KR20220015168A - 메소트리온의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메소트리온의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 메소트리온의 제조 방법에 관한 것이다.
하기 화학식 1로 표시되는 메소트리온 (2-(4-메틸설포닐-2-니트로벤조일)사이클로헥산-1,3-디온)은 트리케톤 화합물로서, 농업 및 잡초 관리에 있어 작물 성장의 HPPD를 억제하는 제초제로 사용된다.
[화학식 1]
예를 들어, 특허문헌 WO2016-197900 A1 에는 하기 일련의 반응식 A-1 내지 A-3에 따라서 상기 화학식 1로 표시되는 메소트리온을 제조하는 방법이 제시되어 있다.
[반응식 A-1]
[반응식 A-2]
[반응식 A-3]
다만, 상기와 같이 종래 방식에 따라 메소트리온을 제조할 경우, 3단계 이상의 단계적 합성 반응이 필요하므로 공정에 소요되는 시간이 길고, 반응 수율이 낮으며, 합성 반응의 부산물로서 다량의 산 폐기물이 발생하는 문제가 있다.
이에 따라, 메소트리온의 제조 공정을 간소화하고, 최종 생성물인 메소트리온의 수율을 높이며, 메소트리온 합성 반응 중 생성되는 부산물의 양을 줄일 수 있는 메소트리온의 제조 방법이 요구된다.
본 발명의 일 실시상태는 메소트리온의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는
4-메틸설포닐-2-니트로벤조산, 시클로헥산-1,3-디온 및 N,N'-디시클로헥실카보디이미드를 반응시키는 반응 단계;
상기 반응 단계에서의 생성물을 사이안화물과 함께 교반시키는 교반 단계; 및
상기 교반 단계에서 교반된 용액으로부터 메소트리온을 수득하는 수득 단계를 포함하는 메소트리온의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 반응 단계, 교반 단계 및 수득 단계 중 적어도 하나의 단계는 각각 15℃ 내지 30℃의 온도 범위에서 이루어지는 것인 메소트리온의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 반응 단계, 교반 단계 및 수득 단계는 원포트 (One-pot) 반응으로 이루어지는 것인 메소트리온의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 메소트리온의 제조 방법에 의하면, 기존의 3단계 이상의 단계적 합성 반응 대신 원포트 반응에 따라 메소트리온을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 메소트리온의 제조 방법에 의하면, 메소트리온의 제조 공정을 간소화시키고, 공정에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 메소트리온의 제조 방법에 의하면, 메소트리온의 최종 수율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 메소트리온의 제조 방법에 의하면, 메소트리온 합성 반응의 부산물인 다량의 산 폐기물이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 메소트리온의 제조 방법에 의하면, 고온 또는 환류 조건 없이, 15℃ 내지 30℃의 온도 범위에서 원포트 반응에 따라 메소트리온을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 있어서, "여과"란 액체와 고체가 혼합된 물질을 입자의 크기 차이를 이용하여 분리하는 방법을 의미하며, 예를 들어 공지된 방법으로서 물리적인 세공 또는 간극을 갖는 필터에 의해 여과가 행해질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, "원포트 (One-pot) 반응"이란 2단계 이상의 반응 과정에 의해 목표 화합물을 합성하는 경우, 도중 각 단계의 중간 생성물을 정제함이 없이 하나의 반응기 속에서 다음 단계의 반응물을 추가하여 반응시키는 방법을 의미한다.
본 발명에 있어서, "A를 B에 투입하는 단계 또는 B를 A에 투입하는 단계"란 A를 B에 첨가하거나, B를 A에 첨가하는 단계 등을 의미하고, 첨가 방법은 예를 들어, 적하 (dropwise) 방식으로 이루질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, 용매의 함량은 각 단계에서 그 함량을 구체적으로 명시한 경우를 제외하고는, 반응물들을 용해시킬 수 있는 충분한 함량을 사용하고, 특별히 한정하지 않는다.
본 발명의 일 실시상태는 4-메틸설포닐-2-니트로벤조산 (4-(MethylSulfonyl)-2-NitroBenzoic Acid), 시클로헥산-1,3-디온 (CycloHexane-1,3-Dione) 및 N,N'-디시클로헥실카보디이미드 (N,N'-DiCyclohexylCarbodiimide) 를 반응시키는 반응 단계; 상기 반응 단계에서의 생성물을 사이안화물과 함께 교반시키는 교반 단계; 및 상기 교반 단계에서 교반된 용액으로부터 메소트리온을 수득하는 수득 단계를 포함하는 메소트리온의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 염화티오닐 (SOCl2) 대신 상기 반응 단계의 반응물 중 하나인 N,N'-디시클로헥실카보디이미드를 사용하여 메소트리온의 제조 방법을 제공한다. 종래기술에 따라, 메소트리온 제조에 있어서 염화티오닐을 사용할 경우, 다량의 산 폐기물(예를 들어, 염화수소 등)이 반응 부산물로 생성되는데, 본 발명의 일 실시상태에 따라 염화티오닐 대신 N,N'-디시클로헥실카보디이미드를 사용함으로써 반응 부산물이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 다량의 염화수소(HCl)가 발생되어 환경 또는 안전에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 반응 단계는 용매 중에서 수행될 수 있다. 이 때, 상기 용매는 아세토니트릴 (Acetonitrile), 1,2-디클로로에탄 (1,2-Dichloroethane), 톨루엔 (Toluene), 아세트산에틸 (Ethyl acetate), 1,4-다이옥산 (1,4-Dioxane) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매일 수 있다. 바람직하게, 상기 용매는 아세토니트릴일 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 반응 단계에서 4-메틸설포닐-2-니트로벤조산 및 시클로헥산-1,3-디온의 당량비는 1:1 내지 3:1이거나, 1:1 내지 1:3일 수 있고, 바람직하게는 1:1일 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 반응 단계에서 4-메틸설포닐-2-니트로벤조산 및 N,N'-디시클로헥실카보디이미드의 당량비는 1:1 내지 3:1이거나, 1:1 내지 1:3일 수 있고, 바람직하게는 1:1일 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 반응 단계에서 시클로헥산-1,3-디온 및 N,N'-디시클로헥실카보디이미드의 당량비는 1:1 내지 3:1이거나, 1:1 내지 1:3일 수 있고, 바람직하게는 1:1일 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 반응 단계는 4-메틸설포닐-2-니트로벤조산, 시클로헥산-1,3-디온 및 N,N'-디시클로헥실카보디이미드를 용매에 투입하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 반응 단계는 4-메틸설포닐-2-니트로벤조산, 시클로헥산디온 및 디시클로헥실카보디이미드를 용매에 투입하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 4-메틸설포닐-2-니트로벤조산, 시클로헥산디온 및 디시클로헥실카보디이미드를 용매에 투입하는 단계는 4-메틸설포닐-2-니트로벤조산, 시클로헥산디온 및 디시클로헥실카보디이미드를 용매에 첨가하거나, 용매를 4-메틸설포닐-2-니트로벤조산, 시클로헥산디온 및 디시클로헥실카보디이미드에 첨가하는 방식으로 이루어질 수 있다. 첨가 방법은 예를 들어, 적하 (dropwise) 방식으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시상태에 있어서, 상기 반응 단계는 15℃ 내지 30℃의 온도 범위에서 추가 교반하는 추가 교반 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 추가 교반은 1시간 내지 4시간; 또는 1.5시간 내지 3시간 동안 이루어질 수 있고, 바람직하게는 2시간 내지 2.5시간 동안 이루어질 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 교반 단계의 사이안화물은 사이안화나트륨 (NaCN), 사이안화칼륨 (KCN), 사이안화칼슘 (Ca(CN)2), 사이안화아연 (Zn(CN)2), 사이안화동(CuCN) 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게 상기 교반 단계의 사이안화물은 사이안화나트륨일 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 사이안화물은 몰% 표시로 5% 내지 20%의 사이안화물 수용액; 또는 5% 내지 15%의 사이안화물 수용액일 수 있고, 바람직하게는 10%의 사이안화물 수용액일 수 있다. 예를 들어, 상기 교반 단계에 포함되는 사이안화물은 몰% 표시로 10%의 사이안화나트륨 수용액일 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 교반 단계는 염기를 더 포함하여 교반될 수 있다. 상기 염기는 상기 반응 단계에서의 생성물에 투입되는 단계를 통하여 포함될 수 있다. 또한, 상기 염기는 구체적으로 트리에틸아민 (Triethylamine), 탄산 칼륨 (K2CO3), 탄산 나트륨(Na2CO3) 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 교반 단계에 포함되는 트리에틸아민 및 시클로헥산-1,3-디온의 당량비는 1:1 내지 3:1이거나, 1:1 내지 1:3일 수 있고, 바람직하게는 1:1.15일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또는 상기 교반 단계에 포함되는 트리에틸아민 및 N,N'-디시클로헥실카보디이미드의 당량비는 1:1 내지 3:1이거나, 1:1 내지 1:3일 수 있고, 바람직하게는 1:1.15일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시상태에 있어서, 상기 교반 단계는 15℃ 내지 30℃의 온도 범위에서 이루어질 수 있다. 이 때, 교반은 1시간 내지 4시간; 또는 1.5시간 내지 3시간 동안 이루어질 수 있고, 바람직하게는 2시간 내지 3시간 동안 이루어질 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 수득 단계는 상기 반응 단계 또는 교반 단계에서 생성되는 불순물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 불순물 제거 단계는 본원발명에 따른 일련의 단계에서 생성될 수 있는 임의의 불순물을 제거하는 단계로서 당 기술분야에서 사용하는 통상적으로 사용되는 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 반응 단계 또는 교반 단계에서 생성된 불순물은 여과매체 (filtering medium)를 사용한 여과를 통해 제거될 수 있고, 여과매체로는 글래스 필터 (glass filter) 등이 사용될 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않는다.
일 실시상태에 있어서, 상기 불순물은 상기 반응 단계 또는 교반 단계에서 생성되는 임의의 불순물을 의미한다. 예를 들어, 상기 불순물은 디시클로헥실우레아 (Dicyclohexylurea) 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시상태에 있어서, 상기 수득 단계는 상기 교반 단계에서 교반된 용액으로부터 제1 산을 이용하여 고체를 석출하는 석출 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 석출 단계는 상기 불순물 제거 단계를 통하여 불순물을 제거하고 확보한 여액 (filtrate)으로부터 pH에 따른 용해도 차이를 이용하여 고체를 석출할 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 제1 산은 산성 물질일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 산은 염화수소 (HCl), 질산 (HNO3), 또는 황산 (H2SO4) 등 및 이들의 수용액일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 여액에 2N 농도의 염화수소 수용액을 투입할 수 있다. 이 때, 상기 제1 산은 상기 여액의 pH가 1.5 내지 3.5, 바람직하게는 2 내지 3의 범위가 될 때까지 투입할 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 수득 단계는 상기 상기 교반 단계에서 교반된 용액에 제1 산을 투입한 다음, 15℃ 내지 30℃의 온도 범위에서 0.5시간 내지 2시간, 바람직하게는 1시간 내지 1.5시간 동안 교반함으로써 고체를 석출할 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 수득 단계는 상기 수득한 고체를 추가 정제하여 최종 생성물로서의 메소트리온을 수득할 수 있다. 상기 추가 정제는 반응 생성물에 포함된 임의의 불순물을 제거하여, 생성물의 순도를 높이는 단계로서 당 기술분야에서 사용하는 통상적으로 사용되는 방법이 사용될 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 반응 단계, 교반 단계 및 수득 단계 중 적어도 하나의 단계는 각각 상온에서 이루어질 수 있다. 이 때, 상온이란 15℃ 내지 30℃의 온도 범위일 수 있으므로, 다시 말해, 상기 반응 단계, 교반 단계 및 수득 단계 중 적어도 하나의 단계는 각각 15℃ 내지 30℃의 온도 범위에서 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 일련의 단계 중 어떠한 단계도 100℃ 이상의 온도로 승온시키지 않을 수 있고, 승온된 물질을 환류시키는 공정 또한 생략할 수 있다.
일 실시상태에 있어서, 상기 반응 단계, 교반 단계 및 수득 단계는 하나의 반응기 내에서 원포트 반응으로 연속적으로 이루어질 수 있다. 종래 기술에 따라 3단계 이상의 단계적 합성을 통하여 메소트리온을 제조하는 방법에 비하여, 본 발명의 일 실시상태에 따른 메소트리온의 제조 방법은 원포트 반응에 따르는 바, 제조 공정을 간소화시키고, 공정에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 비교예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예 및 비교예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예 및 비교예에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 발명의 실시예 및 비교예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
<실시예>
MSNBA 2g과 DCC 1.05eq, CHD 1.05eq을 MeCN 10mL에 투입하여 상온에서 4시간 동안 교반하였다. 이어서 NaCN 10mol% 40mg 및 TEA (triethylamine) 1.2eq을 투입하여 2시간 동안 교반하였다. 그 다음 여과(Filtration)을 통해 DCU (1,3-dicyclohexylurea)를 분리하였다. 이 때, 상기 여과를 통해 DCU를 분리하고 확보한 메소트리온의 반응 전환율은 94.47%이다. 이어서, 분리하여 확보한 여액에 2N HCl을 pH 2~3까지 투입, 1시간 동안 교반하며 고체를 석출하였다. 석출된 메소트리온을 여과(Filtration)를 통해 확보하였다. 이를 통해 93.8%의 메소트리온을 수득하였다.
<비교예 1>
MSNBA 2g과 DCC 1.05eq, CHD 1.05eq을 MeCN 10mL에 투입하여 65℃에서 4시간 동안 교반하였다. 이어서 상온으로 냉각 후 NaCN 10mol% 40mg 및 TEA 1.2eq을 투입하여 2시간 동안 교반하였다. 그 다음 여과(Filtration)을 통해 DCU (1,3-dicyclohexylurea)를 분리하였다. 이 때, 상기 여과를 통해 DCU를 분리하고 확보한 메소트리온의 반응 전환율은 83.48%이다.
<비교예 2>
MSNBA 2g과 DCC 1.05eq, CHD 1.05eq, TFPBA (trifluorophenylboronic acid) 2mol%를 Xylene 10mL에 투입하여 120℃에서 4시간 동안 교반하였다. 이어서 상온으로 냉각 후 NaCN 10mol% 40mg 및 TEA 1.2eq을 투입하여 2시간 동안 교반하였다. 그 다음 여과(Filtration)을 통해 DCU (1,3-dicyclohexylurea)를 분리하였다. 이 때, 상기 여과를 통해 DCU를 분리하고 확보한 메소트리온의 반응 전환율은 61.45%이다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 메소트리온 제조 방법은 기존 제조 방법에 비하여 더 적은 단계를 통하여 메소트리온을 수득할 수 있고, 또한 높은 수율로 메소트리온을 수득할 수 있으며, 추가 가열 공정 없이 상온에서 진행할 수 있다.
구체적으로, 실시예의 경우, 반응물을 별도의 가열 조건 또는 환류 조건 없이 상온의 온도 범위에서 메소트리온을 제조할 수 있고, 94.47%의 높은 수율 (추가 정제 후 최종 수율: 93.8%) 로 메소트리온을 수득할 수 있다.
반면, 비교예 1의 경우, 실시예의 온도 범위인 상온보다 높은 온도인 65℃에서 진행됨에 따라, 메소트리온 수율이 83.48%로 감소한다. 이에 따라, 비교예 1에서는 실시예보다 높은 온도에서 반응을 진행하기 위하여, 추가적인 가열 공정 등이 필요하지만, 실시예보다 수율이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 2의 경우, 실시예의 온도 범위인 상온보다 높은 온도인 120℃에서 진행되고, 실시예의 MeCN, NaCN 및 TEA 대신 TFPBA 및 Xylene을 사용한다. 비교예 2에 따른 메소트리온 수율은 61.45%으로, 실시예의 수율인 94.47%보다 감소하는 것을 확인할 수 있다.
Claims (8)
- 4-메틸설포닐-2-니트로벤조산, 시클로헥산-1,3-디온 및 N,N'-디시클로헥실카보디이미드를 반응시키는 반응 단계;
상기 반응 단계에서의 생성물을 사이안화물과 함께 교반시키는 교반 단계; 및
상기 교반 단계에서 교반된 용액으로부터 메소트리온을 수득하는 수득 단계를 포함하는 메소트리온의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 반응 단계는 용매 중에서 수행되는 것인 메소트리온의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 교반 단계의 사이안화물은 사이안화나트륨인 것인 메소트리온의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 교반 단계는 염기를 더 포함하여 교반시키는 것인 메소트리온의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 수득 단계는 상기 반응 단계 또는 교반 단계에서 생성되는 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 메소트리온의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 수득 단계는 상기 교반 단계에서 교반된 용액으로부터 제1 산을 이용하여 고체를 석출하는 석출 단계를 포함하는 것인 메소트리온의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 반응 단계, 교반 단계 및 수득 단계 중 적어도 하나의 단계는 각각 15℃ 내지 30℃의 온도 범위에서 이루어지는 것인 메소트리온의 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 반응 단계, 교반 단계 및 수득 단계는 원포트 반응으로 이루어지는 것인 메소트리온의 제조 방법.
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