KR20170003949A

KR20170003949A - 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 및 그 산 2 무수물의 신규의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170003949A
Application number: KR1020167033496A
Authority: KR
Inventors: 쇼이치 곤도; 요 기시카와; 신스케 다도코로; 마사미 고자와
Original assignee: 닛산 가가쿠 고교 가부시키 가이샤
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2017-01-10
Also published as: JP2020090531A; JP6996577B2; WO2015170713A1; CN106458825B; KR102342657B1; CN106458825A; TW201625514A; JPWO2015170713A1; JP6702182B2; TWI676615B

Abstract

1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (2) 및 그 산 2 무수물 (3) 을 고선택적, 고수율로 제조하는 방법을 제공한다.
식 (4C) 또는 식 (4M) 으로 나타내는 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물 (5) 로 구성되는 결정 (1) 을 얻는 공정 (a) 및 얻어진 결정 (1) 에 광을 조사하여 고리화 반응을 실시하는 공정 (b) 에 의해, 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (2) 를 제조하고, 이것을 다음 공정 (c) 의 탈수 축합 반응에서, 원료로 사용하여, 그 산 2 무수물 (3) 을 제조한다.
(상기 식 중, R¹ 은 C₁ ∼ C₄ 알킬기, 페닐기 또는 할로겐 원자를 나타낸다.)

Description

1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 및 그 산 2 무수물의 신규의 제조 방법{NOVEL METHOD FOR PRODUCING 1,3-DI-SUBSTITUTED-CYCLOBUTANE-1,2,3,4-TETRACARBOXYLIC ACID AND DIANHYDRIDE OF SAID ACID}

본 발명은, 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 및 그 산 2 무수물을, 고선택적 및 고수율로 얻기 위한 신규의 제조 방법에 관한 것이다.

1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 2 무수물은, 각종 공업 용도의 원료로서 유용하다. 또한, 이러한 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 2 무수물의 원료가 되는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산도 유용한 화합물이다.

특히, 식 (12a) 로 나타내는 1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 2 무수물 및 그 산 2 무수물의 원료가 되는 식 (13a) 로 나타내는 1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산은, 액정 표시 소자나 반도체에 있어서의 보호 재료, 절연 재료, 컬러 필터, 액정 배향막, 광 도파로용 재료 등으로서 널리 사용되고 있는 폴리이미드의 주요한 원료 또는 합성 중간체이다 (특허문헌 1 및 비특허문헌 1 참조).

[화학식 1]

식 (12a) 로 나타내는 1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 2 무수물 및 식 (13a) 로 나타내는 1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산의 구조 상의 특징으로는, 시클로부탄 고리 상의 2 개의 메틸기가 1 위치 및 3 위치에 위치하고, 또한 그 메틸기의 상대 배치가 트랜스인 것을 들 수 있다.

종래, 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 2 무수물의 제조 방법으로는, 이하의 제조 방법이 알려져 있다.

비특허문헌 2 에 의하면, 시트라콘산 무수물 및 광 증감제로서의 벤조페논을 1,4-디옥산에 용해시키고, 그 용액에 광을 조사하여 고리화 반응을 실시하고, 2 개의 메틸기가 시클로부탄 고리 상에 치환되어 있는 디메틸시클로부탄테트라카르복실산 2 무수물을 합성하고 있다. 또한 얻어진 디메틸시클로부탄테트라카르복실산 2 무수물에 대하여 가수 분해 반응을 실시하고, 이어서 메틸에스테르화 반응을 실시함으로써, 디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산테트라메틸에스테르를 합성하고 있다. 그러나, 시클로부탄 고리 상의 메틸기의 위치 및 상대 배치의 결정에는 이르지 않았다.

비특허문헌 3 및 비특허문헌 4 에 의하면, 비특허문헌 2 에 기재된 방법에 따라, 시트라콘산 무수물로부터 디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 2 무수물을 합성한 후, 디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산테트라메틸에스테르를 합성하고 있다. 또한 시클로부탄 고리 상의 메틸기의 위치 및 상대 배치에서 기인하는 4 종류의 디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 2 무수물의 디아스테레오머가 생성될 가능성에 대하여 기재되어 있다.

특허문헌 2 에 의하면, 시트라콘산 무수물 1000 g 을 아세트산에틸에 용해시키고, 그 용액에 광을 조사하여 고리화 반응을 실시하고, 시트라콘산 무수물의 2 량체를 수량 695 g 으로 합성하고 있다. 그러나, 이러한 시트라콘산 무수물의 2 량체에 대하여, 구조 결정 및 디아스테레오머의 생성비에 대해서는 전혀 기재되어 있지 않다.

특허문헌 3 에 의하면, 에틸말레산 무수물을 아세트산에틸에 용해시키고, 그 용액에 광을 조사하여 고리화 반응을 실시함으로써, 1,3-디에틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 1,2 : 3,4-2 무수물과, 1,2-디에틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 1,4 : 2,3-2 무수물의 혼합물이 얻어지는 것이 보고되어 있다. 그 혼합물에 대하여, 용매 증류 제거, 여과, 정석 등의 정제 조작을 실시하고 있지만, 각각의 단리 정제까지는 도달하지 않았다. 또한, 수량과 NMR 에 의해 산출한 수율은 중간 정도이다.

국제 공개 (WO) 2010/092989 팜플렛 일본 공개특허공보 평4-106127호 일본 공개특허공보 2006-347931호

신정 최신 폴리이미드 기초와 응용 (ISBN 978-4-86043-273-7), 2010년, 엔·티·에스 출판, 344 - 354 페이지 Chemische Berichte 1962년, 95권, 1642 - 1647 페이지 Journal of Organic Chemistry 1968년, 33 권, 920 - 921 페이지 Chemische Berichte 1988년, 121 권, 295 - 297 페이지

종래, 시클로부탄 고리가 구축되는 반응시에 그 시클로부탄 고리 상의 치환기의 위치 및 상대 배치를 동시에 제어할 수 있는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 및 그 산 2 무수물의 고선택적인 제조법은 알려져 있지 않다. 그 때문에, 목적 화합물을 얻는 데에 있어서, 정제 조작이 필요하였다. 구체적으로는, 승화에 의한 정제, 대량의 유기 용매를 사용하는 정석, 현탁 세정, 나아가서는 여과 등에 의한 번잡한 정제 조작을 필요로 하기 때문에, 대량의 폐액이나 폐기물이 발생하여, 그린 케미스트리의 관점에서 환경에 다대한 부하를 주어, 생산성이 나쁜 것이 과제였다.

본 발명의 목적은, 각종 공업 용도의 원료로서 유용하고, 원하는 입체 구조로서, 시클로부탄 고리 상의 2 개의 치환기가 1 위치 및 3 위치에 위치하고, 또한 그 치환기의 상대 배치가 트랜스인 것을 동시에 만족하는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 및 그 산 2 무수물을, 고선택적 및 고수율로 얻기 위한 신규의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토를 거듭한 결과, 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물로 구성되는 결정을 생성시키고, 그 결정에 광을 조사하여 고리화 반응을 실시함으로써, 원하는 입체 구조를 갖는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산을 고선택적 및 고수율로 얻어지는 것을 알아냈다. 본 발명은, 이러한 지견에 기초하는 것으로, 하기의 요지를 갖는다.

〔1〕이하의 공정 (a) 및 공정 (b) 를 갖는, 식 (2) 로 나타내는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산의 제조 방법.

[화학식 2]

(R¹ 은, C₁ ∼ C₄ 알킬기, 페닐기 또는 할로겐 원자를 나타낸다.)

공정 (a) : 용매의 존재하 또는 부존재하에서, 식 (4C) 또는 식 (4M) 으로 나타내는 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물 (5) 로 구성되는 결정 (1) 을 제조하는 공정.

[화학식 3]

(R¹ 은 상기와 동일한 의미를 나타낸다.)

공정 (b) : 공정 (a) 에서 얻어진 결정 (1) 에 광을 조사하여 고리화 반응을 실시하는 공정.

〔2〕함질소 유기 화합물 (5) 가, 지방족 아민, 방향족 아민, 아민옥사이드, 아미드, 이미드 또는 함질소 복소 고리형 화합물인 상기〔1〕에 기재된 제조 방법.

〔3〕함질소 유기 화합물 (5) 가, 함질소 복소 고리형 화합물인 상기〔2〕에 기재된 제조 방법.

〔4〕함질소 복소 고리형 화합물이, 니코틴아미드 또는 피리딘인 상기〔3〕에 기재된 제조 방법.

〔5〕공정 (b) 에 있어서, 파장이 290 ㎚ 내지 600 ㎚ 인 광을 조사하는 상기〔1〕내지〔4〕의 어느 하나에 기재된 제조 방법.

〔6〕공정 (b) 에 있어서, 파장이 300 ㎚ 내지 580 ㎚ 인 광을 조사하는 상기〔1〕내지〔4〕의 어느 하나에 기재된 제조 방법.

〔7〕공정 (b) 에 있어서, 광 증감제의 존재하에서 광을 조사하는 상기〔1〕내지〔6〕의 어느 하나에 기재된 제조 방법.

〔8〕식 (4C) 또는 식 (4M) 에 있어서, R¹ 은 메틸기 또는 에틸기를 나타내는 상기〔1〕내지〔7〕의 어느 하나에 기재된 제조 방법.

〔9〕식 (4C) 로 나타내는 화합물을 사용하는 상기〔1〕내지〔8〕의 어느 하나에 기재된 제조 방법.

〔10〕상기〔1〕에 기재된 제조 방법으로 얻어진 식 (2) 로 나타내는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산을 탈수 축합 반응시키는 것에 의한, 식 (3) 으로 나타내는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 2 무수물의 제조 방법.

[화학식 4]

[화학식 5]

(식 중, R¹ 은 상기와 동일한 의미를 나타낸다.)

〔11〕무수 아세트산의 존재하에서 탈수 축합 반응을 실시하는 상기〔10〕에 기재된 제조 방법.

〔12〕Cu-Kα 선에 의한 분말 X 선 회절에 있어서, 회절각 2θ = (12.58 ± 0.2, 15.05 ± 0.2, 16.08 ± 0.2, 17.60 ± 0.2, 19.20 ± 0.2, 21.57 ± 0.2, 23.02 ± 0.2, 24.50 ± 0.2, 26.45 ± 0.2, 27.06 ± 0.2, 28.10 ± 0.2, 32.49 ± 0.2, 35.90 ± 0.2, 36.46 ± 0.2 및 38.43 ± 0.2) 에 피크를 갖는 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정.

〔13〕Cu-Kα 선에 의한 분말 X 선 회절에 있어서, 회절각 2θ = (12.58 ± 0.2, 15.05 ± 0.2, 16.08 ± 0.2, 17.60 ± 0.2, 18.34 ± 0.2, 19.20 ± 0.2, 21.57 ± 0.2, 23.02 ± 0.2, 24.50 ± 0.2, 26.45 ± 0.2, 27.06 ± 0.2, 28.10 ± 0.2, 30.39 ± 0.2, 32.49 ± 0.2, 34.71 ± 0.2, 35.90 ± 0.2, 36.46 ± 0.2 및 38.43 ± 0.2) 에 피크를 갖는 상기〔12〕에 기재된 결정.

본 발명에 의하면, 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물로부터, 결정을 제조하고, 계속해서 그 결정에 광을 조사하여 고리화 반응을 실시함으로써, 원하는 입체 구조를 갖는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 및 그 산 2 무수물을, 고선택적 및 고수율로 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 제조 방법은, 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 및 그 산 2 무수물을 제조할 때에 부생성물이 거의 발생하지 않기 때문에, 원하는 입체 구조를 갖는 화합물을 얻기 위해서 실시하는 정제 조작을 현저하게 경감시킬 수 있는 점에서, 환경 부하를 배려한 공업적 제조법으로서 유용하다.

도 1 은 실시예에서 제조한 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) 의 FT-IR 의 차트이다.
도 2 는 실시예에서 제조한 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) 의 분말 X 선 회절의 차트이다.
도 3 은 실시예에서 제조한 결정 (8) 의 단결정 X 선 구조 해석 결과에 의해, 피리디늄과 시트라콘산아니온의 패킹 구조를 실린더 모델로 단위 격자와 함께 나타낸 도면이다.
도 4 는 실시예에서 제조한 결정 (8) 의 단결정 X 선 구조 해석 결과에 의해, 시트라콘산아니온끼리의 배치만을 오르텝도로 나타낸 도면이다.
도 5 는 실시예에서 제조한 화합물 (13a) 의 단결정 X 선 구조 해석 결과로부터, 화합물 (13a) 의 분자 구조를 오르텝도로 나타낸 도면이다.
도 6 은 실시예에서 제조한 화합물 (12a) 의 단결정 X 선 구조 해석 결과로부터, 화합물 (12a) 의 분자 구조를 오르텝도로 나타낸 도면이다.
도 7 은 실시예 9 에서 사용한 플로우 리엑터의 개략도이다.
도 8 은 실시예 9 에서 사용한 플로우 리엑터 중의 이중관 구조를 가지는 T 자형 믹서 (믹서2) 의 단면도이다.

본 명세서에 있어서, 하기의 기호는, 각각 하기의 의미를 나타낸다.

「n-」 는 노르말을 나타내고, 「s-」 는 세컨더리를 나타내고, 「t-」 는 터셔리를 나타내고, 「o-」 는 오르토를 나타내고, 「m-」 는 메타를 나타내고, 「p-」 는 파라를 나타낸다. 또한, 「trans」, 「cis」 는, 고리형 화합물의 치환기의 상대적인 배치를 나타내고, 해당하는 치환기가 고리 평면의 반대측에 있는 것은 트랜스 (trans), 동일한 측에 있는 것은 시스 (cis) 라고 표시한다. 또한, (E) 및 (Z) 는, 이중 결합으로 연결된 분자의 평면 부분 내에서 이중 결합을 만드는 원자에 결합한 기 중 순위칙 상위의 것이 반대측에 나와 있는 경우에는 (E) 로 하고, 동일한 측에 나와 있는 경우에는 (Z) 로 하는 입체 화학을 표시한다.

「Me」 의 표기는 메틸기를 의미한다. C_a ∼ C_b 알킬기는, 탄소 원자수가 a 내지 b 개로 이루어지는 직사슬형 또는 분기 사슬형의 지방족 탄화수소로부터 수소 1 원자가 제거되어 발생하는 1 가의 기를 나타낸다. 예를 들어, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, s-부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, t-펜틸기, 1,1-디메틸프로필기, n-헥실기, 이소헥실기 등을 구체예로서 들 수 있다.

할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등을 들 수 있다. 또한, 할로의 표기도 이들 할로겐 원자를 나타낸다.

이하에, 본 발명에 있어서의, 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 및 그 산 2 무수물의 제조 방법인, 공정 (a) 내지 공정 (c) 에 대하여 설명한다.

공정 (a) : 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물로 구성되는 결정의 제조

본 공정에서는, 식 (4C) 또는 식 (4M) 으로 나타내는 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물 (5) 로 구성되는 결정 (1) 을 얻는다. 식 중, R¹ 은, C₁ ∼ C₄ 알킬기, 페닐기 또는 할로겐 원자를 나타내지만, 그 중에서도, R¹ 은, 메틸기, 에틸기, 또는 페닐기인 경우가 바람직하고, 메틸기, 또는 에틸기인 경우가 더욱 바람직하다.

[화학식 6]

본 명세서에 있어서의, 식 (4C) 또는 식 (4M) 으로 나타내는 에틸렌디카르복실산 유도체 및 함질소 유기 화합물 (5) 로 구성되는 결정 (1) 은, 실온에서 고체이고, 특징 있는 분말 X 선 회절 피크를 갖고, 일정한 화학량론비로 2 종류 이상의 화합물로 구성되는 결정이다. 이러한 결정 (1) 중에서는, 구성 요소인 2 종류 이상의 화합물이, 분자 또는 이온으로서, 삼차원으로 주기적으로 배열된 구조를 가지고 있다. 또한, 결정 (1) 은, 2 종류 이상의 성분으로 구성되어 있는 점에서, 소위 다성분 결정이라고도 할 수 있다. 여기서, 실온이란, 1 ℃ 내지 40 ℃ 이다.

한편, 이러한 결정 (1) 에 있어서, 결정 표면 등에서 주기적인 배열이 붕괴되어 있는 부분이나, 에틸렌디카르복실산 유도체 및 함질소 유기 화합물이 분자 또는 이온으로서 주기 구조를 취하지 않고 집합되어 있는 부분이 존재하는 경우가 있다. 단, 부분적으로 삼차원의 주기적인 배열이 결손된 구조를 가지고 있으면서도, 상기의 삼차원으로 주기적으로 배열된 구조를 포함하는 결정은, 광을 조사하여 고리화 반응을 실시함으로써, 원하는 입체 구조를 갖는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산을 고선택적으로 제조할 수 있는 경우에는, 본 발명의 결정 (1) 에 포함된다.

본 발명에서는, 공정 (a) 에 있어서의 에틸렌디카르복실산 유도체 및 함질소 유기 화합물로 구성되는 결정 (1) 의 구조가, 계속되는 공정 (b) 에 있어서의 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산, 또한 공정 (c) 에 있어서의 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 2 무수물의 입체 선택성의 결정 요인이 되기 때문에, 결정 (1) 중의 에틸렌디카르복실산 유도체의 분자의 배향이 중요하다. 본 발명에 있어서의 바람직한 결정 (1) 은, 다음 공정인 공정 (b) 의 광 고리화 반응에 있어서, 2 개의 메틸기가 1 위치 및 3 위치에 위치하고, 또한 그 메틸기의 상대 배치가 트랜스가 되는 시클로부탄 고리가 구축되도록, 2 개의 에틸렌디카르복실산 유도체가 배향되어 있다.

본 발명에 사용하는 에틸렌디카르복실산 유도체의 어느 것은 공지된 화합물이며, 일부는 시판품으로서 입수할 수 있다. 예를 들어 시트라콘산은 토쿄 화성 공업사, Aldrich 사 등으로부터 입수할 수 있다. 또한, 페닐말레산은 히드라스 화학사로부터 입수할 수 있다. 또한, 메사콘산은 토쿄 화성 공업사, Aldrich 사 등으로부터 입수할 수 있다.

또한, 본 발명에 사용하는 에틸렌디카르복실산 유도체의 일부는, 문헌에 기재된 공지된 방법에 준하여 합성할 수 있다. 예를 들어, 2-이소프로필말레산은 Synthetic Communications, 2013년, 43(10) 권, 1455 - 1459 페이지 등을 참조하여 합성할 수 있고, 페닐푸마르산은 Journal of the American Chemical Society, 1954년, 76 권, 1872 - 1873 페이지 등을 참조하여 합성할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 식 (4C) 로 나타내는 에틸렌디카르복실산 유도체의 구체예로는, 예를 들어, 시트라콘산, 2-에틸말레산, 2-이소프로필말레산, 2-프로필말레산, 2-n-부틸말레산, 2-이소부틸말레산, 2-(t-부틸)말레산, 2-페닐말레산, 2-플루오로말레산, 2-클로로말레산, 2-브로모말레산, 2-요오드말레산 등을 들 수 있다.

그 중에서도, 시트라콘산, 2-에틸말레산, 2-이소프로필말레산, 또는 2-페닐말레산이 바람직하고, 시트라콘산, 또는 2-에틸말레산이 특히 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 식 (4M) 으로 나타내는 에틸렌디카르복실산 유도체의 구체예로는, 예를 들어, 메사콘산, 2-에틸푸마르산, 2-이소프로필푸마르산, 2-프로필푸마르산, 2-n-부틸푸마르산, 2-이소부틸푸마르산, 2-(t-부틸)푸마르산, 2-페닐푸마르산, 2-플루오로푸마르산, 2-클로로푸마르산, 2-브로모푸마르산, 2-요오드푸마르산 등을 들 수 있다.

그 중에서도, 메사콘산, 2-에틸푸마르산, 2-페닐푸마르산, 또는 2-플루오로푸마르산이 바람직하고, 메사콘산, 또는 2-에틸푸마르산이 특히 바람직하다.

함질소 유기 화합물 (5) 로는, 다양한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 결정 (1) 을 생성시킬 때에, 결정 구조 중에서 산성인 식 (4C) 또는 식 (4M) 으로 나타내는 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물 (5) 사이에서 프로톤 이동함으로써, 형성되는 이온 결합을 통해서 결정이 생성되는 예를 들 수 있다. 이 때문에, 산성인 에틸렌디카르복실산 유도체와 중화 반응할 수 있는 것과 같은 염기성을 갖는, 많은 함질소 유기 화합물을 사용할 수 있다.

또한, 결정 (1) 을 생성시킬 때에, 에틸렌디카르복실산 유도체와 수소 결합이나 반데르발스력 등의 분자간 상호 작용을 형성할 수 있는 치환기나 부분 골격을 갖는, 많은 함질소 유기 화합물을 사용할 수 있다. 그 치환기로는, 아미노기, 아미드기, 이미노기, 에테르기, 하이드록실기, 카르보닐기, 카르복실기 등을 들 수 있고, 그 부분 골격으로는, 피롤계 골격, 피롤린계 골격, 피롤리딘계 골격, 인돌계 골격, 인돌린계 골격, 이소인돌계 골격, 이미다졸린계 골격, 이미다졸리딘계 골격, 피리딘계 골격, 피페리딘계 골격, 퀴놀린계 골격, 아크리딘계 골격, 트리아진계 골격 등을 들 수 있다.

본 발명에서는, 다음의 공정 (b) 에 있어서, 식 (4C) 또는 식 (4M) 으로 나타내는 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물 (5) 로 구성되는 결정 (1) 중의 에틸렌디카르복실산 유도체의 이중 결합에 대하여, 광의 조사에 의한 고리화 반응이 실시되기 때문에, 함질소 유기 화합물로는, 광 고리화 반응의 진행을 저해하지 않는 것이 바람직하다. 이 때문에, 에틸렌디카르복실산 유도체와 반응하여 부생성물을 부여하지 않는 화합물, 목적 화합물이 생성되기 전에 결정 (1) 이 무너지는 것과 같은 이성화 반응 등이 잘 진행되지 않는 구조를 갖는 화합물, 광 조사에 내성이 있는 구조를 갖는 화합물 등이 바람직하다. 이러한 함질소 유기 화합물의 바람직한 예로서, 지방족 아민, 방향족 아민, 아민옥사이드, 아미드, 이미드, 함질소 복소 고리형 화합물 등을 들 수 있다.

상기 지방족 아민으로는, 메틸아민, 에틸아민, 이소프로필아민, 부틸아민, 이소부틸아민, s-부틸아민, t-부틸아민, 펜틸아민, 이소펜틸아민, 2-펜탄아민, t-펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 2-옥탄아민, 2-에틸헥실아민, 노닐아민, 데실아민, 벤질아민, 페네틸아민, α-메틸벤질아민, 메스칼린, 도파민, 디프로필아민, 디이소프로필아민, N-메틸에틸아민, N-에틸이소부틸아민, 디부틸아민, 디이소부틸아민, 디벤질아민, N,N-디메틸프로필아민, 트리프로필아민, N-에틸-N-메틸부틸아민, 트리부틸아민, N,N-디메틸벤질아민, N,N-디에틸벤질아민, 트리벤질아민, 시클로프로필아민, 시클로부틸아민, 시클로헥실아민, 디시클로헥실아민, N,N-디메틸시클로헥실아민, 시클로헥산-1β,2β-디아민, (1R,2R)-1,2-시클로헥산디아민, (1S,2S)-1,2-시클로헥산디아민 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 메틸아민, 에틸아민, 시클로헥산-1β,2β-디아민, (1R,2R)-1,2-시클로헥산디아민, 또는 (1S,2S)-1,2-시클로헥산디아민이 바람직하다.

상기 방향족 아민으로는, o-톨루이딘, m-톨루이딘, p-톨루이딘, o-에틸아닐린, m-에틸아닐린, p-에틸아닐린, p-이소프로필아닐린, p-t-펜틸아닐린, 크실리딘, 2,3-크실리딘, 2,4-크실리딘, 2,6-크실리딘, 3,4-크실리딘, 3,5-크실리딘, 티밀아민, 2,4,5-트리메틸아닐린, 2,4,6-트리메틸아닐린, 펜타메틸아닐린, 1-나프틸아민, 2-나프틸아민, 1-안트릴아민, 2-안트릴아민, 9-안트릴아민, N-부틸아닐린, N-이소펜틸아닐린, N-벤질아닐린, N-벤질-N-에틸아닐린, N,N-디페닐벤질아민, N-메틸-o-톨루이딘, N-메틸-p-톨루이딘, N,N-디메틸아닐린, N,N-디에틸아닐린, N,N-디부틸아닐린, N,N-디펜틸아닐린, N,N-메틸-o-톨루이딘, N,N-메틸-m-톨루이딘, N,N-메틸-p-톨루이딘, 디페닐아민, 디-p-톨릴아민, N-메틸디페닐아민, N-에틸디페닐아민, 트리페닐아민, N,N-디벤질아닐린, N-벤질-N-에틸아닐린, o-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민 등을 들 수 있다. 그 중에서도, o-톨루이딘, m-톨루이딘, p-톨루이딘, o-에틸아닐린, m-에틸아닐린, 또는 p-에틸아닐린이 바람직하다.

상기 아민옥사이드로는, 트리메틸아민옥사이드, 피리딘 1-옥사이드, 2,2'-비피리딘 1,1'-디옥사이드, 4,4'-디메틸-2,2'-비피리딘 1,1'-디옥사이드, 3,3'-디메틸-2,2'-비피리딘 1,1'-디옥사이드 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 트리메틸아민옥사이드, 피리딘 1-옥사이드, 또는 3,3'-디메틸-2,2'-비피리딘 1,1'-디옥사이드가 바람직하다.

상기 아미드로는, 포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디이소프로필포름아미드, 아세트아미드, N-에틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-클로로아세트아미드, N-브로모아세트아미드, 디아세트아미드, 트리아세트아미드, 프로피온아미드, 부틸아미드, 이소부틸아미드, 발레르아미드, 이소발레르아미드, 카프론아미드, 헵탄아미드, 옥탄아미드, 아크릴아미드, 클로로아세트아미드, 디클로로아세트아미드, 트리클로로아세트아미드, 글리콜아미드, 락트아미드, 피루빈아미드, 시아노아세트아미드, 풀미누르산, 옥사미드, 말론아미드, 숙신산아미드, 아디포아미드, L-말아미드, (R,R)-타르타르아미드 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디이소프로필포름아미드, 또는 아세트아미드가 바람직하다.

상기 이미드로는, 숙신산이미드, N-브로모숙신이미드, N-클로로숙신이미드 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 숙신산이미드가 바람직하다.

상기 함질소 복소 고리형 화합물로는, 피롤계 화합물, 피롤린계 화합물, 피롤리딘계 화합물, 인돌계 화합물, 인돌린계 화합물, 이소인돌계 화합물, 카르바졸계 화합물, 디아졸계 화합물, 이미다졸린계 화합물, 이미다졸리딘계 화합물, 피리딘계 화합물, 피리딘의 치환 유도체, 피페리딘계 화합물, 퀴놀린계 화합물, 하이드로퀴놀린계 화합물, 이소퀴놀린계 화합물, 아크리딘계 화합물, 페난트리딘계 화합물, 디아진계 화합물, 술파디아진계 화합물, 하이드로피리미딘계 화합물, 피페라진계 화합물, 벤조디아진계 화합물, 트리아졸계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물, 트리아진계 화합물, 퓨린, 하이포크산틴, 크산틴, 테오프로민, 테오필린, 카페인, 요산, 아데닌, 구아닌, 3-메틸요산, 7-메틸요산 등을 들 수 있다.

상기 피롤계 화합물로는, 피롤, 메틸피롤, 디메틸피롤, 3-에틸-4 메틸피롤, 에틸디메틸피롤, 3-에틸-2,4,5-트리메틸피롤, 2,3,4,5-테트라메틸피롤, 아세틸피롤 등을 들 수 있다. 상기 피롤린계 화합물로는, 피롤린 등을 들 수 있다. 상기 피롤리딘계 화합물로는, 피롤리딘 등을 들 수 있다. 상기 인돌계 화합물로는, 인돌, 인돌레닌, 메틸인돌, 2,3-디메틸인돌, 2-페닐인돌 등을 들 수 있다. 상기 인돌린계 화합물로는, 인돌린, 이사틴, O-메틸이사틴, N-메틸이사틴, 2-클로로-3-인돌론 등을 들 수 있다.

상기 이소인돌계 화합물로는, 이소인돌, 이소인돌린, 프탈이미딘 등을 들 수 있다. 상기 카르바졸계 화합물로는, 카르바졸, 인디고, 류코 인디고, 인디루빈 등을 들 수 있다. 상기 디아졸계 화합물로는, 피라졸, 3,5-디메틸피라졸, 2-피라졸린, 피라졸리딘, 피라졸론, 3-메틸-1-페닐-5-피라졸론, 2,3-디메틸-1-페닐-5-피라졸론, 아미노피린, 인다졸 등을 들 수 있다. 상기 이미다졸린계 화합물로는, 이미다졸린, 아마린, 나파졸린 등을 들 수 있다. 상기 이미다졸리딘계 화합물로는, 에틸렌우레아, 히단토인, 1-메틸히단토인, 5-메틸히단토인, 디페닐히단토인, 크레아티닌 등을 들 수 있다.

상기 피리딘계 화합물로는, 피리딘, 2-메틸피리딘, 3-메틸피리딘, 4-메틸피리딘, 2-에틸피리딘, 3-에틸피리딘, 4-에틸피리딘, 2-프로필피리딘, 2,3-디메틸피리딘, 2,4-디메틸피리딘, 2,5-디메틸피리딘, 2,6-디메틸피리딘, 3,4-디메틸피리딘, 3,5-디메틸피리딘, 4-에틸-2-메틸피리딘, 3-에틸-4-메틸피리딘, 5-에틸-2-메틸피리딘, 6-에틸-2-메틸피리딘, 2,4,6-트리메틸피리딘, 2,3,4-트리메틸피리딘, 4-에틸-2,6-디메틸피리딘, 2-페닐피리딘, 3-페닐피리딘, 4-페닐피리딘, 2-벤질피리딘, 3-벤질피리딘, 4-벤질피리딘, 2,2'-비피리딜, 3,3'-비피리딜, 4,4'-비피리딜 등을 들 수 있다.

상기 피리딘의 치환 유도체로는, 2-클로로피리딘, 3-클로로피리딘, 4-클로로피리딘, 2-피리돈, 3-피리디놀, 4-피리돈, 2-메톡시피리딘, 3-메톡시피리딘, 4-메톡시피리딘, 2-피리딘카르발데히드, 3-피리딘카르발데히드, 4-피리딘카르발데히드, 2-아세틸피리딘, 3-아세틸피리딘, 4-아세틸피리딘, 2-에톡시피리딘 1-옥사이드, 2-피리딘카르복실산, 니코틴산, 이소니코틴산, 니코틴아미드, 니케트아미드, 이소니코틴산히드라지드, 2-에틸이소니코틴티오아미드, 2,3-피리딘디카르복실산, 2,4-피리딘디카르복실산, 2,5-피리딘디카르복실산, 2,6-피리딘디카르복실산, 3,4-피리딘디카르복실산, 3,5-피리딘디카르복실산, 3-니트로피리딘, 2-피리딜아민, 3-피리딜아민, 4-피리딜아민, N,N-디메틸-4-피리딜아민 등을 들 수 있다.

상기 피페리딘계 화합물로는, 피페리딘, 2-메틸피페리딘, 코이닌, 3-메틸피페리딘, 4-메틸피페리딘, N-메틸피페리딘, 1-페닐피페리딘, 2,6-디메틸피페리딘, N-벤조일피페리딘, 4-피페리돈 등을 들 수 있다. 상기 퀴놀린계 화합물로는, 퀴놀린, 2-메틸퀴놀린, 3-메틸퀴놀린, 4-메틸퀴놀린, 6-메틸퀴놀린, 8-메틸퀴놀린, 2,3-디메틸퀴놀린, 2,4-디메틸퀴놀린, 2,6-디메틸퀴놀린, 2-페닐퀴놀린, 6-페닐퀴놀린, 8-페닐퀴놀린, 2-클로로퀴놀린, 2-퀴놀론, 4-퀴놀론, 5-퀴놀리놀, 6-퀴놀리놀, 7-퀴놀리놀, 8-퀴놀리놀, α-나프토퀴놀린, β-나프토퀴놀린, 2-메틸-4-퀴놀리놀, 4-메틸-2-퀴놀리놀, 6-메톡시퀴놀린, 2,4-퀴놀린디올, 2-퀴놀린카르복실산, 3-퀴놀린카르복실산, 4-퀴놀린카르복실산, 5-퀴놀린카르복실산, 5-니트로퀴놀린, 6-니트로퀴놀린, 7-니트로퀴놀린, 8-니트로퀴놀린, 2-퀴놀릴아민, 3-퀴놀릴아민, 4-퀴놀릴아민, 플라바닐린, 2,2'-비퀴놀릴, 3,3'-비퀴놀릴, 5,5'-비퀴놀릴, 6,6'-비퀴놀릴, 2,3'-비퀴놀릴 등을 들 수 있다.

상기 하이드로퀴놀린계 화합물로는, 1,2,3,4-테트라하이드로퀴놀린, 1-메틸-1,2,3,4-테트라하이드로퀴놀린, 6-메톡시-1,2,3,4-테트라하이드로퀴놀린, 3,4-디하이드로-2-퀴놀리논, cis-데카하이드로퀴놀린 등을 들 수 있다. 상기 이소퀴놀린계 화합물로는, 이소퀴놀린, 1-메틸이소퀴놀린, 1-이소퀴놀리논, 1,2,3,4-테트라하이드로이소퀴놀리논, 1-벤질이소퀴놀린 등을 들 수 있다. 상기 아크리딘계 화합물로는, 아크리딘, 2-메틸아크리딘, 3-메틸아크리딘, 9-메틸아크리딘, 9-페닐아크리딘, 3-아미노-9-(p-아미노페닐)아크리딘, 3,6-디아미노-10-메틸아크리디늄클로라이드, 아크리단, 아크리돈, 아크릴 등을 들 수 있다.

상기 페난트리딘계 화합물로는, 페난트리딘, 벤조[f]퀴놀린, 벤조[g]퀴놀린, 벤조[h]퀴놀린, 벤조[g]이소퀴놀린, 1,10-페난트롤린, 2,9-디메틸-1,10-페난트롤린, 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린, 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 등을 들 수 있다. 상기 디아진계 화합물로는, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 2,5-디메틸피라진, 테트라페닐피라진 등을 들 수 있다.

상기 술파디아진계 화합물로는, 술파디아진, 술파디메톡신, 술파페나졸, 술파메티졸, 술파메톡시피리다진, 술파이소옥사졸, 술피소미딘 등을 들 수 있다. 상기 하이드로피리미딘계 화합물로는, 우라실, 티민, 프리미돈, 2-티오우라실, 사이토신, 바르비투르산, 5,5-디에틸바르비투르산, 5,5-디프로필바르비투르산, 알로바르비탈, 5-에틸-5-페닐바르비투르산, 시클로바르비탈, 헥소바르비탈, 디알루르산, 딜리투르산, 우라밀, 아모바르비탈, 비올루르산, 알록산, 알록산틴, 푸르푸르산, 뮤렉사이드, 아말산 등을 들 수 있다. 상기 피페라진계 화합물로는, 피페라진, 2,5-디메틸피페라진, 2,5-피페라진디온 등을 들 수 있다. 상기 벤조디아진계 화합물로는, 신놀린, 프탈라진, 퀴나졸린, 퀴녹살린 등을 들 수 있다. 상기 트리아졸계 화합물로는, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 4-아미노-1,2,4-트리아졸 등을 들 수 있다.

상기 벤조트리아졸계 화합물로는, 벤조트리아졸, 5-메틸벤조트리아졸 등을 들 수 있다. 상기 트리아진계 화합물로는, 1,2,3-트리아진, 4-메틸-1,2,3-트리아진, 4,6-디메틸-1,2,3-트리아진, 4,5,6-트리메틸-1,2,3-트리아진, 1,2,3-벤조트리아진, 4-메틸-1,2,3-벤조트리아진, 1,3,5-트리아진, 염화시아누르, 시아누르산, 시아누르산트리메틸, 이소시아누르산메틸, 이소시아누르산에틸, 멜라닌, 암멜린, 암멜리드 등을 들 수 있다.

본 발명에서, 바람직한 함질소 복소 고리형 화합물로는, 피리딘계 화합물, 피리딘의 치환 유도체를 들 수 있다. 바람직한 피리딘계 화합물로는, 피리딘, 2,3-디메틸피리딘, 3,5-디메틸피리딘을 들 수 있고, 보다 바람직한 피리딘계 화합물로는, 피리딘을 들 수 있다. 바람직한 피리딘의 치환 유도체로는, 니코틴산, 이소니코틴산, 니코틴아미드, 니케트아미드를 들 수 있고, 보다 바람직한 피리딘의 치환 유도체로는, 니코틴아미드를 들 수 있다.

상기한 함질소 유기 화합물은 단독으로 사용해도 되고, 이들 중 2 종류 이상을 조합하여 사용해도 된다.

본 발명에 있어서, 식 (4C) 또는 식 (4M) 으로 나타내는 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물 (5) 로 구성되는 결정 (1) 은, 양자를 혼합하여 충분히 접촉시킴으로써 제조할 수 있다. 결정 (1) 을 제조할 때의 함질소 유기 화합물의 사용량은, 에틸렌디카르복실산 유도체의 1 당량에 대하여, 함질소 유기 화합물은, 0.1 ∼ 50 당량이 바람직하고, 0.2 ∼ 15 당량이 보다 바람직하고, 0.5 ∼ 3 당량이 특히 바람직하다.

특히 함질소 유기 화합물이 액체인 경우에는, 에틸렌디카르복실산 유도체에 대하여, 용매로서 사용할 수도 있고, 에틸렌디카르복실산 유도체가 액체인 경우에는, 함질소 유기 화합물에 대하여, 용매로서 사용할 수도 있다.

결정 (1) 을 제조할 때의 온도는 특별히 한정되지 않지만, -78 ℃ 로부터 반응 혼합물의 환류 온도까지 임의로 설정할 수 있다. 그 중에서도, -30 ∼ 70 ℃ 가 바람직하고, -20 ∼ 40 ℃ 가 보다 바람직하다.

결정 (1) 을 제조할 때의 압력은, 가압, 상압, 또는 감압 중 어느 것이어도 되지만, 0.5 ∼ 10 atm 이 바람직하고, 0.9 ∼ 2 atm 이 보다 바람직하다.

결정 (1) 을 제조할 때의 식 (4C) 또는 식 (4M) 으로 나타내는 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물 (5) 를 혼합하는 방법은, 양자를 직접적으로 혼합하는 방법, 용매를 사용하여 혼합하는 방법 등을 사용할 수 있다.

양자를 직접적으로 혼합하는 방법으로는, 날화 (捏和) 법, 혼합 분쇄법 등을 사용할 수 있다. 날화법은, 일방이 고체이고, 타방이 액체인 경우의 혼합에 적용할 수 있고, 소량의 경우에는 유발, 대량의 경우에는 날화기, 유기 합성용의 반응 용기, 교반기 등을 사용할 수 있다.

에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물 모두 고체인 경우, 혼합 분쇄법을 적용할 수 있고, 소량의 경우에는 유발, 대량의 경우에는 분쇄기 등을 사용할 수 있다. 날화법 또는 혼합 분쇄법에서의 혼합 시, 중화 반응 등에 의한 발열을 수반하는 경우가 있기 때문에, 유발, 반응 용기 등을 냉각시키면서 실시할 수도 있다.

에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물을 용매를 사용하여 혼합하는 방법으로는, 용매를 사용한 온도 제어법, 용매 증발법, 용매 증류 제거법, 빈 (貧) 용매 첨가법, 용액-용액 혼합법, 현탁액-용액 혼합법, 현탁액-현탁액 혼합법 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들의 혼합시, 용해나 중화 반응 등에 의한 발열을 수반하는 경우가 있기 때문에, 반응 용기 등을 냉각시키면서 실시할 수도 있다.

상기의 용매를 사용한 온도 제어법에 의한 결정 (1) 의 제조 방법은, 먼저, 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물의 반응 혼합물을 용매에 용해시켜 두고, 고온과 저온의 용해도의 차를 이용하여 결정을 얻는 방법이다.

상기의 용매를 사용한 용매 증발법 또는 용매 증류 제거법에 의한 결정 (1) 의 제조 방법은, 먼저, 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물의 반응 혼합물을 용매에 용해시켜 두고, 용매를 증발 또는 증류 제거시키는 방법으로, 천천히 증발시킨 경우, 양호한 결정이 얻어지는 경우가 많다. 용매를 증류 제거하는 경우에는, 로터리 이배퍼레이터 등을 사용할 수 있다. 1 종류의 용매로부터는 양호하게 결정화할 수 없을 때에는 혼합 용매를 사용할 수도 있다.

용매를 사용한 빈용매 첨가법에 의한 결정 (1) 의 제조 방법은, 먼저, 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물의 반응 혼합물을 용매에 용해시켜 두고, 빈용매를 첨가함으로써, 결정을 얻는 방법이다. 사용하는 용매에 따라, 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물의 반응 혼합물의 일부가 용해되지 않고, 액체 중에 고체 입자가 분산되어 있는 슬러리가 되는 경우가 있다.

용매를 사용한 용액 및 현탁액에 의한 결정 (1) 의 제조 방법에 대하여, 이하에 설명한다. 먼저, 에틸렌디카르복실산 유도체를 용매에 용해시킨 용액 A 를 조제한다. 동일하게 함질소 유기 화합물의 용액 B 를 조제한다. 또한, 에틸렌디카르복실산 유도체를 용매에 현탁시킨 현탁액 A 를 조제하고, 동일하게 함질소 유기 화합물의 현탁액 B 를 조제한다. 상기의 용액과 현탁액으로부터, 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물의 용액 또는 현탁액을 각각 선택하여 혼합함으로써 결정을 얻는 방법이다. 이하에 기재하는 바와 같이, 혼합은 액을 동시에 적하하는 방법, 순서대로 적하하는 방법, 또는 순서를 반대로 하여 적하하는 방법 등이 있다. 그 때의 사용하는 용매는, 1 종류뿐만 아니라, 복수의 용매를 혼합한 용매도 이용할 수 있다.

에틸렌디카르복실산 유도체의 용액 A 및 현탁액 A 의 농도는, 결정 (1) 이 생성되는 반응을 저해하지 않는 한 특별히 제한은 없지만, 0.01 ∼ 100 ㏖/ℓ 가 바람직하고, 0.05 ∼ 10 ㏖/ℓ 가 보다 바람직하고, 0.2 ∼ 3 ㏖/ℓ 가 특히 바람직하다.

함질소 유기 화합물의 용액 B 및 현탁액 B 의 농도는, 결정 (1) 이 생성되는 반응을 저해하지 않는 한 특별히 제한은 없지만, 0.01 ∼ 100 ㏖/ℓ 가 바람직하고, 0.05 ∼ 10 ㏖/ℓ 가 보다 바람직하고, 0.2 ∼ 3 ㏖/ℓ 가 특히 바람직하다.

용액-용액 혼합법은, 상기의 용액 A 와 용액 B 를 혼합함으로써 결정 (1) 을 얻는 방법이다. 그 때의 혼합은, 용액 A 와 용액 B 를 동시에 적하하는 방법을 동시 적하라고 하고, 용액 A 를 용액 B 에 적하하는 방법을 순적하라고 하고, 용액 B 를 용액 A 에 적하하는 방법을 역적하라고 한다.

현탁액-용액 혼합법은, 상기의 용액 A 와 현탁액 B 를 혼합하거나, 또는 현탁액 A 와 용액 B 를 혼합함으로써 결정 (1) 을 얻는 방법이다. 그 때의 혼합은, 동시 적하, 순적하 또는 역적하에서 선택할 수 있다.

현탁액-현탁액 혼합법은, 상기의 현탁액 A 와 현탁액 B 를 혼합함으로써 결정 (1) 을 얻는 방법이다. 그 때의 혼합은, 동시 적하, 순적하 또는 역적하에서 선택할 수 있다.

본 발명에서는, 상기의 방법을 임의의 순서로 조합하여 실시할 수도 있다. 예를 들어, 이 빈용매 첨가법에, 용매 증류 제거법이나 용매를 사용한 온도 제어법을 임의의 순서로 조합하여 실시할 수도 있고, 결정 (1) 을 제조하는 조건을 구축할 수 있다.

용매를 사용한 결정 (1) 의 제조 방법에 있어서, 용액 또는 현탁액의 교반 효율은 높은 것이 바람직하다. 그 때에 사용할 수 있는 교반 장치에 대하여 이하에 설명하지만, 하기 기재에 한정되는 것은 아니다. 장치로는 날화기, 유기 합성용의 반응 용기, 교반기, 초음파 발생기, 플로우 리엑터의 혼합기 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 마그네틱 스터러바와 마그네틱 스터러에 의한 교반, 교반 날개에 의한 교반, 불활성 가스의 버블링에 의한 교반, 원심식 교반체에 의한 교반, 반응 용기 중에 배치할 수 있는 배플 등을 들 수 있다. 교반 날개에 대해서는, 프로펠러 날개, 패들 날개, 맥스 블렌드 날개 (등록상표), 디스크 터빈 날개, 풀 존 날개 (등록상표) 등을 들 수 있고, 맥스 블렌드 날개 (등록상표), 디스크 터빈 날개, 또는 풀 존 날개 (등록상표) 가 바람직하다.

공정 (a) 에서 제조되는 결정 (1) 은, 그것의 성상에 따라 다르기도 하지만, 여과 등에 의해 단리할 수도 있고, 단리하지 않고, 계속되는 공정 (b) 에 있어서의 광을 조사하는 고리화 반응을 연속해서 실시할 수도 있다. 본 명세서에서는, 후자를 공정 (a) 및 공정 (b) 의 연속화라고 부른다.

상기의 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물을 용매를 사용하여 혼합하는 방법에서 사용하는 용매는, 결정 (1) 이 생성되는 반응을 저해하지 않는 것이면 특별히 제한은 없다. 이러한 혼합시에 사용하는 용매로는, 예를 들어, 톨루엔, o-자일렌 등의 방향족 탄화수소계 용매, 헥산, 헵탄, 석유 에테르 등의 지방족 탄화수소계 용매, 시클로헥산 등의 지환식 탄화수소계 용매, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠 등의 방향족 할로겐화탄화수소계 용매, 디클로로메탄, 클로로포름, 사염화탄소, 1,2-디클로로에탄, 1,1,1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌 등의 지방족 할로겐화탄화수소계 용매, 디에틸에테르, 디이소프로필에테르, 1,2-디메톡시에탄, 테트라하이드로푸란, 1,4-디옥산, 시클로펜틸메틸에테르 등의 에테르계 용매, 트리에틸아민, 트리부틸아민, N,N-디메틸아닐린 등의 아민계 용매, 피리딘, 피콜린 등의 피리딘계 용매, 아세트산에틸, 아세트산 n-부틸, 프로피온산에틸 등의 에스테르계 용매, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 2-프로판올, 에틸렌글리콜 등의 알코올계 용매, 아세톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤계 용매, 탄산디메틸, 탄산디에틸 등의 탄산에스테르계 용매, 아세토니트릴, 디메틸술폭시드, 술포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 에틸렌글리콜디아세테이트, 아세트산, 물 등을 들 수 있다.

그 중에서도, 바람직한 용매로는, 톨루엔, o-자일렌, 헥산, 헵탄, 석유 에테르, o-디클로로벤젠, 디클로로메탄, 디에틸에테르, 테트라하이드로푸란, 1,4-디옥산, 피리딘, 아세트산에틸, 아세트산 n-부틸, 메탄올, 에탄올, 2-프로판올, 아세톤, 메틸이소부틸케톤, 탄산디메틸, 탄산디에틸, 아세토니트릴, 에틸렌글리콜디아세테이트, 또는 아세트산을 들 수 있다. 더욱 바람직한 용매로는, 헥산, 헵탄, 테트라하이드로푸란, 피리딘, 아세트산에틸, 아세트산 n-부틸, 메탄올, 에탄올, 탄산디메틸, 또는 아세트산을 들 수 있다. 이들 용매는 단독으로도, 2 종류 이상을 혼합하여 사용해도 된다.

공정 (a) 에서 제조되는 결정 (1) 의 대표적인 예로서, 후기하는 실시예 1 에서 얻어지는, 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) 에 대하여, Cu-Kα 방사선을 사용하는 분말 X 선 회절에 있어서 피크치를 나타내는 회절각 2θ 의 값 (단순히 피크치라고도 한다) 을〔표 1〕에 나타낸다.

〔표 1〕에 기재한 결정 (8) 의 피크치는, 이하의 실시예 1 에 기재된 방법에 준하여 얻어진 3 개의 로트의 결정 (8) 의 피크치의 평균치이다.

또한, 분말 X 선 회절의 어느 피크도 통상적으로 ±0.2 의 오차를 갖는다. 이 오차치를 고려한 결정 (8) 의 피크치를〔표 2〕에 나타낸다.

다음으로, 결정 (8) 의 분말 X 선 회절 피크 중, 특히 특징적인 피크치를〔표 3〕에 나타낸다.

오차치를 고려한 결정 (8) 의 특징적인 피크치를〔표 4〕에 나타낸다.

공정 (b) : 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물로 구성되는 결정 (1) 에 광을 조사하여 고리화 반응을 실시하는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산의 제조

[화학식 7]

본 공정 (b) 에서는, 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물로 이루어지는 결정 (1) 에 광을 조사하고, 결정 중의 에틸렌디카르복실산 유도체의 이중 결합에 대하여 고리화 반응을 실시함으로써, 식 (2) 로 나타내는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산을 제조한다. 식 중의 R¹ 은 상기한 바와 같다.

본 발명에 있어서의 광을 조사하는 고리화 반응은, 결정 중, 즉 고상 중에서의 반응이며, 출발 원료는 고체 상태이기 때문에, 원자나 분자의 이동이 현저하게 제한된 환경에서 일어나는 것이 특징이다.

본 발명에 있어서의 결정 (1) 에 광을 조사하는 고리화 반응의 광원의 파장으로는, 바람직하게는 280 ∼ 600 ㎚ 이고, 보다 바람직하게는 290 ∼ 600 ㎚ 이고, 더욱 보다 바람직하게는 300 ∼ 580 ㎚ 이다.

광원으로는, 고압 수은 램프, 저압 수은 램프, 초고압 수은 램프, 크세논 램프, 나트륨 램프, 할로겐 램프, 기체 레이저광, 액체 레이저광, 고체 레이저광, 태양광, 발광 다이오드 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 고압 수은 램프, 또는 발광 다이오드가 바람직하고, 고압 수은 램프가 특히 바람직하다.

광원은, 냉각되기 때문에 재킷에 수용하는 것이 바람직하고, 그 때의 재킷의 재질로는, 석영 유리, 파이렉스 (등록상표), 하리오 유리, 몰리브덴 유리, 소다 유리, 납 유리, 텅스텐 유리, VYCOR (등록상표), 합성 석영 유리 (SUPRA SIL) 등을 들 수 있다. 바람직한 재킷의 재질로는, 석영 유리, 파이렉스, 하리오 유리, 몰리브덴 유리 등이고, 보다 바람직한 재킷의 재질로는, 파이렉스이다.

본 발명에 있어서의, 결정 (1) 에 광을 조사하는 고리화 반응에 있어서의 광원의 조사 방법으로는, 예를 들어, 광원을 반응기의 내측에 설치하는 내부 조사나, 반응기의 외측에 설치하는 외부 조사 등을 사용할 수 있다.

구체적인 광원의 조사 방법으로는, 결정 (1) 에 직접, 광 조사하는 방법이나, 결정 (1) 을 용매 중에 분산시킨 슬러리에 광을 조사하는 방법 등이 있다. 슬러리에 광을 조사하는 경우에는, 광원을 반응 용기의 내부에 설치하는 내부 조사와, 반응 용기의 외측에 설치하는 외부 조사 모두 사용할 수 있다.

결정 (1) 에 광을 조사하는 고리화 반응에 있어서의 분위기는, 대기, 통상적인 공기, 질소, 헬륨, 아르곤 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 대기, 공기, 질소 또는 아르곤이 바람직하고, 대기 또는 질소가 특히 바람직하다.

결정 (1) 에 광을 조사하여 고리화 반응을 실시할 때의 반응 온도는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, -78 ℃ 부터 반응 혼합물의 환류 온도까지를 설정할 수 있다. 그 중에서도, -40 ∼ 90 ℃ 가 바람직하고, -20 ∼ 50 ℃ 가 보다 바람직하다.

결정 (1) 에 광을 조사하여 고리화 반응을 실시할 때의 반응 장치는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 형상으로부터는, 조형이나 관형 등을 사용할 수 있고, 조작 방법으로부터는, 회분식, 연속식, 반회분식 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 회분 반응기, 연속 조형 반응기, 피스톤 흐름 반응기, 플로우 리엑터 등을 들 수 있다.

공정 (b) 에 있어서, 결정 (1) 을 용매 중에 분산시킨 슬러리에 광을 조사할 때, 그 슬러리의 교반 효율은 높은 것이 바람직하다. 그 때에 사용할 수 있는 교반 장치에 대하여 이하에 설명하지만, 하기에 한정되는 것은 아니다. 장치로는 유기 합성용의 반응 용기, 교반기, 초음파 발생기, 플로우 리엑터의 혼합기 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 마그네틱 스터러바와 마그네틱 스터러에 의한 교반, 교반 날개에 의한 교반, 불활성 가스의 버블링에 의한 교반, 원심식 교반체에 의한 교반, 반응 용기 중에 배치할 수 있는 배플 등을 들 수 있다. 교반 날개에 대해서는, 프로펠러 날개, 패들 날개, 맥스 블렌드 날개 (등록상표), 디스크 터빈 날개, 풀 존 날개 (등록상표) 등을 들 수 있고, 슬러리에 대하여 교반 효율이 양호한 교반 날개가 바람직하고, 맥스 블렌드 날개 (등록상표), 디스크 터빈 날개, 또는 풀 존 날개 (등록상표) 가 보다 바람직하다.

본 발명에 있어서의 결정 (1) 에 광을 조사하는 고리화 반응은, 광 증감제의 존재하에서 실시할 수도 있다. 광 증감제로는, 예를 들어, 벤젠, 톨루엔, 아세톤, 부탄-2,3-디온, 듀렌, 벤조니트릴, 부티로페논, 프로피오페논, 아세토페논, 크산톤, 4-메톡시아세토페논, 4'-아세틸아세토페논, 안트론, 벤즈알데히드, 4,4'-디메톡시벤조페논, 벤조페논, 플루오렌, 트리페닐렌, 비페닐, 티오크산톤, 안트라퀴논, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 페난트렌, 나프탈렌, 4-페닐아세토페논, 4-페닐벤조페논, 2-요오드나프탈렌, 1,2-디데하이드로아세나프틸렌, 2-나프토니트릴, 1-요오드나프탈렌, 1-나프토니트릴, 크리센, 코로넨, 벤질, 플루오란텐, 피렌, 1,2-벤조안트라센, 아크리딘, 안트라센, 페릴렌, 테트라센, 2-메톡시나프탈렌, 2-아세틸나프탈렌, 1,4'-디시아노나프탈렌, 9-시아노안트라센, 9,10-디시아노안트라센, 9,10-디브로모안트라센, 2,6,9,10-테트라시아노안트라센 등을 들 수 있다.

그 중에서도, 바람직한 광 증감제는, 벤젠, 톨루엔, 아세톤, 부탄-2,3-디온, 벤조니트릴, 부티로페논, 프로피오페논, 아세토페논, 크산톤, 4-메톡시아세토페논, 4'-아세틸아세토페논, 안트론, 벤즈알데히드, 4,4'-디메톡시벤조페논, 벤조페논, 플루오렌, 트리페닐렌, 비페닐, 티오크산톤, 안트라퀴논, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 페난트렌, 나프탈렌, 4-페닐아세토페논, 4-페닐벤조페논, 1,2-디데하이드로아세나프틸렌, 벤질, 피렌, 아크리딘, 안트라센, 페릴렌, 2-아세틸나프탈렌 또는 9,10-디브로모안트라센이다.

본 발명에 있어서의 결정 (1) 에 광을 조사하는 고리화 반응에 있어서, 결정 (1) 을 슬러리로서 조제하기 위한 용매로는, 예를 들어, 톨루엔, o-자일렌 등의 방향족 탄화수소계 용매, 헥산, 헵탄, 2-메틸펜탄, 옥탄, 석유 에테르 등의 지방족 탄화수소계 용매, 시클로헥산 등의 지환식 탄화수소계 용매, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠 등의 방향족 할로겐화탄화수소계 용매, 디클로로메탄, 클로로포름, 사염화탄소, 1,2-디클로로에탄, 1,1,1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌 등의 지방족 할로겐화탄화수소계 용매, 디에틸에테르, 디이소프로필에테르, 1,2-디메톡시에탄, 테트라하이드로푸란, 1,4-디옥산, 시클로펜틸메틸에테르 등의 에테르계 용매, 트리에틸아민, 트리부틸아민, N,N-디메틸아닐린 등의 아민계 용매, 피리딘, 피콜린 등의 피리딘계 용매, 아세트산에틸, 아세트산 n-부틸, 프로피온산에틸 등의 에스테르계 용매, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 2-프로판올, n-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알코올, t-부틸알코올, 1-펜탄올, 2-펜탄올, 3-펜탄올, 1-옥탄올, 2-옥탄올, 에틸렌글리콜 등의 알코올계 용매, 아세톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤계 용매, 탄산디메틸, 탄산디에틸 등의 탄산에스테르계 용매, 아세토니트릴, 디메틸술폭시드, 술포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 에틸렌글리콜디아세테이트, 아세트산, 무수 아세트산, 물 등을 들 수 있다.

그 중에서도, 결정 (1) 을 슬러리로서 조제하기 위해서 사용하는 바람직한 용매는, 톨루엔, o-자일렌, 헥산, 헵탄, 석유 에테르, o-디클로로벤젠, 디에틸에테르, 디이소프로필에테르, 피리딘, 아세트산에틸, 아세트산 n-부틸, 메틸이소부틸케톤, 또는 탄산디메틸이다. 이들 용매는 단독으로도, 2 종류 이상을 혼합하여 사용해도 된다.

본 발명에 있어서, 결정 (1) 을 슬러리로 하여, 광을 조사하여 고리화 반응하는 이점은, 용액 중에서 분산된 결정에 대하여 광을 효율적으로 조사할 수 있는 점이나, 광 반응 실시 중의 반응 온도의 제어가 용이하게 가능한 점 등을 들 수 있다. 이 경우, 결정 (1) 의 슬러리를 조제할 때의 농도로는, 0.001 ∼ 100 ㏖/ℓ 가 바람직하고, 0.01 ∼ 10 ㏖/ℓ 가 보다 바람직하고, 0.05 ∼ 3 ㏖/ℓ 가 특히 바람직하다.

공정 (c) : 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 2 무수물의 제조

[화학식 8]

공정 (c) 에서는, 식 (2) 로 나타내는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산을 출발 원료로 하여, 탈수 축합 반응에 의해, 식 (3) 으로 나타내는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 2 무수물을 제조한다. 식 중의 R¹ 은 상기한 바와 같다.

이러한 공정 (c) 의 반응은, 이미 알려진 방법, 예를 들어, Synthetic Communications, 1989년, 19(3-4) 권, 679 - 688 페이지, Synthetic Communications, 1987년, 17(3) 권, 355 - 368 페이지, Synthetic Communications, 2003년, 33(8) 권, 1275 - 1283 페이지 등에 기재된 방법에 준하여 실시할 수 있다.

본 발명에 있어서의 공정 (c) 의 탈수 축합 반응에 사용하는 축합제로는, 예를 들어, 무수 아세트산, 염화티오닐, 염화아세틸 등을 들 수 있다. 또한, 축합제는 용매로서 사용할 수도 있다.

공정 (c) 의 탈수 축합 반응시에 사용하는 용매로는, 반응의 진행을 저해하지 않는 것이면 특별히 제한은 없고, 예를 들어, 톨루엔, 아세트산에틸, 무수 아세트산, 염화티오닐, 염화아세틸, 피리딘 등을 들 수 있다. 이들 용매는 단독으로도, 2 종류 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 또한, 무용매여도, 그 탈수 축합 반응은 실시할 수 있다.

공정 (c) 의 탈수 축합 반응의 반응 온도는, -60 ℃ 부터 반응 혼합물의 환류 온도까지의 임의의 온도를 설정할 수 있다. 그 중에서도, 바람직하게는 -20 ∼ 230 ℃ 이고, 보다 바람직하게는, 0 ∼ 150 ℃ 이다.

공정 (c) 의 무용매에서 실시하는 탈수 축합 반응의 반응 온도는, 100 ℃ 부터 출발 원료의 열 분해 온도까지의 임의의 온도를 설정할 수 있다. 바람직한 반응 온도는 100 ∼ 230 ℃ 이다.

실시예

이하에, 본 발명의 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 사용한 분석 장치, 광 반응용의 광원은 이하와 같다.

NMR :

ECX 300 (JEOL 사 제조) : ¹H-NMR, ¹³C-NMR

케미컬 시프트치는, 내부 표준 물질로서 Me₄Si (테트라메틸실란) 를 사용하여 중디메틸술폭시드 (DMSO-d₆) 용매로 측정하였다.

JNM-ECA 500 (JEOL 사 제조) : 정량 ¹H-NMR (¹³C 디커플링 ¹H 측정)

표준 물질로서 말레산을 사용하여 중디메틸술폭시드 (DMSO-d₆) 용매로 측정하였다.

AVANCE III 500 (Bruker 사 제조) : 고상 ¹³C-NMR

표준 물질로서 아다만탄을 사용하여 측정하였다.

가스 크로마토그래프 (GC) :

GC : 6890 series GC (Hewlett Packard 사 제조)

가스 크로마토그래프-고분해능 질량 분석 (GC-HRMS) :

GC : 7890A (Agilent 사 제조), MS : GCT Premier (Waters 사 제조)

단결정 X 선 구조 해석 :

SMART APEX II ULTRA (Bruker 사 제조)

분말 X 선 회절 :

MiniFlex600 (Rigaku 사 제조)

적외 흡수 (IR) :

FT-IR ALPHA (Bruker Optics 사 제조)

광원 :

100 W 고압 수은 램프로는, 센 특수 광원사 제조의 전원 : HB100P-1 (5/6), 광원 : HL100CH-4 를 사용하고, 400 W 고압 수은 램프로는, 센 특수 광원사 제조의 전원 : HB400P-1, 광원 : HL400B (L/H/S)-8 을 사용하고, 450 W 고압 수은 램프로는, 우시오 전기사 제조의 UM-452 를 사용하였다. 크세논 램프로는, 우시오 전기사 제조의 UV-XEFL (주파장 피크 290 ㎚, 4.5 W〔1.5 W/㎝ 의 길이 3 ㎝ 분을 사용〕), 및 UV-XEFL (주파장 피크 320 ㎚, 4.5 W〔1.5 W/㎝ 의 길이 3 ㎝ 분을 사용〕) 을 사용하였다.

초음파 세척기 :

US-18KS (에스엔디사 제조)

컬 피셔 수분계 :

MKC-510 (쿄토 전자 공업사 제조)

액체 크로마토그래프 (HPLC) :

HPLC : Prominence (시마즈 제작소사 제조)

실시예 1-1 : 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) 의 제조 (그 1)

[화학식 9]

시트라콘산 (3.11 g, 23.90 m㏖) 및 피리딘 (1.89 g, 23.89 m㏖) 을 순차적으로, 유발에 첨가하고, 생성되는 고체를 유봉으로 5 분간 갈아으깨면서 충분히 혼합하여, 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) 을 백색 고체 (4.79 g) 로서 얻었다 (수율 96 ％).

피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) 에 대하여, 이하의 분석을 실시하였다.

고상 ¹³C-NMR :

4 ㎜ CP/MAS probe, ¹³C, CP/TOSS 법, 접촉 시간 4 ㎳, 회전수 8 ㎑,

외부 기준 시료 adamantane (29.472 ppm)

δ172.4, 168.4, 144.4, 144.4, 142.5, 140.1, 134.2, 129.8, 127.9, 25.8 ppm

FT-IR :

도 1 은 결정 (8) 의 FT-IR 의 차트이다.

분말 X 선 회절 :

＜분말 X 선 회절의 분석 조건＞

X 선 : Cu-Kα

전압 : 40 ㎸

전류 : 15 ㎃

스텝 폭 : 0.020 deg

스캔 범위 : 2θ = 3 ∼ 40 deg

도 2 는 결정 (8) 의 분말 X 선 회절의 차트이다. 이러한 분말 X 선 회절의 차트로부터 판독할 수 있는 분말 X 선 회절의 피크치는 이하와 같다.

2θ = 12.56, 15.03, 16.06, 17.58, 18.29, 19.21, 21.55, 22.99, 24.50, 26.43, 27.04, 28.08, 30.33, 32.48, 34.69, 35.87, 36.44, 38.43

실시예 1-2 : 결정 (8) 의 제조 (그 2)

시트라콘산 (130.1 ㎎, 1.00 m㏖), 피리딘 (80.6 ㎕, 1.00 m㏖) 및 메탄올 (2 ㎖) 을 순차적으로, 나사구병 (마루엠사 제조의 스크루관) 에 첨가하고, 그 반응 혼합물을 혼합하여 용해시켰다. 다음으로, 그 반응 혼합물이 들어간 나사구병의 입구를 가제로 덮고, 가동시킨 드래프트 챔버 내에 64 시간, 20 ℃ 내지 25 ℃ 에서 정치 (靜置) 시키고, 메탄올을 증발시킴으로써, 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) 을 백색 고체 (197.2 ㎎) 로서 얻었다 (수율 94 ％).

분말 X 선 회절 :

＜분말 X 선 회절의 분석 조건＞ 은, 실시예 1-1 에 기재된 조건과 동일하다.

결정 (8) 의 분말 X 선 회절의 피크치를 이하에 나타낸다.

2θ = 12.56, 15.04, 16.08, 17.58, 18.33, 19.14, 21.55, 23.01, 24.43, 26.42, 27.03, 28.07, 30.40, 32.48, 34.70, 35.88, 36.44, 38.42

단결정 X 선 구조 해석 :

Bruker 사 제조의 단결정 X 선 회절계 SMART APEX II ULTRA 를 사용하여, Cu-Kα 선 (파장 : 1.54178 Å) 으로, -50 ℃ 로 냉각시켜 측정하였다. X 선 회절 데이터의 적분 처리는 SAINT 소프트웨어를 사용하고, 공간군 결정 및 결정 구조 해석은 SHELXTL-97 프로그램을 사용하여, 상기 백색 고체인 결정 (8) 의 단결정 X 선 구조 해석을 실시하였다. 표 5 에, 결정 (8) 의 결정 데이터 및 구조 정밀화를 나타낸다.

＜단결정 X 선 구조 해석의 분석 조건＞

X 선 : Cu-Kα

전압 : 50 ㎸

전류 : 24 ㎃

측정 온도 : -50 ℃

＜결정 (8) 의 결정 데이터 및 구조 정밀화＞

결정 (8) 의 단결정 X 선 구조 해석 결과를 기초로, 도 3 에는, 시트라콘산의 아니온과 피리디늄의 패킹 구조를 실린더 모델로 단위 격자와 함께 나타냈다.

도 3 에 있어서, 탄소 원자는 흑색, 수소 원자는 백색, 질소 원자 및 산소 원자는 도면 중에 원소 기호로 나타내고, 도면 중의 2 개의 점선은, 가장 근접하는 이중 결합끼리를 나타낸다.

또한, 결정 (8) 의 단결정 X 선 구조 해석 결과를 기초로, 도 4 에는, 결정 (8) 중의 시트라콘산의 아니온끼리의 배치만을 오르텝도로서 나타냈다.

상기의 단결정 X 선 구조 해석의 결과로부터, 결정 (8) 은, 몰비가 1 : 1 인 시트라콘산의 아니온과 피리디늄의 2 종류만의 구성 요소로 이루어지는 결정이었다.

또한, 도 4 의 결과로부터, 결정 (8) 의 결정 구조에 있어서는, 가장 근접하는 이중 결합은 서로 평행하게 위치하고 있고, 하기의 식 (8A) 로 나타내는 평행한 이중 결합간의 거리 L1 은, 4.12 Å 였다.

[화학식 10]

실시예 1-3 : 결정 (8) 의 제조 (그 3)

반응 용기에 헵탄 (28 ㎖) 및 피리딘 (1.87 ㎖, 23.25 m㏖) 을 첨가하고, 얻어지는 용액을 20 ℃ 내지 25 ℃ 로 유지하였다. 다음으로, 그 용액에 아세트산에틸 (28 ㎖) 에 용해시킨 시트라콘산 (2.75 g, 21.14 m㏖) 을 10 분에 걸쳐서 적하하고, 20 ℃ 내지 25 ℃ 에서 20 분 교반하고, 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) 의 슬러리를 조제하였다. 교반을 정지시킨 후, 여과한 고체를, 헵탄 (15 ㎖) 과 아세트산에틸 (15 ㎖) 의 혼합 용매로 세정하고, 계속해서, 헥산 (30 ㎖) 으로 세정하여, 진공 건조시켰다. 이에 의해, 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) 을 백색 고체 (4.14 g) 로서 얻었다 (수율 94 ％).

분말 X 선 회절 :

결정 (8) 의 분말 X 선 회절의 피크치를 이하에 나타낸다.

2θ = 12.61, 15.08, 16.11, 17.64, 18.39, 19.26, 21.61, 23.05, 24.57, 26.51, 27.12, 28.15, 30.43, 32.53, 34.74, 35.94, 36.50, 38.44

상기의 분말 X 선 회절의 결과로부터, 실시예 1-1 ∼ 1-3 에서 얻어진 결정은 동일한 것으로 간주할 수 있다. 또한, 상기의 식 (8) 은, 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 부분의 피리딘·시트라콘산 (1 : 1) 의 결정을 나타낸다.

실시예 2-1 : (1R,2R,3S,4S)-1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (13a) 의 제조 (그 1)

[화학식 11]

피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) (100.0 ㎎, 0.478 m㏖) 을 유리제 샬레에 펼쳐서 올리고, 샬레의 뚜껑을 닫았다. 그 샬레를 25 ℃ 로 설정한 쿨 플레이트 상에 두고, 100 W 의 고압 수은 램프로 50 시간, 광을 조사하여 고리화 반응을 실시하였다. 샬레와 광원의 거리는 1 ㎝ 로 하였다. 반응을 정지시킨 후, 담황색 고체 (80.2 ㎎) 로서 반응 혼합물을 회수하였다. 그 반응 혼합물의 분석에 의해, 목적 화합물 (13a) 의 수율은 83 ％, 전화율은 94 ％, 선택성은 ＞ 99 ％ 였다. 수율은 표준품에 말레산을 사용한 정량 ¹H-NMR 로 결정하였다. 또한, 전화율 및 선택성은, GC 분석에 있어서의 목적 화합물, 불필요한 디아스테레오머, 원료에서 유래하는 피크의 상대 면적비로부터 산출하였다.

상기 고리화 반응에 있어서의 전화율 및 선택성을 구하기 위한 GC 샘플의 조제에 대한 개요를 (식 A) 에 나타낸다.

[화학식 12]

전화율 및 선택성을 구하기 위해서, 결정 (8) 을 사용하는 광 고리화 반응 후에 반응 혼합물의 일부를 채취하고, 후기하는 GC 샘플 조제법 B 를 실시하여, 목적 화합물 (13a) 및 그 디아스테레오머로부터, 화합물 (14a) 및 그 디아스테레오머로 유도한 후, GC 분석 및 GC-HRMS 분석을 실시하였다.

다음으로 목적 화합물 (13a) 의 디아스테레오머에 상당하는 부생성물을 GC 분석으로 추적하기 위해서, 결정 (8) 을 사용하는 광 고리화 반응과는 상이한 방법으로, 시트라콘산 무수물 (11) 을 출발 물질로 한 용액 중의 광 고리화 반응을 공정 (z) 로서 실시함으로써, 화합물 (12a) 및 그 디아스테레오머를 합성하였다. 후기하는 GC 샘플 조제법 A 를 실시하여, 화합물 (12a) 및 그 디아스테레오머에 대하여, 가수 분해 반응, 계속해서 메틸에스테르화 반응을 실시함으로써, 목적 화합물 (13a) 및 그 디아스테레오머를 경유하여, 화합물 (14a) 및 그 디아스테레오머로 유도한 후, GC 분석 및 GC-HRMS 분석을 실시하였다. 또한, 시트라콘산 무수물의 용액 중에서의 광을 조사하는 고리화 반응에 대한 상세한 것은, 참고예에서 후기한다.

GC 분석 조건 및 GC-HRMS 분석 조건을 기재한다.

＜GC 분석 조건＞

칼럼 : TC-5 (0.53 ㎜ × 30 m, 막두께 1.5 ㎛)

캐리어 가스 : 헬륨

유량 : 3.3 ㎖/min (정유량)

스플릿비 : 1/10, 시료 주입량 : 3 ㎕

칼럼 온도 : 80 ℃ (2 분 유지), 승온 속도 : 10 ℃／분, 250 ℃ (11 분 유지)

주입구 온도 : 280 ℃

검출기 온도 : 280 ℃

＜GC-HRMS 분석 조건＞

칼럼 : DB-5 (0.25 ㎜ × 30 m, 막두께 0.25 ㎛)

캐리어 가스 : 헬륨

유량 : 1 ㎖/min (정유량)

스플릿비 : 1/50, 시료 주입량 : 0.2 ㎕

칼럼 온도 : 80 ℃ (3 분 유지), 승온 속도 : 25 ℃／분, 250 ℃ (7.2 분 유지)

주입구 온도 : 280 ℃

이온화법 : EI, CI＋

GC 샘플 조제법, 및 분석 결과를 기재한다.

＜GC 샘플 조제법 A＞

그 조제법은 (식 A) 에 기재한 조제 공정 I, 계속되는 조제 공정 II 이다. 광을 조사하는 고리화 반응 후, 용매 증류 제거한 반응 혼합물 (20 ㎎) 을 나사구병에 채취하여, 메탄올 (3 ㎖) 및 0.05 ㏖/ℓ 의 수산화나트륨 수용액 (2 ㎖) 을 첨가한 후, 그 용액을 20 ℃ 내지 25 ℃ 에서 20 분간, 교반하였다. 이 반응 혼합물 (1 ㎖) 을 스크루관에 일부 빼내고, 톨루엔 (0.2 ㎖) 을 첨가한 후, 헥산 용액의 트리메틸실릴디아조메탄 (0.2 ㎖, 약 0.6 ㏖/ℓ, 토쿄 화성 공업사 제조의 시판품) 을 첨가하여, 20 ℃ 내지 25 ℃ 에서 20 분간, 교반하였다. 이 반응 혼합물의 유기층 (0.4 ㎖) 을 일부 빼내어, 메탄올 (1 ㎖) 로 희석한 용액을 GC 분석 샘플로 하였다.

(식 A) 에 나타내는 바와 같이, 화합물 (12a) 는 GC 샘플 조제법 A 로 화합물 (14a) 에 유도된다. 그 분석 결과를 기재한다.

GC 분석 : 유지 시간 = 18.62 분

GC-HRMS 분석 : m/z calcd for C₁₆H₂₅O₈ [M+C₂H₅]⁺ : 345.1549, found 345.1577

화합물 (12a) 의 디아스테레오머는, 화합물 (12b), 화합물 (12c) 또는 화합물 (12d) 의 1 개이고, GC 샘플 조제법 A 로 화합물 (14b), 화합물 (14c) 또는 화합물 (14d) 의 1 개에 유도된다. 그 분석 결과를 기재한다.

GC 분석 : 유지 시간 = 18.97 분

GC-HRMS 분석 : m/z calcd for C₁₆H₂₅O₈ [M+C₂H₅]⁺ : 345.1549, found 345.1561

GC-HRMS 에 의한 질량수의 결과로부터, 화합물 (14a) 와 동일한 분자량이지만, GC 의 유지 시간이 상이한 그 디아스테레오머를 확인할 수 있었다.

＜GC 샘플 조제법 B＞

그 조제법은 (식 A) 에 기재한 조제 공정 II 이다. 광을 조사하는 고리화 반응을 실시한 후, 여과 조작 등으로 취출한 반응 혼합물 (25 ㎎) 을 채취하여, 메탄올 (0.5 ㎖) 및 톨루엔 (0.5 ㎖) 을 첨가하여 용액을 조제하였다. 다음으로, 그 용액에 헥산 용액의 트리메틸실릴디아조메탄 (0.8 ㎖, 약 0.6 ㏖/ℓ, 토쿄 화성 공업사 제조의 시판품) 을 첨가하고, 20 ℃ 내지 25 ℃ 에서 20 분 교반하였다. 이 반응 혼합물 (0.12 ㎖) 을 일부 빼내어, 메탄올 (1.5 ㎖) 로 희석한 용액을 GC 분석 샘플로 하였다.

화합물 (13a) 는 GC 샘플 조제법 B 로 화합물 (14a) 에 유도된다. 그 분석 결과를 기재한다.

GC 분석 : 유지 시간 = 18.62 분

GC-HRMS 분석 : m/z calcd for C₁₆H₂₅O₈ [M+C₂H₅]⁺ : 345.1549, found 345.1542

미반응의 시트라콘산은 GC 샘플 조제법 B 로, (Z)-2-메틸-2-부텐이산디메틸에 유도된다. 그 분석 결과를 기재한다.

GC 분석 : 유지 시간 = 9.68 분

GC-HRMS 분석 : m/z calcd for C₉H₁₅O₄ [M+C₂H₅]⁺ : 187.0970, found 187.0972

전화율은, GC 분석 결과를 기초로 한, (Z)-2-메틸-2-부텐이산디메틸, 화합물 (14a) 및 그 디아스테레오머의 상대 면적비로부터 산출하였다.

선택성은, GC 분석 결과를 기초로 한, 화합물 (14a) 및 그 디아스테레오머의 상대 면적비로부터 산출하였다.

실시예 2-2 : (1R, 2R, 3S, 4S)-1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (13a) 의 제조 (그 2)

피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) (5.00 g, 23.90 m㏖) 및 용매로서 헥산 (100 ㎖) 을 마그네틱 스터러로 교반할 수 있는 광 화학 반응 실험 장치 (센 특수 광원사 제조) 에 첨가하고, 광원을 내부의 중앙에 설치하였다. 반응 온도를 20 ℃ 내지 25 ℃ 로 하여 슬러리를 교반하고, 100 W 의 고압 수은 램프로 20 시간, 광을 조사하는 고리화 반응을 실시하였다. 반응을 정지시킨 후, 여과하여, 백색 고체의 반응 혼합물 (4.33 g) 을 회수하였다. 그 반응 혼합물의 분석에 의해, 목적 화합물 (13a) 의 수율은 94 ％, 전화율은 95 ％, 선택성은 ＞ 99 ％ 였다. 수율은, 표준품에 말레산을 사용한 정량 ¹H-NMR 로 결정하였다. 전화율 및 선택성은, 실시예 2-1 에 기재된 방법에 준하여 분석하고, GC 분석의 각종 피크의 상대 면적비로부터 산출하였다.

실시예 2-3 : (1R,2R,3S,4S)-1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (13a) 의 제조 (그 3)

피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) (25.00 g, 119.50 m㏖), 헵탄 (200 ㎖) 및 아세트산 n-부틸 (200 ㎖) 을 마그네틱 스터러로 교반할 수 있는 광 화학 반응 실험 장치 (센 특수 광원사 제조) 에 첨가하고, 광원을 내부의 중앙에 설치하였다. 반응 온도를 20 ℃ 내지 25 ℃ 로 하여 슬러리를 교반하고, 400 W 의 고압 수은 램프로 12 시간, 광을 조사하는 고리화 반응을 실시하였다. 반응을 정지시킨 후, 여과하여, 백색 고체의 반응 혼합물 (19.64 g) 을 회수하였다. 그 반응 혼합물의 분석에 의해, 목적 화합물 (13a) 의 수율은 93 ％, 전화율은 95 ％, 선택성은 ＞ 99 ％ 였다. 수율은 그 반응 혼합물의 수량과 ¹H-NMR 로 산출하였다. 전화율 및 선택성은, 실시예 2-1 에 기재된 방법에 준하여 분석하고, GC 분석의 각종 피크의 상대 면적비로부터 산출하였다.

상기의 광 반응 후에 얻어진 백색 고체의 반응 혼합물의 단리 정제를 실시하였다. 정제에 대해서는, 그 반응 혼합물로부터 10.00 g 을 빼내어, 메탄올 (70 ㎖) 에 용해시키고, 여과한 후, 용매를 증류 제거하였다. 다음으로, 아세트산 (45 ㎖) 에 용해시킨 후, 그 용액을 60 ℃ 에서 2 시간 30 분 교반한 후, 20 ℃ 내지 25 ℃ 로 냉각시키고, 여과하였다. 그 후, 얻어진 고체에 포함되는 용매를 증류 제거하고, 진공 펌프를 사용하여 진공 건조시켜, 목적 화합물 (6.12 g) 을 백색 고체로 얻었다. ¹H-NMR 에 의해 산출한 수율은 83 ％ 였다.

이 얻어진 목적 화합물의 일부를 채취하고, 70 ℃ 로 가열한 아세토니트릴에 포화 용해시킨 용액을 조제하였다. 다음으로, 그 용액을 20 ℃ 내지 25 ℃ 로 냉각시키고, 정치하여 재결정화하고, 얻어진 단결정의 단결정 X 선 구조 해석을 실시하였다.

화합물 (13a) 의 분석

¹H NMR (DMSO-d₆) :

δ12.46(br), 3.30(s, 2H), 1.42(s, 6H) ppm

¹³C-NMR (DMSO-d₆) :

δ175.9, 175.9, 171.5, 171.5, 51.7, 51.7, 44.2, 44.2, 20.7, 20.7 ppm

단결정 X 선 구조 해석 :

화합물 (13a) 의 단결정 X 선 구조 해석 결과를 기초로, 도 5 에는, 화합물 (13a) 의 분자 구조를 오르텝도로 나타냈다.

실시예 2-4 : (1R,2R,3S,4S)-1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (13a) 의 제조 (그 4)

마그네틱 스터러로 교반할 수 있는 광 화학 반응 실험 장치 (센 특수 광원사 제조) 에, 아세트산에틸 (110 ㎖) 및 피리딘 (7.49 ㎖, 93.01 m㏖) 을 첨가하고, 5 ℃ 로 냉각시켰다. 다음으로, 아세트산에틸 (110 ㎖) 에 용해시킨 시트라콘산 (11.00 g, 84.55 m㏖) 을, 그 반응 혼합물에 30 분에 걸쳐서 적하하였다. 그 후, 그 반응 혼합물을 5 ℃ 에서 20 분 교반하여, 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) 의 슬러리를 조제하였다. 그 반응 용기에 100 W 의 고압 수은 램프를 삽입하고, 5 ℃ 에서, 교반하면서 22 시간, 광을 조사하는 고리화 반응을 실시하였다. 그 후, 기리야마 깔때기로 고체를 여과 채취하고, 아세트산에틸 (30 ㎖) 로 세정하고, 진공 건조시켜, 백색 고체의 반응 혼합물 (12.82 g) 을 얻었다. 그 반응 혼합물의 분석에 의해, 목적 화합물 (13a) 의 수율은 93 ％, 전화율은 95 ％, 선택성은 ＞ 99 ％ 였다. 수율은 그 반응 혼합물의 수량과 ¹H-NMR 로 산출하였다. 전화율 및 선택성은, 실시예 2-1 에 기재된 방법에 준하여 분석하고, GC 분석의 각종 피크의 상대 면적비로부터 산출하였다.

실시예 3-1 : (1R,2R,3S,4S)-1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (13a) 의 제조

피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) (200.0 ㎎, 0.956 m㏖) 및 용매로서 아세트산에틸 (4 ㎖) 을, 나사구병 (마루엠사 제조의 스크루관) 에 첨가하여 슬러리를 조제하였다. 그 후, 마그네틱 스터러로 교반할 수 있도록 하여, 광원을 나사구병의 외부에 설치하였다. 나사구병과 광원의 거리는 4.5 ㎝ 로 하였다. 100 W 의 고압 수은 램프로 20 시간, 광을 조사하는 고리화 반응을, 20 ℃ 내지 25 ℃ 에서 실시하였다. 반응을 정지시킨 후, 여과하여, 백색 고체의 반응 혼합물 (116.0 ㎎) 을 얻었다. 그 반응 혼합물의 분석에 의해, 목적 화합물 (13a) 의 수율은 69 ％, 전화율은 97 ％, 선택성은 ＞ 99 ％ 였다. 수율은 그 반응 혼합물의 수량과 ¹H-NMR 로 산출하였다. 전화율 및 선택성은, 실시예 2-1 에 기재된 방법에 준하여 분석하고, GC 분석의 각종 피크의 상대 면적비로부터 산출하였다.

용매의 아세트산에틸을, 표 6 에 기재된 용매로 변경한 것 이외에는, 실시예 3-1 에 기재된 반응과 동일한 조건으로 반응을 실시하였다. 사용한 용매, 전화율, 선택성, 수율 및 회수시의 외관에 대한 실험 결과를, 실시예 3-2 ∼ 3-8 로서 표 6 에 나타낸다.

표 6 에 있어서, AcOn-Bu 는 아세트산 n-부틸을 나타내고, 헥산/AcOn-Bu (v/v = 1/1) 는, 헥산 (2 ㎖) 과 아세트산 n-부틸 (2 ㎖) 의 혼합 용매를 나타내고, 헵탄/AcOn-Bu (v/v = 1/1) 는, 헵탄 (2 ㎖) 과 아세트산 n-부틸 (2 ㎖) 의 혼합 용매를 나타낸다.

실시예 4 : (3aR,3bR,6aS,6bS)-3a,6a-디메틸시클로부타[1,2-c : 3,4-c']디푸란-1,3,4,6 (3aH,3bH,6aH,6bH)-테트라온 (12a) 의 제조

[화학식 13]

[공정 (a) 및 공정 (b) 의 연속화]

공정 (a) 로서, 피리딘 (60 ㎖), 이어서 시트라콘산 (15.55 g, 119.52 m㏖) 의 순서로, 마그네틱 스터러로 교반할 수 있는 광 화학 반응 실험 장치 (센 특수 광원사 제조) 에 첨가하고, 20 ℃ 내지 25 ℃ 에서 10 분간 교반하였다. 교반 종료 후, 용매로서 헵탄 (175 ㎖) 및 아세트산 n-부틸 (175 ㎖) 을 첨가하고, 30 분간 교반하여, 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) 의 슬러리를 조제하였다. 다음으로, 광원을 그 반응 용기의 내부의 중앙에 설치하고, 공정 (b) 로서, 공정 (a) 에서 얻어진 결정 (8) 의 슬러리를, 20 ℃ 내지 25 ℃ 에서, 400 W 의 고압 수은 램프로 8 시간 광을 조사하면서 교반하였다. 광의 조사를 멈추는 것에 의해 반응을 정지한 후, 얻어진 슬러리를 여과하여, 백색 고체의 반응 혼합물을 얻었다. 그 반응 혼합물의 분석에 의해, 목적 화합물 (13a) 의 전화율은 97 ％, 선택성은 ＞ 99 ％ 였다. 전화율 및 선택성은, 실시예 2-1 에 기재된 방법에 준하여 분석하고, GC 분석의 각종 피크의 상대 면적비로부터 산출하였다.

광 반응 후에 얻어진 미정제물의 화합물 (13a) 의 정제를 실시하기 위해서, 그 반응 혼합물을 테트라하이드로푸란 (250 ㎖) 에 용해시키고, 여과한 후, 용매를 증류 제거하였다. 다음으로, 아세트산 (40 ㎖) 및 아세트산 n-부틸 (40 ㎖) 의 혼합 용매를 사용하여 현탁 세정을 실시하고, 다시 여과하였다. 그 후, 진공 펌프를 사용하여 진공 건조시켜, 정제한 화합물 (13a) 를 얻었다.

[공정 (c)]

상기의 정제 후의 화합물 (13a), 톨루엔 (60 ㎖) 및 무수 아세트산 (31.8 ㎖, 336.4 m㏖) 을 반응 용기에 첨가하고, 100 ℃ 에서 3 시간 교반하였다. 교반 종료 후, 반응 용기를 20 ℃ 내지 25 ℃ 로 냉각시킴으로써, 반응을 정지하였다. 얻어진 반응 혼합물을 여과한 후, 얻어진 고체를 에테르 용매를 사용하여 세정하고, 진공 펌프를 사용하여 진공 건조시켜, 목적 화합물 (12a) (11.36 g) 를 백색 고체로 얻었다. ¹H-NMR 에 의해 산출한, 출발 원료인 시트라콘산으로부터의 통산 수율은 85 ％ 였다. 이 얻어진 목적 화합물의 일부를 채취하여, 단결정 X 선 구조 해석을 실시하였다.

화합물 (12a) 의 분석 결과는 이하와 같다.

¹H NMR (DMSO-d₆) :

δ3.88(s, 2H), 1.38(s, 6H) ppm

¹³C-NMR (DMSO-d₆) :

δ173.5, 173.5, 168.1, 168.1, 49.0, 49.0, 44.1, 44.1, 15.7, 15.7 ppm

단결정 X 선 구조 해석 :

화합물 (12a) 의 단결정 X 선 구조 해석 결과를 기초로, 도 6 에는, 화합물 (12a) 의 분자 구조를 오르텝도로 나타냈다.

실시예 5 : 광 증감제를 사용한 (1R,2R,3S,4S)-1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (13a) 의 제조

[화학식 14]

광 증감제로서 벤조페논 (21.78 ㎎, 0.12 m㏖) 및 용매로서 헵탄 (10 ㎖) 을 나사구병 (마루엠사 제조의 스크루관) 에 첨가하였다. 벤조페논의 용해를 확인한 후, 나사구병에 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) (500.0 ㎎, 2.39 m㏖) 을 첨가하여 슬러리를 조제하였다. 조제 종료 후, 마그네틱 스터러로 교반할 수 있도록 하여, 광원을 나사구병의 외부에 설치하였다. 나사구병과 광원의 거리는 4.5 ㎝ 로 하였다. 100 W 의 고압 수은 램프로 5 시간 30 분, 광을 조사하는 고리화 반응을 20 ℃ 내지 25 ℃ 에서 실시하였다. 광의 조사를 멈추는 것에 의해 반응을 정지시킨 후, 얻어진 슬러리를 여과하여, 백색 고체의 반응 혼합물 (471.9 ㎎) 을 얻었다. 그 반응 혼합물의 분석에 의해, 목적 화합물 (13a) 의 전화율은 34 ％, 선택성은 ＞ 99 ％ 였다. 전화율 및 선택성은, 실시예 2-1 에 기재된 방법에 준하여 분석하고, GC 분석의 각종 피크의 상대 면적비로부터 산출하였다.

실시예 6 : (1R,2R,3S,4S)-1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (13a) 의 제조

[화학식 15]

공정 (a)

메사콘산 (6 M) (130.1 ㎎, 1.00 m㏖), 메탄올 (2 ㎖) 및 니코틴아미드 (9) (122.1 ㎎, 1.00 m㏖) 를 순차적으로, 나사구병 (마루엠사 제조의 스크루관) 에 첨가하고, 그 반응 혼합물을 혼합하여 용해시켰다. 다음으로, 그 반응 혼합물이 들어간 나사구병의 입구를 가제로 덮고, 가동시킨 드래프트 챔버 내에 64 시간, 20 ℃ 내지 25 ℃ 에서 정치시켜, 메탄올을 증발시킴으로써, 니코틴아미드와 메사콘산으로 구성되는 결정 (10) 을 백색 고체로서 얻었다. 상기의 식 (10) 은, 니코틴아미드와 메사콘산으로 구성되는 부분의 니코틴아미드·메사콘산의 결정을 나타낸다.

공정 (b)

니코틴아미드와 메사콘산으로 구성되는 결정 (10) (100.0 ㎎, 0.396 m㏖) 을 유리제 샬레에 펼쳐서 올렸다. 샬레의 뚜껑을 닫고, 25 ℃ 로 설정한 쿨 플레이트 상에 두고, 샬레와 광원의 거리를 3 ㎝ 로 설정한 후, 100 W 의 고압 수은 램프로 20 시간 광을 조사하였다. 광의 조사를 멈추는 것에 의해 반응을 정지시킨 후, 백색 고체로서 반응 혼합물을 회수하였다. 그 반응 혼합물의 분석에 의해, 목적 화합물 (13a) 의 전화율은 23 ％, 선택성은 ＞ 99 ％ 였다. 전화율 및 선택성은, 실시예 2-1 에 기재된 방법에 준하여 분석하고, GC 분석의 각종 피크의 상대 면적비로부터 산출하였다. 원료로 메사콘산을 사용하고 있고, GC 샘플 조제에서는, 미반응의 메사콘산은 (E)-2-메틸-2-부텐이산디메틸로 유도된다. 따라서, (E)-2-메틸-2-부텐이산디메틸의 피크를 원료 유래의 피크로서 취급하였다.

실시예 7-1 : (1R,2R,3S,4S)-1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (13a) 의 제조 (그 1)

[화학식 16]

[공정 (a) 및 공정 (b) 의 연속화]

교반 장치로서 마그네틱 스터러를 사용하는 광 화학 반응 실험 장치 (센 특수 광원사 제조) 를 사용하였다. 그 장치의 반응 용기에, 탄산디메틸 (110 ㎖), 이어서 피리딘 (7.49 ㎖, 93.01 m㏖) 의 순서로 첨가하고, 10 ℃ 로 냉각시켰다. 냉각 종료 후, 그 반응 용액에, 탄산디메틸 (110 ㎖) 에 용해시킨 시트라콘산 (11.00 g, 84.55 m㏖) 을, 30 분에 걸쳐서 적하하였다. 적하 종료 후, 그 반응 혼합물을 10 ℃ 에서 20 분 교반하였다. 교반 종료 후, 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) 의 슬러리를 얻었다. 얻어진 결정 (8) 은 단리·정제를 실시하지 않고, 그대로 다음 공정에 사용하였다. 그 슬러리를 10 ℃ 에서 교반하고, 100 W 의 고압 수은 램프로 17 시간, 광을 조사하였다. 반응 종료 후, 반응 혼합물 중의 고체를 깔때기로 여과 분리한 후, 탄산디메틸 (30 ㎖) 로 세정하였다. 얻어진 고체를 진공 건조시킴으로써, 목적물 14.23 g 을 백색 고체로서 얻었다. 그 백색 고체의 분석에 의해, 목적 화합물 (13a) 의 수율은 88 ％, 전화율은 94 ％, 선택성은 ＞ 99 ％ 였다. 수율은 그 반응 혼합물의 수량과 ¹H-NMR 분석에 의해 산출하였다. 전화율 및 선택성은, 실시예 2-1 에 기재된 방법에 준하여, GC 분석의 각종 피크의 상대 면적비로부터 산출하였다.

실시예 7-2 : (1R,2R,3S,4S)-1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (13a) 의 제조 (그 2)

[공정 (a) 및 공정 (b) 의 연속화]

교반 장치로서 마그네틱 스터러를 사용하는 광 화학 반응 실험 장치 (센 특수 광원사 제조) 를 사용하였다. 그 장치의 반응 용기에, 아세트산에틸 (110 ㎖) 및 피리딘 (14.98 ㎖, 186.02 m㏖) 을 첨가하고, 5 ℃ 로 냉각시켰다. 냉각 종료 후, 그 반응 용액에 아세트산에틸 (110 ㎖) 에 용해시킨 시트라콘산 (22.00 g, 169.10 m㏖) 을, 30 분에 걸쳐서 적하하였다. 적하 종료 후, 그 반응 혼합물을 5 ℃ 에서 20 분 교반하였다. 교반 종료 후, 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) 의 슬러리를 얻었다. 얻어진 결정 (8) 은 단리·정제를 실시하지 않고, 그대로 다음 공정에 사용하였다. 그 슬러리를 5 ℃ 에서 교반하고, 100 W 의 고압 수은 램프로 33 시간 광을 조사하였다. 광 조사 후의 반응 혼합물 중의 수분량은, 컬 피셔 수분계 (MKC-510, 쿄토 전자 공업사 제조) 로 측정한 결과, 1570 ppm 이었다. 반응 종료 후, 반응 혼합물 중의 고체를 깔때기로 여과 분리한 후, 아세트산에틸 (40 ㎖) 로 세정하였다. 얻어진 고체를 진공 건조시킴으로써, 목적물 26.03 g 을 백색 고체로서 얻었다. 그 백색 고체의 분석에 의해, 목적 화합물 (13a) 의 수율은 93 ％, 전화율은 94 ％, 선택성은 ＞ 99 ％ 였다. 수율은 그 반응 혼합물의 수량과 ¹H-NMR 분석에 의해 산출하였다. 전화율 및 선택성은, 실시예 2-1 에 기재된 방법에 준하여 분석하고, GC 분석의 각종 피크의 상대 면적비로부터 산출하였다.

실시예 8-1 : (1R,2R,3S,4S)-1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (13a) 의 제조 (그 1)

피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) (100.0 ㎎, 0.478 m㏖) 및 아세트산에틸 (2 ㎖) 을, 나사구병 (마루엠사 제조의 스크루관) 에 첨가하여, 슬러리를 조제하였다. 조제 종료 후, 그 슬러리가 들어간 나사구병을, 광원과의 거리가 5 ㎝ 가 되도록 설치하였다. 설치 종료 후, 광원으로서 크세논 램프 (주파장 피크 290 ㎚, 4.5 W) 를 사용하여, 슬러리의 온도가 20 ℃ 내지 25 ℃ 를 유지하도록, 광을 2 시간 조사하였다. 또한, 교반에는 마그네틱 스터러를 사용하였다. 교반 종료 후의 그 슬러리의 HPLC 분석에 의해, 목적 화합물 (13a) 의 전화율은 3 ％ 였다.

＜HPLC 분석 조건＞

검출기 : 시차굴절률 검출기

칼럼 : Develosil C30-UG5 (내경 4.6 ㎜, 길이 150 ㎜, 입자경 5 ㎛)

용리액 : 중량 농도 0.2 ％ 트리플루오로아세트산 수용액 : 아세토니트릴 = 95 : 5 (체적 비)

유속 : 1.5 ㎖/분,

칼럼 온도 : 35 ℃

유지 시간 : 3.06 분〔목적 생성물 (13a)〕, 3.39 분〔시트라콘산 (6C)〕

실시예 8-2 : (1R,2R,3S,4S)-1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (13a) 의 제조 (그 2)

피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정 (8) (300.0 ㎎, 1.434 m㏖) 및 아세트산에틸 (6 ㎖) 을 나사구병 (마루엠사 제조의 스크루관) 에 첨가하여, 슬러리를 조제하였다. 조제 종료 후, 그 슬러리가 들어간 나사구병을, 광원과의 거리가 5 ㎝ 가 되도록 설치하였다. 설치 종료 후, 광원으로서 크세논 램프 (주파장 피크 320 ㎚, 4.5 W) 를 사용하여, 슬러리의 온도가 20 ℃ 내지 25 ℃ 를 유지하도록, 광을 77 시간 조사하였다. 또한, 교반에는 마그네틱 스터러를 사용하였다. 교반 종료 후의 그 슬러리의 HPLC 분석에 의해 (분석 조건은 실시예 8-1 과 동일하다), 목적 화합물 (13a) 의 전화율은 74 ％ 였다.

실시예 9 : (1R,2R,3S,4S)-1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 (13a) 의 제조

[화학식 17]

공정 (a) 및 공정 (b) 를, 플로우 리엑터를 사용하여 실시하였다. 플로우 리엑터의 개략도를 도 7 에 나타내고, 플로우 리엑터 중의 이중관 구조를 가지는 T 자형 믹서 (믹서 2) 의 단면도를 도 8 에 나타냈다. 플로우 리엑터에는, 내경 2 ㎜, 외경 3 ㎜, 및 길이 10 m 의 FEP 튜브 (사불화에틸렌·육불화프로필렌 공중합체로 이루어지는 불소 수지제의 튜브) 를 광원의 램프 재킷에 권부한 장치를 사용하여, 그 장치를 초음파 세정기에 설치하였다.

공정 (a) :

농도가 0.34 ㏖/ℓ 인 시트라콘산 (437.9 ㎎, 3.366 m㏖) 의 아세트산에틸 용액을 조제하였다. 또한, 농도가 0.34 ㏖/ℓ 인 피리딘 (266.3 ㎎, 3.366 m㏖) 의 아세트산에틸 용액을 조제하였다. 시트라콘산의 아세트산에틸 용액 및 피리딘의 아세트산에틸 용액을, 각각 시린지 펌프를 사용하여 0.9 ㎖/min 로 송액하고, 믹서 1 (도 7 중의 21) 로 혼합하였다. 그 후, 믹서 2 (도 7 중의 32) 로 질소 가스와 혼합하고, 결정 (8) 의 슬러리와 질소 가스에 의한 슬러그류 (슬러리와 질소 가스가 교대로 나열된 흐름) 를 형성시켰다. 또한, 믹서 2 는 관의 폐색을 회피하기 위해서, 도 8 에 나타내는 이중관 구조를 갖고, 50 ℃ 로 한 항온조에 설치하였다.

공정 (b) :

450 W 의 고압 수은 램프에 의한 광 조사하, 추가로 초음파의 조사하에서 고리화 반응을 실시하였다. 슬러그류가, 광과 초음파의 조사 부분을 11 분 동안 통과하도록 매스 플로우 컨트롤러로 조정하고, 반응을 실시하였다. 회수한 유출액의 HPLC 분석에 의해, 목적 화합물 (13a) 의 전화율은 34 ％ 였다.

참고예 1

상기의 비특허문헌 2 에 준하여, 시트라콘산 무수물 (11) 의 용액 중에서의 광을 조사하는 고리화 반응을 실시하였다.

[화학식 18]

시트라콘산 무수물 (11) (1.38 g, 12.31 m㏖), 용매로서 1,4-디옥산 (10 ㎖) 및 광 증감제로서 벤조페논 (93.0 ㎎, 0.51 m㏖) 을 나사구병 (마루엠사 제조의 스크루관) 에 첨가하고, 마그네틱 스터러로 교반할 수 있도록 하고, 광원을 나사구병의 외부에 설치하였다. 나사구병과 광원의 거리는 4.5 ㎝ 로 하였다. 100 W 의 고압 수은 램프로 18 시간, 광을 조사하는 고리화 반응을, 20 ℃ 내지 25 ℃ 에서 실시하였다. 반응을 정지시킨 후, 반응 혼합물의 분석에 의해, 목적 화합물 (12a) 의 전화율은 68 ％, 선택성은 50 ％ 였다. 전화율 및 선택성은 GC 분석에 있어서의 각종 피크의 상대 면적비로부터 산출하였다. 원료로 시트라콘산 무수물을 사용하고 있고, GC 분석에서는, 시트라콘산 무수물의 피크는 원료의 피크로서 취급하였다.

GC 분석 및 GC-HRMS 분석용의 샘플의 조제 방법과 분석 결과에 대하여, 이하에 기재한다. 현탁한 반응 혼합물로부터, 현탁액 (100 ㎕) 을 샘플링하고, 디메틸술폭시드 (1.5 ㎖) 로 희석하여 분석 샘플로 하였다.

목적 화합물 (12a) 의 분석 결과는, 이하와 같다.

GC 분석 : 유지 시간 = 15.60 분

GC-HRMS 분석 : m/z calcd for C₁₀H₉O₆ [M+H]⁺ : 225.0399, found 225.0386

목적 화합물 (12a) 의 디아스테레오머의 분석 결과는, 이하와 같다.

GC 분석 : 유지 시간 = 15.81 분

GC-HRMS 분석 : m/z calcd for C₁₀H₉O₆ [M+H]⁺ : 225.0399, found 225.0403

GC-HRMS 에 의한 질량수의 결과로부터, 화합물 (12a) 와 동일한 분자량이지만, GC 의 유지 시간이 상이한 그 디아스테레오머를 확인할 수 있었다. 그러나, 화합물 (12a) 의 디아스테레오머의 입체 구조의 결정은 할 수 없었다. 목적 화합물 (12a) 의 디아스테레오머는, 화합물 (12b), 화합물 (12c) 또는 화합물 (12d) 중 1 개인 것으로 추정하였다.

참고예 2

상기의 특허문헌 2 에 기재된 방법에 준하여, 시트라콘산 무수물 (11) 의 용액 중에서의 광을 조사하는 고리화 반응을 실시하였다.

[화학식 19]

시트라콘산 무수물 (11) (1.42 g, 12.67 m㏖) 및 용매로서 아세트산에틸 (10 ㎖) 을 나사구병 (마루엠사 제조의 스크루관) 에 첨가하고, 마그네틱 스터러로 교반할 수 있도록 하여, 광원을 나사구병의 외부에 설치하였다. 광 증감제의 첨가는 실시하지 않고, 나사구병과 광원의 거리는 4.5 ㎝ 로 하였다. 100 W 의 고압 수은 램프로 60 시간, 광을 조사하는 고리화 반응을, 20 ℃ 내지 25 ℃ 에서 실시하였다. 반응을 정지시킨 후, 반응 혼합물의 용매를 증류 제거하고, 진공 펌프를 사용하여 진공 건조시켜, 백색 고체의 반응 혼합물 (1.36 g) 을 얻었다. 그 반응 혼합물의 분석에 의해, 목적 화합물 (12a) 의 전화율은 88 ％, 선택성은 41 ％ 였다. GC 샘플의 조제법은, 상기의 GC 샘플 조제법 A 를 사용하였다. 전화율 및 선택성은, 실시예 2-1 에 기재된 방법에 준하여 분석하고, GC 분석의 각종 피크의 상대 면적비로부터 산출하였다.

상기의 특허문헌 2 및 비특허문헌 2 에서는, 광을 조사하는 고리화 반응의 직후, 즉, 정제 조작을 실시하기 전의 목적 화합물과 불필요한 디아스테레오머의 선택성에 대한 기재가 없었다. 상기의 참고예의 결과로부터, 목적 화합물인 1,3-디메틸시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 2 무수물에 대하여, 불필요한 디아스테레오머가 1 배 내지 1.4 배 정도로 생성되어 있는 것이 확인되었다. 따라서, 종래의 제조법에서는, 이 낮은 선택성으로 인하여, 번잡한 정제 조작이 필요하여, 생산 효율의 면에서 악영향을 미치고 있었던 것으로 추찰된다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의해 얻어지는 시클로부탄 고리 상의 2 개의 치환기가 1 위치 및 3 위치에 위치하고, 또한 그 치환기의 상대 배치가 트랜스인 것을 만족하는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 및 그 산 2 무수물은, 폴리이미드 등 각종 공업용의 원료나 합성 중간체로서 광범위한 분야에서 사용되어, 유용한 화합물이다.

또한, 2014년 5월 9일에 출원된 일본 특허출원 2014-098037호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하고, 본 발명의 명세서의 개시로서 받아들이는 것이다.

11 : 화합물 (6C) 의 아세트산에틸 용액이 들어가 있는 시린지 펌프
12 : 화합물 (7) 의 아세트산에틸 용액이 들어가 있는 시린지 펌프
21 : T 자형 믹서 (믹서 1)
31 : 항온조
32 : 이중관 구조를 가지는 T 자형 믹서 (믹서 2)
33 : 매스 플로우 컨트롤러
34 : 질소 가스 봄베
41 : 초음파 세정기
42 : 램프 재킷
43 : 광원
44 : 목적 생성물을 회수하는 용기

Claims

이하의 공정 (a) 및 공정 (b) 를 갖는, 식 (2) 로 나타내는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산의 제조 방법.
[화학식 1]

(R¹ 은, C₁ ∼ C₄ 알킬기, 페닐기 또는 할로겐 원자를 나타낸다.)
공정 (a) : 용매의 존재하 또는 부존재하에서, 식 (4C) 또는 식 (4M) 으로 나타내는 에틸렌디카르복실산 유도체와 함질소 유기 화합물 (5) 로 구성되는 결정 (1) 을 제조하는 공정.
[화학식 2]

(R¹ 은 상기와 동일한 의미를 나타낸다.)
공정 (b) : 공정 (a) 에서 얻어진 결정 (1) 에 광을 조사하여 고리화 반응을 실시하는 공정.
제 1 항에 있어서,
함질소 유기 화합물 (5) 가, 지방족 아민, 방향족 아민, 아민옥사이드,아미드, 이미드 또는 함질소 복소 고리형 화합물인 제조 방법.
제 2 항에 있어서,
함질소 유기 화합물 (5) 가, 함질소 복소 고리형 화합물인 제조 방법.
제 3 항에 있어서,
함질소 복소 고리형 화합물이, 니코틴아미드 또는 피리딘인 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
공정 (b) 에 있어서, 파장이 290 ㎚ 내지 600 ㎚ 인 광을 조사하는 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
공정 (b) 에 있어서, 파장이 300 ㎚ 내지 580 ㎚ 인 광을 조사하는 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
공정 (b) 에 있어서, 광 증감제의 존재하에서 광을 조사하는 제조 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
식 (4C) 또는 식 (4M) 에 있어서, R¹ 은 메틸기 또는 에틸기를 나타내는 제조 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
식 (4C) 로 나타내는 화합물을 사용하는 제조 방법.
제 1 항에 기재된 제조 방법으로 얻어진 식 (2) 로 나타내는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산을 탈수 축합 반응시키는 것에 의한, 식 (3) 으로 나타내는 1,3-디치환 시클로부탄-1,2,3,4-테트라카르복실산 2 무수물의 제조 방법.
[화학식 3]

(식 중, R¹ 은, C₁ ∼ C₄ 알킬기, 페닐기 또는 할로겐 원자를 나타낸다.)
[화학식 4]

(식 중, R¹ 은 상기와 동일한 의미를 나타낸다.)
제 10 항에 있어서,
무수 아세트산의 존재하에서 탈수 축합 반응을 실시하는 제조 방법.
Cu-Kα 선에 의한 분말 X 선 회절에 있어서, 회절각 2θ = (12.58 ± 0.2, 15.05 ± 0.2, 16.08 ± 0.2, 17.60 ± 0.2, 19.20 ± 0.2, 21.57 ± 0.2, 23.02 ± 0.2, 24.50 ± 0.2, 26.45 ± 0.2, 27.06 ± 0.2, 28.10 ± 0.2, 32.49 ± 0.2, 35.90 ± 0.2, 36.46 ± 0.2 및 38.43 ± 0.2) 에 피크를 갖는 피리딘과 시트라콘산으로 구성되는 결정.
제 12 항에 있어서,
Cu-Kα 선에 의한 분말 X 선 회절에 있어서, 회절각 2θ = (12.58 ± 0.2, 15.05 ± 0.2, 16.08 ± 0.2, 17.60 ± 0.2, 18.34 ± 0.2, 19.20 ± 0.2, 21.57 ± 0.2, 23.02 ± 0.2, 24.50 ± 0.2, 26.45 ± 0.2, 27.06 ± 0.2, 28.10 ± 0.2, 30.39 ± 0.2, 32.49 ± 0.2, 34.71 ± 0.2, 35.90 ± 0.2, 36.46 ± 0.2 및 38.43 ± 0.2) 에 피크를 갖는 결정.