KR20140123308A - 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법 - Google Patents

친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반응 공정을 효율화하여 정제공정 없이도 고순도의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조하고, 폐솔벤트를 증류하여 재사용하는 공정으로 오염물질의 발생을 최소화하는 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법에 관한 것으로, 2-클로로-4-아미노톨루엔, 솔벤트 및 황산을 반응기에 첨가하는 제 1단계, 상기 반응기에 첨가된 첨가물에 대해 술폰화 반응을 수행하는 제 2단계, 상기 제 2단계에서 생성된 화합물을 솔벤트로 여과 및 세척하여 웨트 케이크(wet cake)를 제조하는 제 3단계, 상기 제 3단계에서 제조된 웨트 케이크를 진공 건조하여 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조하는 제 4단계 및 상기 제 3단계 및 4단계에 의해 발생되는 폐솔벤트를 증류하는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법{ECO-FRIENDLY METHOD FOR PREPARING HIGHLY PURE 2-CHLORO-4-AMINOTOLUENE-5-SULFONIC ACID}
본 발명은 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반응 공정을 효율화하여 정제공정 없이도 고순도의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조하고, 폐솔벤트를 증류하여 재사용하는 공정으로 오염물질의 발생을 최소화하는 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법에 관한 것이다.
아조안료의 대표적 중간체 중 하나인 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산(2-chloro-4-aminotoluene-5-sulfonic acid, 관용명 2B-Acid)은 <화학식 1>과 같은 물질이다.
<화학식 1>
Figure pat00001

2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산은 적색 유기 안료로 쓰이는, <화학식 2>와 같은 피그먼트 레드 48:2(pigment red 48:2, calcium 4-[(5-chloro-4-methyl-2-sulphonatophenyl)azo]-3-hydroxy-2-naphthoate)를 합성하기 위한 중간체로 사용된다.
<화학식 2>
Figure pat00002
이러한 유기 안료는 무기 안료와 비교하여 보다 선명한 색조와 높은 착색력을 특징으로 하며, 투명력이 높고 색의 종류가 다양한 장점이 있다. 특히, 피그먼트 레드 48:2는 동일한 붉은색 계열의 피그먼트 레드 57:1보다 조밀도, 열저항, 방수의 특성이 우수하여 고급의 붉은색 계열 안료로 인정받고 있다.
그러나 이러한 유기 안료는 제조 공정이 복잡하고, 가격이 비싼 단점이 있다. 따라서 종래의 제조 공정을 통하여 제조되는 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산은 정제하지 않은 테크니칼 제품과 고순도 정제품으로 나누어지며, 가격이 저렴한 테크니칼 제품이 고순도 정제품보다 수요가 높다.
그러나 종래의 테크니칼 제품은 순도가 낮아서, 특히, 타르(tar)와 같은 불순물을 포함하여 안료로 사용될 경우, 색상의 밝기(Lightness), 색상의 방향(Hue), 청결도(Purity), 농도(Strength) 및 광택(Gloss)으로 구분되는 안료의 질적 요인이 하락하는 문제가 발생한다. 이러한 문제점은 유기 안료의 특징에 직접적으로 악영향을 끼친다.
따라서 양질의 안료를 제조하기 위해, 테크니칼 제품을 정제하여 고순도의 정제품(high purity product)을 제조한다.
도 2는 종래기술에 따른 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 정제방법을 나타내는 공정도이다. 종래기술에 따른 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 정제방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산(테크니칼 제품), 물, NaOH(수산화나트륨) 및 활성탄을 혼합하여 혼합물을 제조한다.
그리고 혼합물을 여과하는데, 이때, 폐기물인 폐활성탄 및 타르(tar)가 발생된다. 다음으로 여과된 혼합물에 황산을 첨가하여 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 결정화시킨다.
그 뒤, 결정화된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 수세 및 건조하는데, 이때, 수세과정에 의한 폐수가 발생된다. 그 후, 수세된 결정을 건조하여 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조한다.
그러나 상기와 같은 종래의 기술에서는 정제 공정을 포함하여 고순도의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조하는 과정에서 다량의 오염물질(폐기물 및 폐수)이 발생한다. 구체적으로 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 중량 대비 10배 내지 12배의 오염물질이 발생되어 이러한 오염물질을 처리하기 위한 비용이 소요되며, 친환경적이지 못한 문제가 있다.
또한, 공개특허공보 제10-2002-0005988호는 술폰화 방법에 관한 것으로, 거대다공성 또는 단분산-겔-유형 비드 중합체를 황산 내로 공급한 다음 교반하고, 술폰화 반응이 일어난 다음에는 탈염수로 세척하는 기술이 개시되고 있다. 그러나 이와 같은 종래의 기술에서는 탈염수로 세척하는 공정에 의해 오염물질(폐수)이 발생되므로 친환경적이지 못한 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 반응 공정을 효율화하여 별도의 정제 공정 없이도 고순도의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조하는 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조 공정에서 발생되는 폐솔벤트를 증류하여 술폰화 반응, 여과 및 세척에 재사용하는 공정으로 오염물질의 발생을 최소화하는 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 2-클로로-4-아미노톨루엔, 솔벤트 및 황산을 반응기에 첨가하는 제 1단계, 상기 반응기에 첨가된 첨가물에 대해 술폰화 반응을 수행하는 제 2단계, 상기 제 2단계에서 생성된 화합물을 솔벤트로 여과 및 세척하여 웨트 케이크(wet cake)를 제조하는 제 3단계, 상기 제 3단계에서 제조된 웨트 케이크를 진공 건조하여 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조하는 제 4단계 및 상기 제 3단계 및 4단계에 의해 발생되는 폐솔벤트를 증류하는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 1단계에서, 2-클로로-4-아미노톨루엔 1 ㏖에 대해 0.9 ㏖ 내지 1.1 ㏖의 황산을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 1단계에서, 2-클로로-4-아미노톨루엔 1 ㏖에 대해 0.95 ㏖ 내지 1.05 ㏖의 황산을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 1단계에서, 솔벤트는 2-클로로-4-아미노톨루엔 1 ㏖에 대하여 1500 ㎖ 내지 2500 ㎖인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 솔벤트가 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 1,3,5-트리클로로벤젠, 2,3-디클로로톨루엔, 2,4-디클로로톨루엔, 2,5-디클로로톨루엔, 2,6-디클로로톨루엔, 3,4-디클로로톨루엔 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 5단계에서, 상기 제 3단계에 의해 발생되는 폐솔벤트가 여과 및 세척에 의해 발생되는 폐솔벤트이고, 상기 제 4단계에 의해 발생되는 폐솔벤트는 진공 건조 시 발생되는 폐솔벤트인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 5단계에서, 증류되는 폐솔벤트가 본 발명의 술폰화 반응 및 세척에 재사용가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 1단계에서, 상기 2-클로로-4-아미노톨루엔이 97.5% 내지 99.5%의 순도를 갖고, 상기 황산은 95.0% 내지 98.8%의 순도를 갖고, 상기 솔벤트는 99.0% 이상의 순도를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 2단계에서, 술폰화 반응이 1시간 내지 12시간 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 2단계에서, 술폰화 반응이 170℃ 내지 260℃에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 2단계에서, 술폰화 반응이 유리 재질의 반응기 내에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 3단계에서, 상기 솔벤트가 2-클로로-4-아미노톨루엔 1 ㏖에 대하여 10 ㎖ 내지 200 ㎖인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 3단계에서, 화합물이 200 ㎜Hg 내지 400 ㎜Hg의 압력으로 여과되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 4단계에서, 진공 건조가 60 ㎜Hg 내지 200 ㎜Hg의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 4단계에서, 진공 건조가 145℃ 내지 155℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 4단계에서, 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산 중 잔류 2-클로로-4-아미노톨루엔의 함량이 0.30 중량% 이상 존재하는 경우, 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산에 대해 상기 제 2단계 내지 4단계를 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 4단계에서, 진공 건조가 유리 재질의 진공 건조기 또는 스테인리스 스틸 재질의 진공 건조기 내에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 상기 제 5단계에서, 상기 폐솔벤트의 증류는 술폰화 반응과 동일한 온도로 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법에 따르면, 반응 공정을 효율화하여 별도의 정제 공정 없이도 고순도의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조 공정에서 발생되는 폐솔벤트를 증류하여 재사용이 가능한 재생 솔벤트를 제조하는 공정으로 새로운 솔벤트의 사용을 감소하여 비용을 절감하고, 오염물질의 발생을 최소할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종래의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산( 테크니칼 제품)의 제조 공정과는 다르게 타르(tar)에 의한 오염이 발생하지 않으므로 정제 공정 없이 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종래의 기술과 같이 물(H2O)을 세척에 사용하지 않고 솔벤트를 사용하여 세척하므로, 세척 후 오염된 폐솔벤트를 증류하여 술폰화 반응에 다시 사용이 용이한 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 종래기술에 따른 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 정제방법을 나타내는 공정도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법에서 고순도는 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 순도가 97.8% 이상인 것일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 본 발명에 따른 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저, 2-클로로-4-아미노톨루엔, 솔벤트 및 황산을 반응기에 첨가한다(S10).
이때, 반응기는 유리 재질의 반응기가 바람직하며, 반응기에 첨가된 2-클로로-4-아미노톨루엔은 97.5% 내지 99.5%의 순도를 갖는 것일 수 있다.
또한, 솔벤트는 바람직하게 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 클로로톨루엔, 2,3-디클로로톨루엔, 2,4-디클로로톨루엔, 2,5-디클로로톨루엔, 2,6-디클로로톨루엔, 3,4-디클로로톨루엔 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1,2-디클로로벤젠일 수 있으며, 99.0% 이상의 순도를 갖는 것일 수 있다.
또한, 혼합되는 솔벤트는 바람직하게 2-클로로-4-아미노톨루엔 1 ㏖에 대하여 1,500㎖ 내지 2,500 ㎖일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 2,000 ㎖일 수 있다.
또한, 황산은 95.0% 내지 98.8%의 순도를 갖고, 2-클로로-4-아미노톨루엔 1 ㏖에 대하여 0.9 ㏖ 내지 1.1 ㏖을 첨가할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 2-클로로-4-아미노톨루엔 1 ㏖에 대하여 0.95 ㏖ 내지 1.05 ㏖의 황산을 첨가할 수 있다.
다음으로, 반응기에 첨가된 첨가물에 대하여 술폰화 반응을 수행할 수 있다(S20). 여기서 술폰화 반응은 환류(reflux) 반응으로 수행되고, 환류 반응은 170℃ 내지 260℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 이러한 환류 반응은 1시간 내지 12시간 수행될 수 있는데, 바람직하게는 8시간 수행될 수 있다.
그 뒤, 술폰화 반응이 수행된 화합물을 여과 및 세척하여 웨트 케이크(wet cake)를 제조할 수 있다(S30). 여기서 여과는 아스피레이터로 수행될 수 있으며, 200 ㎜Hg 내지 400 ㎜Hg의 압력으로 혼합물을 여과할 수 있다.
또한, 세척은 술폰화 반응에 사용되는 솔벤트와 동일한 종류의 솔벤트로 수행될 수 있고, 세척에 사용되는 솔벤트는 2-클로로-4-아미노톨루엔 1 ㏖에 대하여 10 ㎖ 내지 200 ㎖가 사용될 수 있다.
그리고 제조된 웨트 케이크를 진공 건조하여 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조할 수 있다(S40). 여기서 진공 건조는 유리 재질의 진공 건조기 또는 스테인리스 스틸 재질의 진공 건조기 내에서 60 ㎜Hg 내지 200 ㎜Hg의 압력과 145℃ 내지 155℃의 온도로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조과정 중 발생되는 폐솔벤트를 증류한다(S50). 구체적으로, 폐솔벤트는 술폰화 반응이 수행된 화합물을 솔벤트로 여과 및 세척하는 과정에서 발생되는 폐솔벤트와, 제조된 웨트 케이크를 진공 건조하는 과정에서 발생되는 폐솔벤트일 수 있다.
여기서 폐솔벤트의 증류는 폐솔벤트가 발생되는 단계별로 취합되어 별도의 증류장치에서 증류되거나, 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조 공정을 하나의 공정주기로 할 때, 각 공정주기별로 폐솔벤트가 취합되어 증류장치로 증류될 수 있다. 이때, 폐솔벤트의 증류는 본 발명의 술폰화 반응과 동일한 온도로 수행될 수 있다.
특히, 증류된 폐솔벤트는 재생 가능한 솔벤트로써, 99% 이상의 순도를 가질 수 있어 본 발명의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조에 재사용이 가능하며, 상세하게는 술폰화 반응 시 요구되는 솔벤트로 재사용이 가능하고, 술폰화 반응이 수행된 화합물에 대한 여과 및 세척에 요구되는 솔벤트로 재사용이 가능할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 친환경 공정의 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법에 따르면, 반응 공정을 효율화하여 별도의 정제 공정 없이도 고순도의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조 공정에서 발생되는 폐솔벤트를 증류하여 재사용이 가능한 재생 솔벤트를 제조하는 공정으로 새로운 솔벤트의 사용을 감소하여 비용을 절감하고, 오염물질의 발생을 최소할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종래의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산(테크니칼 제품)의 제조 공정과는 다르게 타르(tar)에 의한 오염이 발생하지 않으므로 정제 공정 없이 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명에 따라 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산 중 잔류 2-클로로-4-아미노톨루엔의 함량이 0.30 중량% 이상 존재하는 경우, 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산에 대하여 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법을 수행할 수 있다.
여기서, 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산 중 잔류 2-클로로-4-아미노톨루엔의 함량은 HPLC(High-Performance Liquid Chromatography)분석을 통하여 확인할 수 있다.
또한, 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산에 대하여 수행되는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 도 1을 참조하여, 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산, 솔벤트 및 황산을 반응기에 첨가하고, 반응기에 첨가된 첨가물에 대해 술폰화 반응을 수행(S20)하며, 술폰화 반응으로 생성된 화합물을 솔벤트로 여과 및 세척하여 웨트 케이크를 제조(S30)하고, 제조된 웨트 케이크를 진공 건조(S40)하여 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조하는 방식으로 수행할 수 있다.
이때, 수행되는 구체적인 조건, 즉, 솔벤트 및 황산의 당량비는 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산 또는 잔류 2-클로로-4-아미노톨루엔 1㏖을 기준으로 결정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법은 종래의 기술과 같이 물(H2O)을 세척에 사용하지 않고 솔벤트를 사용하여 세척하므로, 세척 후 오염된 폐솔벤트를 증류하여 술폰화 반응에 다시 사용이 용이한 이점이 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예가 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 될 것이다.
<실시예 1. 본 발명에 따른 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조>
141.6 g(1.00 ㏖)의 2-클로로-4-아미노톨루엔과 2,000 ㎖의 1,2-디클로로벤젠을 용량 4 L의 유리 재질 반응기에 넣고 교반한 후 황산 100.1g (1.00 ㏖)을 30분 동안 첨가하였다.
이어서 반응기 외부 온도를 승온시켜서 240℃에서 8시간동안 환류반응을 진행하였다. 이때 발생되는 반응수를 딘-스타크 트랩(Dean-Strak Trap)을 이용하여 유기 성분과 분리하였다.
반응물을 2 L의 유체 필터로 여과하고, 1,2-디클로로벤젠 100 ㎖로 여과물을 세척하였다. 세척한 여액은 추후 반응시에 증류 후 재사용하기 위해 용적량 4 L의 유리 반응기에 모아두고, 웨트 케이크 상태의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 4 L의 스테인리스 재질 건조기 또는 유리 진공 건조기에 넣고, 온도 150℃에서 200 ㎜Hg 이상의 진공도를 유지하면서 5시간동안 건조시켜서, 218.8 g의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 얻었다. 2-클로로-4-아미노톨루엔의 기준에 따른 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 수율은 98.8 %였다.
HPLC 분석결과 잔류 2-클로로-4-아미노톨루엔의 함량은 0.12 중량%였으며, 기타 유기 불순물은 검출되지 않았고, 디아조화 적정에 따른 순도는 98.0 %였다. 생성된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 외관은 흰색 분말상태였으며, 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 농도가 1.3 %인 암모니아 수용액을 조제하여 자외선 분광기를 사용하여 400 ㎚ 파장에서 흡광도를 측정한 결과 0.024를 나타내었고, 생성물의 용해 시 잔여물(불용분 및 tar)을 확인하기 위해 알칼리 수용액(pH 9, 암모니아 수용액)에 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 녹여 불용성 물질(불순물)을 여과한 결과, 불용성 물질의 중량%가 0.039(insoluble, %)로 확인되었다.
<실시예 2. 본 발명에 따른 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조>
141.6 g(1.00 ㏖)의 2-클로로-4-아미노톨루엔과 2,000 ㎖의 1,2-디클로로벤젠을 용량 4 L의 유리 재질 반응기에 넣고, 교반한 후 황산 100.1 g (1.00 ㏖)을 30분 동안 첨가하였다.
이어서 반응기 외부 온도를 승온시켜서 200℃에서 10시간동안 환류반응을 진행하였다. 이때 발생되는 반응수를 딘-스타크 트랩을 이용하여 유기 성분과 분리하였다.
반응물을 2L의 유체 필터로 여과하고, 1,2-디클로로벤젠 100 ㎖로 여과물을 세척하였다. 세척한 여액은 추후 반응시에 증류 후 재사용하기 위해 4 L 유리 반응기에 모아두고, 웨트 케이크 상태의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 4 L의 스테인리스 재질 건조기 또는 유리 진공 건조기에 넣고, 온도 150℃에서 200 ㎜Hg 이상의 진공도를 유지하면서 5시간동안 건조시켜서, 218.6 g의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 얻었다. 2-클로로-4-아미노톨루엔의 기준에 따른 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 수율은 98.8 %였다.
HPLC 분석결과 잔류 2-클로로-4-아미노톨루엔의 함량은 0.15 중량%였으며, 기타 유기 불순물은 검출되지 않았고, 디아조화 적정에 따른 순도는 98.0 %였다. 생성된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 외관은 흰색 분말상태였으며, 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 농도가 1.3 %인 암모니아 수용액을 조제하여 자외선 분광기를 사용하여 400 ㎚ 파장에서 흡광도를 측정한 결과 0.035를 나타내었고, 생성물의 용해 시 잔여물(불용분 및 tar)을 확인하기 위해 알칼리 수용액(pH 9, 암모니아 수용액)에 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 녹여 불용성 물질을 여과한 결과, 불용성 물질의 중량%가 0.045(insoluble, %)로 확인되었다.
<실시예 3. 본 발명에 따른 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조>
141.6 g(1.00㏖)의 2-클로로-4-아미노톨루엔과 2,000 ㎖의 1,2-디클로로벤젠을 용량 4 L의 유리 재질 반응기에 넣고, 교반한 후 황산 100.1 g (1.00 ㏖)을 30분 동안 첨가하였다.
이어서 반응기 외부 온도를 승온시켜서 240℃에서 8시간동안 환류반응을 진행하였다. 이때 발생되는 반응수를 딘-스타크 트랩을 이용하여 유기 성분과 분리하였다.
반응물을 2L의 유체 필터로 여과하고, 1,2-디클로로벤젠 100 ㎖로 여과물을 세척하였다. 세척한 여액은 추후 반응시에 증류 후 재사용하기 위해 4L 유리 반응기에 모아두고, 웨트 케이크 상태의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 4L의 스테인리스 재질 건조기 또는 유리 진공 건조기에 넣고, 온도 130 ~ 160℃에서 200 ㎜Hg 이상의 진공도를 유지하면서 7시간동안 건조시켜서, 219.7 g의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 얻었다. 2-클로로-4-아미노톨루엔의 기준에 따른 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 수율은 99.2 %였다.
HPLC 분석결과 잔류 2-클로로-4-아미노톨루엔의 함량은 0.10 중량%였으며, 기타 유기 불순물은 검출되지 않았고, 디아조화 적정에 따른 순도는 97.8 %였다. 생성된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 외관은 흰색 분말상태였으며, 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 농도가 1.3 %인 암모니아 수용액을 조제하여 자외선 분광기를 사용하여 400 ㎚ 파장에서 흡광도를 측정한 결과 0.041를 나타내었고, 생성물의 용해 시 잔여물(불용분 및 tar)을 확인하기 위해 알칼리 수용액(pH 9, 암모니아 수용액)에 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 녹여 여과한 결과, 불용성 물질의 중량%가 0.051(insoluble, %)로 확인되었다.
<비교예 1. 종래기술에 따른 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조>
141.6 g(1.00 ㏖)의 2-클로로-4-아미노톨루엔과 2,000 ㎖의 1,2-디클로로벤젠을 용적량 4 L의 스테인리스 스틸 재질 반응기에 넣고, 101.0 g(1.03 ㏖)의 황산을 30분 동안 첨가하였다.
반응기 외부 온도를 승온하여 240℃에서 8시간 동안 환류 반응을 진행하였다. 환류 반응시 발생되는 반응수를 딘-스타크 트랩을 이용하여 유기 성분과 분리하였다.
분리된 화합물을 4 L의 스테인리스 스틸 재질의 건조기에 넣고, 온도 150℃에서 200 ㎜Hg 이상의 진공도를 유지하면서, 8시간동안 건조시킴으로써, 219.7 g의 최종 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 얻었다. 2-클로로-4-아미노톨루엔의 기준에 따른 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 수율은 99.1 %였다.
HPLC 분석결과, 잔류 2-클로로-4-아미노톨루엔의 함량은 0.30 중량%이었으며, 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 구조이성체인 2-클로로-4-아미노톨루엔-2-술폰산의 함량은 0.10 중량%이고, 기타 디술폰화 화합물의 함량은 0.10 중량%이었다. 또한, 디아조화 적정에 따른 순도는 97.0 %였다.
제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 외관은 회색의 분말상태이고, 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 농도가 1.3 %인 암모니아 수용액을 조제하며, 자외선 분광기(UV Spectrophotometer)를 사용하여 400 ㎚ 파장에서 흡광도(Absorbance)를 측정한 결과 0.254를 나타내었으며, 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 용해 시 잔여물(불용분 및 타르)을 확인하기 위해 알칼리 수용액(pH 9, 암모니아 수용액)에 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 녹여 여과한 결과, 불용성 물질의 중량%가 0.145(insoluble, %)로 확인되었다.
이러한 분석결과들로부터 <비교예1>로부터 제조할 수 있는 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산은 고순도 제품이 아닌 테크니칼 제품(technical product)임을 알 수 있다.
<비교예 2. 종래기술에 따른 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 정제>
<비교예 1>에서 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산 100 g을 2 L 비이커에 넣고, 물 1,000 ㎖를 넣은 후 교반하였다. 이어서 수산화나트륨 18 g을 넣어 pH 7로 맞춘 후, 비이커를 90℃까지 가열하여 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 용해시켰다.
이러한 용액에 8 g의 활성탄을 넣고 95℃에서 10분 동안 가열한 후, 유체 여과기로 폐활성탄을 제거하고, 여액을 회수하여 30℃까지 냉각시켰다. 냉각된 여액에 황산 23 g을 넣어 pH 2로 맞춘 후 교반하였다. 이때, 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산은 결정으로 석출되며, 석출된 결정을 유체 여과기로 여과하여 웨트 케이크(wet cake)를 제조하였다.
냉각수(cold water) 50 ㎖로 제조된 웨트 케이크를 2회 걸쳐 수세하여 잔류 황산을 제거하였다. 최종적으로, 건조온도 130℃에서 12시간동안 건조시켜 91.3 g의 정제된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 얻었다. 2-클로로-4-아미노톨루엔의 기준에 따른 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 수율은 95.5 %였다.
HPLC 분석결과 잔류 2-클로로-4-아미노톨루엔의 함량은 0.10 중량% 이하였으며, 기타 유기불순물은 검출되지 않았고 디아조화 적정 방법에 의한 순도는 98.5%였다. 정제된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 외관은 흰색의 분말상태였으며, 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 농도가 1.3 %인 암모니아 수용액을 조제하여, 자외선 분광기를 사용하여 400 ㎚파장에서 흡광도를 측정한 결과 0.020을 나타내었고, 생성물의 용해 시 잔여물(불용분 및 tar)을 확인하기 위해 알칼리 수용액(pH 9, 암모니아 수용액)에 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 녹여 여과한 결과, 불용성 물질의 중량%가 0.042(insoluble, %)로 확인되었다.
<비교예 3. 종래 기술에 따른 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 정제>
<비교예 1>에서 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산 100 g을 1 L 비이커에 넣고, 물 200 ㎖를 넣은 후 교반하였다. 이어서 비이커를 60℃까지 승온시킨 후, 10분동안 교반하여 30℃까지 냉각시켰다.
그리고 유체 여과기로 여과하여 웨트 케이크를 얻었다. 냉각수 20 ㎖로 상기 웨트 케이크를 2회 걸쳐 수세하고, 건조온도 130℃에서 12시간동안 건조시켜 94.1 g의 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 얻었다. 2-클로로-4-아미노톨루엔의 기준에 따른 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 수율은 94.8 %였다.
HPLC 분석결과 잔류 2-클로로-4-아미노톨루엔의 함량은 0.20중 량%였으며, 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 구조 이성체인 2-클로로-4-아미노톨루엔-2-술폰산의 함량은 0.06중량 %로 줄었고, 기타 디술폰화 화합물도 0.04 중량% 만큼 더 감소하였으며, 디아조화 적정에 따른 순도는 97.8 %였다.
2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 외관은 밝은 회색의 분말상태였으며, 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산 농도가 1.3 %인 암모니아 수용액을 조제하여 자외선 분광기를 사용하여 400 ㎚ 파장에서 흡광도를 측정한 결과 0.180을 나타내었고, 생성물의 용해 시 잔여물(불용분 및 tar)을 확인하기 위해 알칼리 수용액(pH 9, 암모니아 수용액)에 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 녹여 여과한 결과, 불용성 물질의 중량%가 0.048(insoluble, %)로 확인되었다.
상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
S10: 2-클로로-4-아미노톨루엔, 솔벤트 및 황산을 반응기에 첨가
S20: 반응기에 첨가된 첨가물에 대해 술폰화 반응
S30: 술폰화 반응이 수행된 화합물을 솔벤트로 여과 및 세척하여 웨트 케이크를 제조
S40: 제조된 웨트 케이크를 진공 건조하여, 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조
S50: 여과 및 세척과 진공 건조 과정 중 발생되는 폐솔벤트를 증류

Claims (18)

  1. 2-클로로-4-아미노톨루엔, 솔벤트 및 황산을 반응기에 첨가하는 제 1단계;
    상기 반응기에 첨가된 첨가물에 대해 술폰화 반응을 수행하는 제 2단계;
    상기 제 2단계에서 생성된 화합물을 솔벤트로 여과 및 세척하여 웨트 케이크(wet cake)를 제조하는 제 3단계;
    상기 제 3단계에서 제조된 웨트 케이크를 진공 건조하여 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산을 제조하는 제 4단계; 및
    상기 제 3단계 및 4단계에 의해 발생되는 폐솔벤트를 증류하는 제 5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계에서, 2-클로로-4-아미노톨루엔 1 ㏖에 대해 0.9 ㏖ 내지 1.1 ㏖의 황산을 첨가하는 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계에서, 2-클로로-4-아미노톨루엔 1 ㏖에 대해 0.95 ㏖ 내지 1.05 ㏖의 황산을 첨가하는 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계에서, 솔벤트는 2-클로로-4-아미노톨루엔 1 ㏖에 대하여 1500 ㎖ 내지 2500 ㎖인 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 솔벤트는 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 1,3,5-트리클로로벤젠, 2,3-디클로로톨루엔, 2,4-디클로로톨루엔, 2,5-디클로로톨루엔, 2,6-디클로로톨루엔, 3,4-디클로로톨루엔 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 5단계에서, 상기 제 3단계에 의해 발생되는 폐솔벤트는 여과 및 세척에 의해 발생되는 폐솔벤트이고,
    상기 제 4단계에 의해 발생되는 폐솔벤트는 진공 건조 시 발생되는 폐솔벤트인 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 5단계에서, 증류되는 폐솔벤트는 술폰화 반응 및 세척에 재사용가능한 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계에서, 상기 2-클로로-4-아미노톨루엔은 97.5% 내지 99.5%의 순도를 갖고, 상기 황산은 95.0% 내지 98.8%의 순도를 갖고, 상기 솔벤트는 99.0% 이상의 순도를 갖는 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단계에서, 술폰화 반응은 1시간 내지 12시간 수행되는 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단계에서, 술폰화 반응은 170℃ 내지 260℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단계에서, 술폰화 반응은 유리 재질의 반응기 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3단계에서, 상기 솔벤트는 2-클로로-4-아미노톨루엔 1 ㏖에 대하여 10 ㎖ 내지 200 ㎖인 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3단계에서, 화합물은 200 ㎜Hg 내지 400 ㎜Hg의 압력으로 여과되는 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4단계에서, 진공 건조는 60 ㎜Hg 내지 200 ㎜Hg의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4단계에서, 진공 건조는 145℃ 내지 155℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4단계에서, 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산 중 잔류 2-클로로-4-아미노톨루엔의 함량이 0.30 중량% 이상 존재하는 경우, 제조된 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산에 대해 상기 제 2단계 내지 4단계를 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4단계에서, 진공 건조는 유리 재질의 진공 건조기 또는 스테인리스 스틸 재질의 진공 건조기 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 제 5단계에서, 상기 폐솔벤트의 증류는 술폰화 반응과 동일한 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는 고순도 2-클로로-4-아미노톨루엔-5-술폰산의 제조방법.
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