3,5-디메틸아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 BDMBM 역가가 98.6%임을 나타내었다.
반응 단계에서 수득된 BDMBM의 생산성은 119.2 kg/h/m3이었다.
실시예 15: 본 발명에 따른 방법에 의한 스테아릴벤조일메탄(SBM)의 공업적 합성(1 m 3)
공업적 수단은 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 스테인레스스틸제 1000 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 총 30 kW 파워의 마이크로파 공급원이 마련되었다.
미리 질소로 불활성화된 반응기에, 450 리터의 크실렌, 178.9 kg의 용융 메틸 스테아레이트 및 33.95 kg의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물을 도입한 후, 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 68.5 kg의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 30분 동안 계속 반응시켰다. 반응 시간 내내 메탄올 생성물을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 30분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 SBM 역가가 97.6%임을 나타내었다.
실시예 16: 본 발명에 따른 방법에 의한 스테아릴벤조일메탄(SBM)의 공업적 합성(10 m3)
공업적 수단은 고성능 교반기가 장착된 화학 분야에서 일반적인 이중 외피의 스테인레스스틸제 10000 리터 반응기로 구성되었다. 이것에 가변 환류를 갖는 콘덴서가 제공된 분리 칼럼이 장착되었다. 이것에 또한 총 120 kW 파워의 마이크로파 공급원이 마련되었다.
미리 질소로 불활성화된 반응기에, 4500 리터의 크실렌, 1788.6 kg의 용융 메틸 스테아레이트 및 340 kg의 나트륨 메틸레이트 분말을 도입하였다. 반응물을 도입한 후, 혼합물을 전체 환류에서 비등시키고 마이크로파 발생기를 개시시켰다.
1 시간에 걸쳐 684 kg의 아세토페논을 반응기 안에 도입하였다. 혼합물의 도입이 완료되었을 때 혼합물을 30분 동안 계속 반응시켰다. 반응 시간 내내 메탄올 생성물을 반응 매질로부터 제거하였다. 마무리 공정의 30분 후, 마이크로파 발생기와 가열을 정지시키고 혼합물을 산성화한 후 세정하였다.
유기상의 가스 크로마토그래피에 의한 분석은 아세토페논의 전환율이 거의 완전하고 SBM 역가가 97.2%임을 나타내었다.

Claims (11)

  1. 하기 반응에 따라 95% 초과의 역가로 클라이젠 축합에 의하여 강염기 또는 강염기 혼합물의 존재하에 에스테르 및 케톤과 같은 적어도 2종의 카르보닐 화합물로부터 공업적 규모로 베타-디카르보닐 화합물을 합성하는 방법, 특히 적어도 1종의 케톤 및 적어도 1종의 에스테르로부터 베타-디케톤을 합성하는 방법으로서,
    - 분리 칼럼내 온도에 의하여 제어되는 환류 변수를 갖는 콘덴서(7)가 제공된 분리 칼럼(5)이 장착되고 적어도 하나의 마이크로파 발생기(13) 및 교반 시스템(3)이 구비된, 바람직하게는 이중 외피를 갖는 합성 반응기(1)를 장착하는 단계,
    - 교반하에 제1 카르보닐 화합물 및 강염기를 상기 합성 반응기에 공급하는 단계,
    - 상기 반응기(1)를 가열하고 콘덴서(7)를 개시시키는 단계,
    - 마이크로파 발생기(들)(13)를 개시시키는 단계,
    - 분리 칼럼(5)의 헤드에서 전체 환류하에 혼합물이 비등하게 되었을 때, 제2 카르보닐 화합물을 상기 반응기(1)에 공급하는 단계, 및
    - 대기 시간 후, 반응기(1)를 정지시키고 반응 혼합물을 산성화하고 세정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 방법:
    R1-CO-CH2-R2 + R3-CO-O-R4 -> R1-CO-CHR2-CO-R3 + R4-OH
    상기 반응에서, 동일하거나 상이할 수 있는 R1, R2 및 R3은 각각 수소 원자, 유리하게는 탄소 원자수 1∼30, 바람직하게는 탄소 원자수 1∼18의 탄화수소 라디칼, 탄소 원자수 24 이하의 직쇄형 또는 분기형 알킬 또는 알케닐 라디칼, 탄소 원자수 7∼10의 아랄킬 라디칼, 적어도 14개의 탄소 원자수를 갖는 아릴 또는 지환족 라디칼인데, 상기 지환족 라디칼은 실질적으로 탄소-탄소 이중 결합을 포함할 수 있고, 이들 라디칼은 예컨대 할로겐 원자에 의하여 또는 메틸 또는 에틸 라디칼에 의하여 또는 지방족 쇄 내에 하나의 또는 복수의 -O-, -CO-O-, -CO- 기의 존재에 의하여 치환 또는 비치환될 수 있으며, 산소 또는 질소 헤테로원자를 포함할 수 있고, R1 및 R2는 베타-디케톤이 환을 형성하는 방식으로 결합될 수 있으며, R4는 탄소 원자수 1∼4의 알킬 라디칼, 바람직하게는 메틸 라디칼을 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서, 반응기(1)의 내부에 직접 장착된 적어도 하나의 마이크로파 발생기 및/또는 반응 매질 중에서 마이크로파를 한 방향으로 유도할 수 있는 도파관에 의하여 반응기에 연결된 적어도 하나의 외부 마이크로파 발생기를 상기 반응기에 장착하는 것을 특징으로 하는 합성 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 재순환 펌프(12) 및 마이크로파 발생기(13)가 제공된 외부 재순환 회로(11)를 상기 합성 반응기(1)에 구비하는 것을 특징으로 하는 합성 방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 카르보닐 화합물은 적어도 1종의 케톤 및 적어도 1종의 에스테르로 구성되는 것을 특징으로 하는 합성 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 케톤은 에스테르에 대하여 몰과량인 것을 특징으로 하는 합성 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 강염기의 공액산은 반응 조건에서 휘발성인 것을 특징으로 하는 합성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 강염기는 알콜레이트, 특히 나트륨 알콜레이트, 특별히 나트륨 메틸레이트인 것을 특징으로 하는 합성 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 온도는 60℃ 내지 180℃의 범위, 바람직하게는 90℃ 내지 140℃의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 합성 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 반응을 용매 없이 실시하는 것을 특징으로 하는 합성 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 순수 용매 또는 혼합 용매, 특히 방향족 핵을 함유하는 용매의 존재 하에 반응을 실시하는 것을 특징으로 하는 합성 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 전체 반응 동안 합성 반응기(1) 내에서 가벼운 질소 환류를 유지하는 것을 특징으로 하는 합성 방법.
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