KR20220058162A - 티오메틸페놀 유도체의 제조방법 - Google Patents

티오메틸페놀 유도체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

(a) 탄소 수 3~10의 헤테로고리형 염기와 산이 동시에 존재하는 조건 하에서 하기 화학식 2로 표시되는 페놀 유도체, R4SH로 표시되는 메르캅탄 유도체 및 파라포름알데히드를 반응온도 T1에서 1차 반응시키는 단계; 및 (b) 반응온도 T2에서 2차 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 티오메틸페놀 유도체를 제조하는 단계;를 포함하고, T1 < T2를 만족하는, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법이 개시된다.

Description

티오메틸페놀 유도체의 제조방법{METHOD FOR PREPARING THIOMETHYLPHENOL DERIVATIVE}
티오메틸페놀 유도체의 제조방법에 관한 것이다.
티오메틸페놀 유도체는 플라스틱, 고무, 오일 등에서 산화방지제로 사용되고 있다.
이러한 티오메틸페놀 유도체는 촉매 존재 하에서 페놀 유도체를 파라포름알데히드, 메르캅탄 유도체와 반응시켜 제조되나, 반응온도가 과도하게 높거나 반응시간이 길어 이를 개선하기 위한 여러가지 방법이 시도되었다.
예를 들어, 염기 존재 하에서 반응을 수행하거나, 환원제 등을 사용하는 방법이 제안되었으나 정제시간이 과도하게 길고, 반응 및 정제 과정에서 변색이 발생하는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제813173호, 제813174호, 제926796호, 제963311호 등에는 염기와 산이 동시에 존재하는 조건 하에서 반응을 수행하고, 산으로 정제하여 변색을 감소시키는 방법이 제안되었다.
최종제품의 변색을 더 감소시키고, 안정성을 개선하며 정제공정의 친환경성 및 공정 전체의 에너지효율을 개선한 티오메틸페놀 유도체의 제조방법을 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면, (a) 탄소 수 3~10의 헤테로고리형 염기(base)와 산(acid)이 동시에 존재하는 조건 하에서 하기 화학식 2로 표시되는 페놀 유도체, R4SH로 표시되는 메르캅탄 유도체 및 파라포름알데히드를 반응온도 T1에서 1차 반응시키는 단계; 및 (b) 반응온도 T2에서 2차 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 티오메틸페놀 유도체를 제조하는 단계;를 포함하고, T1 < T2를 만족하는, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법이 제공된다:
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
상기에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C16의 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C5~C16의 시클로알킬기 또는 방향족을 포함하는 알킬기, -CH2SR3 중에서 선택되고, R3 및 R4는 각각 C1~C16의 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C5~C16의 시클로알킬기 또는 방향족을 포함하는 알킬기 중에서 선택되고, R11 및 R22는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C16의 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C5~C16의 시클로알킬기 또는 방향족을 포함하는 알킬기 중에서 선택되고, n은 0 또는 1이다.
일 실시예에 있어서, 상기 티오메틸페놀 유도체의 제조방법은 95℃ < T1 + 5℃ ≤ T2 < 120℃를 만족할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 각각 1~5시간 동안 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 용매 0.5~50.0당량의 존재 하에서 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 용매는 물 또는 알코올일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 염기 0.01~0.50당량이 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계의 염기는 피롤, 피롤리딘, 이미다졸, 피리딘, 피페리딘, 피페라진 및 피라진으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 산 0.01~0.90당량이 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계의 산은 아염소산, 인산, 비산, 클로로아세트산, 불산, 아질산, 포름산, 벤조산, 히드라조산, 아세트산, 프로피온산 및 탄산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 메르캅탄 유도체 2.0~6.0당량이 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 파라포름알데히드 2.0~6.0당량이 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계 이후, (c) 상기 (b) 단계의 생성물 중 유기층을 산으로 세척하는 정제 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계의 산은 pKa 2.0 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계의 산은 아염소산, 인산, 비산, 클로로아세트산, 불산, 아질산, 포름산, 벤조산, 히드라조산, 아세트산, 프로피온산 및 탄산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계 이후, (d) 염기 또는 물로 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 염기는 무수탄산나트륨, 과탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 탄산수소나트륨으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계 이후, (e) 90~120℃에서 1~5시간 동안 감압농축하여 화학식 1로 표시되는 티오메틸페놀 유도체를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 분리된 상기 티오메틸페놀 유도체는 120℃의 조건에서 72시간 방치한 후의 APHA 값이 75 미만일 수 있다.
일 측면에 따르면, 최종 제품의 안정성이 개선되고, 공정 상의 변색을 최소화하며, 제조공정의 에너지효율 및 정제공정의 경제성이 개선된 티오메틸페놀 유도체의 제조방법이 제공될 수 있다.
본 명세서의 일 측면의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 명세서의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 의한 티오메틸페놀 유도체의 제조방법에 대한 개략도를 도시한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 명세서의 일 측면을 설명하기로 한다. 그러나 본 명세서의 기재사항은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 명세서의 일 측면을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 수치적 값의 범위가 기재되었을 때, 이의 구체적인 범위가 달리 기술되지 않는 한 그 값은 유효 숫자에 대한 화학에서의 표준규칙에 따라 제공된 유효 숫자의 정밀도를 갖는다. 예를 들어, 10은 5.0 내지 14.9의 범위를 포함하며, 숫자 10.0은 9.50 내지 10.49의 범위를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 명세서의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
티오메틸페놀 유도체의 제조방법
일 측면에 따른 티오메틸페놀 유도체의 제조방법은, (a) 탄소 수 3~10의 헤테로고리형 염기(base)와 산(acid)이 동시에 존재하는 조건 하에서 하기 화학식 2로 표시되는 페놀 유도체, R4SH로 표시되는 메르캅탄 유도체 및 파라포름알데히드를 반응온도 T1에서 1차 반응시키는 단계; 및 (b) 반응온도 T2에서 2차 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 티오메틸페놀 유도체를 제조하는 단계;를 포함하고, T1 < T2를 만족할 수 있다:
[화학식 1]
Figure pat00003
[화학식 2]
Figure pat00004
상기에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C16의 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C5~C16의 시클로알킬기 또는 방향족을 포함하는 알킬기, -CH2SR3 중에서 선택되고, R3 및 R4는 각각 C1~C16의 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C5~C16의 시클로알킬기 또는 방향족을 포함하는 알킬기 중에서 선택되고, R11 및 R22는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C16의 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C5~C16의 시클로알킬기 또는 방향족을 포함하는 알킬기 중에서 선택되고, n은 0 또는 1이다.
도 1을 참고하면, 상기 티오메틸페놀 유도체의 제조방법은 반응온도 T1에서 수행되는 1차 반응과, 상기 1차반응보다 반응온도가 높은 T2에서 수행되는 2차 반응을 포함하여 최종 제품의 순도를 향상시킬 수 있고, 일부 포함될 수 있는 부산물의 조성이 변화하여 열안정성이 현저히 개선될 수 있다.
상기 티오메틸페놀 유도체의 제조방법은 95℃ < T1 + 5℃ ≤ T2 < 120℃를 만족할 수 있다. 상기 T1의 온도가 90℃ 이하이면 반응이 불충분하게 진행될 수 있고, 상기 T2의 온도가 120℃ 이상이면 사용된 에너지 대비 효율이 불충분할 수 있다. 상기 T1 및 T2의 온도 차이가 5℃ 이상이면 전술한 순도 향상 및 열안정성 개선이 효과적으로 구현될 수 있다.
상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 각각 1~5시간 동안, 예를 들어, 1시간, 1.5시간, 2시간, 2.5시간, 3시간, 3.5시간, 4시간, 4.5시간, 5시간 또는 이들 중 두 값의 사이 범위의 시간 동안 수행될 수 있다.
상기 페놀 유도체는 o-크레졸, p-크레졸, 4-부틸페놀 및 비스페놀로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 (a) 단계는 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 용매 0.5~50.0당량, 예를 들어, 0.5당량, 1.0당량, 1.5당량, 2.0당량, 2.5당량, 3.0당량, 3.5당량, 4.0당량, 4.5당량, 5.0당량, 5.5당량, 6.0당량, 6.5당량, 7.0당량, 7.5당량, 8.0당량, 8.5당량, 9.0당량, 9.5당량, 10.0당량, 10.5당량, 11.0당량, 11.5당량, 12.0당량, 12.5당량, 13.0당량, 13.5당량, 14.0당량, 14.5당량, 15.0당량, 15.5당량, 16.0당량, 16.5당량, 17.0당량, 17.5당량, 18.0당량, 18.5당량, 19.0당량, 19.5당량, 20.0당량, 20.5당량, 21.0당량, 21.5당량, 22.0당량, 22.5당량, 23.0당량, 23.5당량, 24.0당량, 24.5당량, 25.0당량, 25.5당량, 26.0당량, 26.5당량, 27.0당량, 27.5당량, 28.0당량, 28.5당량, 29.0당량, 29.5당량, 30.0당량, 30.5당량, 31.0당량, 31.5당량, 32.0당량, 32.5당량, 33.0당량, 33.5당량, 34.0당량, 34.5당량, 35.0당량, 35.5당량, 36.0당량, 36.5당량, 37.0당량, 37.5당량, 38.0당량, 38.5당량, 39.0당량, 39.5당량, 40.0당량, 40.5당량, 41.0당량, 41.5당량, 42.0당량, 42.5당량, 43.0당량, 43.5당량, 44.0당량, 44.5당량, 45.0당량, 45.5당량, 46.0당량, 46.5당량, 47.0당량, 47.5당량, 48.0당량, 48.5당량, 49.0당량, 49.5당량, 50.0당량 또는 이들 중 두 값의 사이 범위의 용매 존재 하에서 수행될 수 있다. 용매의 함량이 상기 범위를 벗어나면 반응성이 저하될 수 있다.
상기 용매는 물 또는 알코올일 수 있다. 상기 알코올은, 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올 및 부탄올로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 (a) 단계는 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 염기 0.01~0.50당량, 예를 들어, 0.01당량, 0.05당량, 0.10당량, 0.15당량, 0.20당량, 0.25당량, 0.30당량, 0.35당량, 0.40당량, 0.45당량, 0.50당량 또는 이들 중 두 값의 사이 범위가 사용될 수 있다. 상기 염기의 사용량이 과도하게 적으면 반응시간이 불필요하게 길어지고, 과도하게 많으면 부산물로 인하여 제품 특성이 변질될 수 있다.
상기 헤테로고리형 염기는 사이클릭알칸(cyclic alkane), 사이클릭알켄(cyclic alkene), 사이클릭알킨(cyclic alkyne) 또는 방향족탄화수소(aromatic hydrocarbon)의 구성 탄소 중 적어도 하나가 헤테로 원자로 변경된 것으로, 일 예에서 상기 (a) 단계의 헤테로고리형 염기는 피롤, 피롤리딘, 이미다졸, 피리딘, 피페리딘, 피페라진 및 피라진으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 (a) 단계는 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 산 0.01~0.90당량, 예를 들어, 0.01당량, 0.05당량, 0.10당량, 0.15당량, 0.20당량, 0.25당량, 0.30당량, 0.35당량, 0.40당량, 0.45당량, 0.50당량, 055당량, 0.60당량, 0.65당량, 0.70당량, 0.75당량, 0.80당량, 0.85당량, 0.90당량 또는 이들 중 두 값의 사이 범위가 사용될 수 있다. 상기 (a) 단계에서 산의 사용량이 상기 범위를 만족하면 반응온도 및 시간 조건이 보다 유리할 수 있다.
상기 (a) 단계의 산은 아염소산, 인산, 비산, 클로로아세트산, 불산, 아질산, 포름산, 벤조산, 히드라조산, 아세트산, 프로피온산 및 탄산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 예시에서, 상기 (a) 단계가 헤테로고리형 염기와 산이 동시에 존재하는 조건 하에서 수행되면 반응물인 염기와 파라포름알데히드가 아미노메탄올 중간체를 형성하고, 산에 의해 반응성이 큰 이민으로 전환되어 페놀과의 반응성이 극대화되며, 염기의 산화가 방지될 수 있다. 또한, 헤테로고리형 염기는 직쇄형 염기 대비 분자간 반응을 위한 공간 방해가 최소화되어 반응속도가 향상될 수 있다.
상기 (a) 단계에서 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 메르캅탄 유도체 2.0~6.0당량, 예를 들어, 2.0당량, 2.5당량, 3.0당량, 3.5당량, 4.0당량, 4.5당량, 5.0당량, 5.5당량, 6.0당량 또는 이들 중 두 값의 사이 범위가 사용될 수 있다. 상기 메르캅탄 유도체의 사용량이 과도하게 적으면 미반응으로 인한, 예를 들어, 모노티오메틸페놀과 디티오메틸페놀의 혼합물이 생성될 수 있고, 과도하게 많으면 부산물이 증가하고 정제시간이 불필요하게 길어질 수 있다.
상기 메르캅탄 유도체는 옥탄메르캅탄, 데칸메르캅탄, 도데칸메르캅탄, 벤질메르캅탄 및 티오페놀로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 (a) 단계에서 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 파라포름알데히드 2.0~6.0당량, 예를 들어, 2.0당량, 2.5당량, 3.0당량, 3.5당량, 4.0당량, 4.5당량, 5.0당량, 5.5당량, 6.0당량 또는 이들 중 두 값의 사이 범위가 사용될 수 있다. 상기 파라포름알데히드의 사용량이 과도하게 적으면 미반응으로 인한, 예를 들어, 모노티오메틸페놀과 디티오메틸페놀의 혼합물이 생성될 수 있고, 과도하게 많으면 정제시간이 불필요하게 길어질 수 있다.
상기 (b) 단계 이후, (c) 상기 (b) 단계의 생성물 중 유기층을 산으로 세척하는 정제 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 유기층에는 티오메틸페놀 유도체 외에도 반응 중간체인 아미노메탄올 등이 잔류하여 최종제품의 변색이 발생할 수 있다. 이에 따라, 전술한 2단계 반응 외에도 일정량의 산으로 아미노메탄올을 분해하거나 제거하여 정제함으로써 변색을 최소화할 수 있다.
상기 (c) 단계의 산은 pKa 2.0 이상일 수 있고, 예를 들어, 아염소산, 인산, 비산, 클로로아세트산, 불산, 아질산, 포름산, 벤조산, 히드라조산, 아세트산, 프로피온산 및 탄산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 산이 인산이면 농도가 15% 이상인 것일 수 있고, 상기 산이 아세트산이면 농도 5% 초과인 것일 수 있다.
상기 (c) 단계 이후, (d) 염기 또는 물로 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 염기는 무수탄산나트륨, 과탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 탄산수소나트륨으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 (d) 단계는 상기 (c) 단계에서 사용된 산을 중화 및 제거하는 것일 수 있으나, 상기 (c) 단계의 산이 농도 5% 초과의 아세트산이면 중화 공정을 생략하고 물로 세척하는 것만으로 충분히 부산물을 제거할 수 있어 경제적으로 유리할 수 있다.
상기 (d) 단계 이후, (e) 90~120℃에서 1~5시간 동안 감압농축하여 화학식 1로 표시되는 티오메틸페놀 유도체를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 감압농축은 90℃, 95℃, 100℃, 105℃, 110℃, 115℃, 120℃ 또는 이들 중 두 값의 사이 범위의 온도에서, 1시간, 1.5시간, 2시간, 2.5시간, 3시간, 3.5시간, 4시간, 4.5시간, 5시간 또는 이들 중 두 값의 사이 범위의 시간 동안 수행될 수 있다.
감압농축 시의 온도가 상기 범위를 만족하면 최종 제품내의 메르캅탄 유도체 잔류량이 0.1중량% 미만일 수 있고, 특히, 온도가 110℃ 이상이면 0.01중량% 미만으로 더욱 감소시킬 수 있다.
분리된 상기 티오메틸페놀 유도체는 120℃의 조건에서 72시간 방치한 후의 APHA 값이 75 미만, 70 미만, 65 미만, 60 미만, 55 미만 또는 50 미만일 수 있다.
이하, 본 명세서의 실시예에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실험 결과는 상기 실시예 중 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 실시예 등에 의해 본 명세서의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 명세서의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
실시예 1
o-크레졸 100중량부, 파라포름알데히드 3당량, n-옥탄티올 2당량, 피페리딘 0.3당량 혼합액에 용매로 물 1.0당량에 인산 0.01당량과 아세트산 0.1당량을 첨가한 후, 100℃에서 2 시간 동안 반응시키고, 115℃로 승온시킨 후 3시간 동안 반응시켜 반응생성물을 얻었다. 반응생성물로부터 수층을 제거하고, 유기층을 8.5% 아세트산으로 세척하고, 물로 세척한 후 115℃에서 3시간 동안 감압농축하여 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 98.0%이었다. 잔여 n-옥탄티올 함량은 0.005%로 확인되었다.
실시예 2
o-크레졸 100중량부, n-옥탄티올 2당량, 파라포름알데히드 3당량, 피페리딘 0.3당량 혼합액에 용매로 물 1.0당량에 인산 0.01당량과 아세트산 0.1당량을 첨가한 후, 100℃에서 2 시간 동안 반응시키고, 115℃로 승온시킨 후 3시간 동안 반응시켜 반응생성물을 얻었다. 반응생성물로부터 수층을 제거하고, 유기층을 8.5% 아세트산으로 세척하고, 물로 세척한 후 100℃에서 3시간 동안 감압농축하여 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 98.1%이었다. 잔여 N-옥탄티올 함량은 0.02%로 확인되었다.
실시예 3
o-크레졸 100중량부, 파라포름알데히드 3당량, n-옥탄티올 2당량, 피페리딘 0.3당량 혼합액에 용매로 물 1.0당량에 인산 0.01당량과 아세트산 0.1당량을 첨가한 후, 100℃에서 2 시간 동안 반응시키고, 115℃로 승온시킨 후 3시간 동안 반응시켜 반응생성물을 얻었다. 반응생성물로부터 수층을 제거하고, 유기층을 17% 인산으로 세척하고, 10% 탄산나트륨 수용액으로 세척한 후 100℃에서 3시간 동안 감압하여 농축된 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 97.8%이었다. 잔여 N-옥탄티올 함량은 0.03%로 확인되었다.
실시예 4
o-크레졸 100중량부, n-옥탄티올 2당량, 파라포름알데히드 3당량, 피페리딘 0.3당량 혼합액에 용매로 물 1.0당량에 인산 0.01당량과 아세트산 0.1당량을 첨가한 후, 105℃에서 2 시간 동안 반응시키고, 110℃로 승온시킨 후 3시간 동안 반응시켜 반응생성물을 얻었다. 반응생성물로부터 수층을 제거하고, 유기층을 17% 인산으로 세척하고, 10% 탄산나트륨 수용액으로 세척한 후 115℃에서 3시간 동안 감압하여 농축된 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 97.9%이었다. 잔여 N-옥탄티올 함량은 0.006%로 확인되었다.
실시예 5
n-옥탄티올 2당량, 파라포름알데히드 3당량, 물 1.0당량, 인산 0.01당량, 아세트산 0.1당량, 피페리딘 0.3당량, o-크레졸 100중량부를 95℃에서 2 시간 동안 반응시키고, 105℃에서 3시간 동안 반응시켜 반응생성물을 얻었다. 반응생성물로부터 수층을 제거하고, 유기층을 8.5% 아세트산으로 세척하고, 물로 세척한 후 115℃에서 3시간 동안 감압농축하여 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 97.1%이었다. 잔여 N-옥탄티올 함량은 0.005%로 확인되었다.
비교예 1
o-크레졸 100중량부, 파라포름알데히드 3당량, n-옥탄티올 2당량, 디메틸아민 0.2당량 혼합액에 용매로 물 1.0당량에 아세트산 0.15당량을 첨가한 후, 120℃에서 5시간 동안 반응시켜 반응생성물을 수득하였다. 반응생성물로부터 수층을 제거하고 유기층을 8.5% 아세트산으로 세척하고, 물로 세척한 후 3시간 동안 감압농축하여 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 97.0%이었다.
비교예 2
o-크레졸 100중량부, 파라포름알데히드 3당량, n-옥탄티올 2당량, 피페리딘 0.3당량 혼합액에 용매로 물 1.0당량에 인산 0.01당량과 아세트산 0.1당량을 첨가한 후, 100℃에서 5시간 동안 반응시켜 반응생성물을 수득하였다. 반응생성물로부터 수층을 제거하고 유기층을 17% 인산으로 세척하고, 10% 탄산나트륨 수용액으로 세척한 후 3시간 동안 감압하여 농축된 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 96.3%이었다.
비교예 3
유기층의 세척 시 7% 황산 처리 후 10%의 탄산나트륨 수용액으로 후처리한 것을 제외하면, 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 97.5%이었다.
비교예 4
유기층의 세척 시 5% 황산 처리 후 10%의 탄산나트륨 수용액으로 후처리한 것을 제외하면, 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 97.4%이었다.
비교예 5
유기층의 세척 시 3% 황산 처리 후 10%의 탄산나트륨 수용액으로 후처리한 것을 제외하면, 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 97.9%이었다.
비교예 6
유기층의 세척 시 1% 황산 처리 후 10%의 탄산나트륨 수용액으로 후처리한 것을 제외하면, 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 97.5%이었으며, 부산물이 존재하였다.
비교예 7
유기층의 세척 시 10% 아세트산 처리 후 물로 후처리한 것을 제외하면, 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 97.7%이었다.
비교예 8
유기층의 세척 시 8.5% 아세트산 처리 후 10% 탄산나트륨으로 후처리한 것을 제외하면, 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 97.7%이었다.
비교예 9
유기층의 세척 시 8.5% 아세트산 처리 후 물로 후처리한 것을 제외하면, 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 97.5%이었다.
비교예 10
유기층의 세척 시 5% 아세트산 처리 후 10% 탄산나트륨으로 후처리한 것을 제외하면, 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 97.5%이었으며, 부산물이 존재하였다.
비교예 11
유기층의 세척 시 5% 아세트산 처리 후 물로 후처리한 것을 제외하면, 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였다. 상기에서 얻어진 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀의 전환율은 100%이고, 순도는 97.6%이었으며, 부산물이 존재하였다.
비교예 12
o-크레졸 100중량부, 파라포름알데히드 3당량, 물 1.0당량, 인산 0.01당량, 아세트산 0.1당량, 피페리딘 0.3당량, n-옥탄티올 2당량을 105℃에서 2 시간 동안 반응시키고, 95℃에서 3시간 동안 반응시켜 반응생성물을 얻었다. 반응생성물로부터 수층을 제거하고, 유기층을 아세트산과 물로 세척한 후 115℃에서 3시간 동안 감압농축하여 무색의 액체인 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀을 수득하였으나, 순도가 70.6%이고 부산물이 존재하며 미반응 n-옥탄티올의 함량이 7.16%이었다.
비교예 13
80℃에서 1차 반응을 수행하고, 90℃에서 2차 반응을 수행하는 것을 제외하면 실시예 5와 동일한 방법으로 공정을 수행하였으나, 반응이 충분히 진행되지 않았다.
상기 비교예 6, 10, 11, 12의 부산물은 하기 화학식 3으로 표시되는 N-하이드록시메틸피페리딘(NHP)으로, 기체크로마토그래피 분석하여 존재여부를 확인하였다.
[화학식 3]
Figure pat00005
상기 실시예 내지 비교예를 참고하면, 1차 반응 후 온도를 승온하여 2차 반응을 수행한 실시예 1 내지 실시예 5는 높은 순도의 티오메틸페놀 유도체의 제조가 가능하였다. 특히, 상기 실시예 1 내지 5는 상대적으로 높은 120℃에서 반응을 수행한 비교예 1과 유사하거나, 보다 우수한 순도를 구현할 수 있었다.
또한, 유기층을 pKa가 -2인 황산으로 세척한 후 탄산나트륨으로 후처리 시 황산농도가 3% 이상이면 부산물을 제거할 수 있었으나, 반응기의 부식이 발생할 수 있는 문제점이 있다(비교예 3 내지 비교예 6). 기체크로마토그래피 분석 결과, pKa가 2.0 초과인 17% 인산 수용액을 사용하면 반응기 부식의 문제점 없이 부산물을 제거할 수 있었다(비교예 2). 또한, 유기층을 농도 5% 초과의 아세트산으로 세척하면 탄산나트륨의 중화 없이 물 후처리만으로도 동일한 순도의 제품을 부산물 없이 얻을 수 있었다(비교예 7 내지 비교예 11).
또한, 산처리 및 후처리 후 수행되는 감압농축의 온도가 높을수록 잔여 N-옥탄티올 함량의 함량이 현저히 감소하는 것을 확인할 수 있다(실시예 1 내지 실시예 5).
실험예
상기 실시예 내지 비교예에서 제조된 2,4-비스(n-옥틸티오메틸)-6-메틸페놀 20 g을 바이알에 담아 오븐에 넣은 후, 120℃의 조건에서 3일간 색상 변화를 측정하였다. 변색 여부는 색상(APHA)를 측정하여 확인하였다. 시료의 APHA 값이 낮으면 변색이 적은 것이고, APHA 값이 높으면 변색이 심한 것을 의미한다. 열안정성이 낮을수록 변색이 심하게 발생하였다.
구분 세척공정 초기 1일 2일 3일
실시예 1 8.5%아세트산/물 19 26 31 37
실시예 3 17%인산/10%탄산나트륨 37 46 60 61
비교예 1 8.5%아세트산/물 50 80 103 108
비교예 2 17%인산/10%탄산나트륨 43 60 71 78
표 1을 참고하면, 실시예 1과 비교예 1, 실시예 3과 비교예 2는 동일한 세척 공정을 수행하였음에도 변색 정도에 차이가 발생하여 상대적으로 열안정성이 우수함을 확인할 수 있다.
이러한 차이점의 원인이 명확히 밝혀진 것은 아니나, 이는 반응온도를 달리하는 2단 반응에 의해 생성물의 순도가 상승하고, 불순물의 조성의 차이가 발생해서일 수 있다.
상기의 예시들을 참고하면, T2의 온도에서 5시간 동안 반응시켜 제조한 제품 대비 T1의 온도에서 2시간 반응시키고, T2의 온도에서 3시간 반응시켜 제조한 제품이 순도 및 열안정성의 측면에서 보다 우수할 수 있고, 에너지 사용량 또한 최소화시킬 수 있다.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 일 측면이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에 기재된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 명세서의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. (a) 탄소 수 3~10의 헤테로고리형 염기(base)와 산(acid)이 동시에 존재하는 조건 하에서 하기 화학식 2로 표시되는 페놀 유도체, R4SH로 표시되는 메르캅탄 유도체 및 파라포름알데히드를 반응온도 T1에서 1차 반응시키는 단계; 및
    (b) 반응온도 T2에서 2차 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 티오메틸페놀 유도체를 제조하는 단계;를 포함하고,
    T1 < T2를 만족하는, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure pat00006

    [화학식 2]
    Figure pat00007

    상기에서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C16의 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C5~C16의 시클로알킬기 또는 방향족을 포함하는 알킬기, -CH2SR3 중에서 선택되고,
    R3 및 R4는 각각 C1~C16의 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C5~C16의 시클로알킬기 또는 방향족을 포함하는 알킬기 중에서 선택되고,
    R11 및 R22는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C16의 직쇄 또는 분쇄 알킬기, C5~C16의 시클로알킬기 또는 방향족을 포함하는 알킬기 중에서 선택되고,
    n은 0 또는 1이다.
  2. 제1항에 있어서,
    95℃ < T1 + 5℃ ≤ T2 < 120℃를 만족하는, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 각각 1~5시간 동안 수행되는, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 용매 0.5~50.0당량의 존재 하에서 수행되는, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 용매는 물 또는 알코올인, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 염기 0.01~0.50당량이 사용되는, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 염기는 피롤, 피롤리딘, 이미다졸, 피리딘, 피페리딘, 피페라진 및 피라진으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 산 0.01~0.90당량이 사용되는, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 산은 아염소산, 인산, 비산, 클로로아세트산, 불산, 아질산, 포름산, 벤조산, 히드라조산, 아세트산, 프로피온산 및 탄산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 메르캅탄 유도체 2.0~6.0당량이 사용되는, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 페놀 유도체 1당량에 대하여 파라포름알데히드 2.0~6.0당량이 사용되는, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이후,
    (c) 상기 (b) 단계의 생성물 중 유기층을 산으로 세척하는 정제 단계를 더 포함하는, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (c) 단계의 산은 pKa 2.0 이상인, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 (c) 단계의 산은 아염소산, 인산, 비산, 클로로아세트산, 불산, 아질산, 포름산, 벤조산, 히드라조산, 아세트산, 프로피온산 및 탄산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후,
    (d) 염기 또는 물로 세척하는 단계를 더 포함하는, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 염기는 무수탄산나트륨, 과탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 탄산수소나트륨으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후,
    (e) 90~120℃에서 1~5시간 동안 감압농축하여 화학식 1로 표시되는 티오메틸페놀 유도체를 분리하는 단계를 더 포함하는, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    분리된 상기 티오메틸페놀 유도체는 120℃의 조건에서 72시간 방치한 후의 APHA 값이 75 미만인, 티오메틸페놀 유도체의 제조방법.
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