KR20220097091A - 4,5-디아미노프탈로니트릴의 신규한 합성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 4,5-디아미노프탈로니트릴의 신규한 합성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile) 또는 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene)을 출발물질로 하여 4,5-디아미노프탈로니트릴을 제조하는 신규한 합성방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 4,5-디아미노프탈로니트릴의 신규한 합성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile) 또는 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠을 출발물질로 하여 4,5-디아미노프탈로니트릴을 제조하는 신규한 합성방법에 관한 것이다.
4,5-디아미노프탈로니트릴 (4,5-diaminophthalonitrile)은 도 1에서 나타낸 바와 같이 전자 주는 기(electron donating group)인 아미노(NH2)기와 전자 끄는 기(electron withdrawing group)인 사이안(CN)기가 벤젠고리의 양쪽에 나란하게 위치해 있기 때문에 높은 대칭성을 가지며 사이안(CN)기로 전자가 치우쳐 있는 독특한 전자분포 때문에 극성이 매우 크다.
이러한 전자분포와 높은 대칭성 때문에 4,5-디아미노프탈로니트릴은 광-전기 재료, 염료, 포피린 유도체, 액정 물질 등 다양한 분야에서 중요한 중간체로서 활용되고 있으며, 관련된 유도체 화합물을 시작물질 또는 중간체로 가지면서 OLED (organic light-emitting diode)와 이에 사용되는 비선형 광학특성(non-linear optical property)을 갖는 발색단을 합성한 연구들이 보고되었다.
또한, 4,5-디아미노프탈로니트릴과 같은 1,2-벤젠디카보나이트릴은 다양한 작용기를 갖는 프탈로사이아닌(phthalocyanine)과 프탈로사이아닌보다 구조 내 질소 밀도가 높은 유도체인 포피라진(porphyrazine)을 합성하는데 사용되는 효율적인 시작물질이다.
한편, 이러한 소재 화학 분야에서의 넓은 활용도와 이에 따른 중요도와는 대조적으로, 해당 물질의 합성 과정은 정제가 어려워 수율이 낮거나 또는 지나치게 긴 합성과정을 갖는 등의 문제점을 갖고 있었으며, 지금까지 알려진 종래 기술에 따른 선행 연구들에서 4,5-디아미노프탈로니트릴을 합성한 과정을 크게 세 가지 방식으로 분류해볼 수 있다.
상기 세 가지 합성 경로는 모두 사이안화구리(CuCN)를 사용한 로센먼드-본 브라운(Rosenmund-von Braun) 반응을 이용하여 두 개의 브로민기(Br)를 사이안기(CN)로 치환하는 방법을 사용하고 있으며, 이하에서는 이들에 대해 상세히 설명한다.
첫 번째 합성법은 하기 반응식 1에서 나타낸 바와 같이, 오쏘-페닐디아민(오쏘-디아미노벤젠)을 시작물질로 총 4 단계로 합성할 수 있다. 그러나 상기 첫 번째 합성법에 따른 합성 과정에서는 매우 독성이 강한 브로민(Br2)을 직접 사용하여 브로민화 반응을 해야 한다는 점과, 마지막 합성 단계인 사이안화 반응(cyanation)에서 합성 수율이 5~25 %로 재현성이 낮고, 전체적으로 낮은 수율에 대한 문제점이 있다 [총수득율(overall yield) = 3.5~17%]. 이는 오쏘-디아미노벤젠 구조가 잔류 구리 염과 킬레이트화(chelation)하여 1,2-디아미노벤젠 구조에서 반응 이후 남은 구리 염을 제거하는 과정이 매우 까다롭기 때문이다.
[반응식 1]
또한, 이와 유사한 킬레이트화에 따른 문제점은 아래의 두 번째 합성법에 따른 반응식 2에 따른 4,5-디아미노프탈로니트릴의 합성법에서도 나타난다. 이러한 방법에서는 하나 남은 나이트로(nitro)기를 환원시키기 위해서 염화 주석(SnCl2)을 사용할 수 있으나, 이러한 환원 반응 이후 1,2-디아미노벤젠 구조와 주석 염을 분리하기가 어려운 문제점이 있으며, 또한, 오쏘-디나이트로벤젠을 암모니아로 환원시켜 아미노(NH2)기를 도입하는 과정에서 암모니아의 반응성이 충분하지 않았다. 즉, 하나의 나이트로(NO2)기가 암모니아에 의해 환원되어 아미노(NH2)기가 되고 나면, 추가 환원 반응성이 떨어져 나머지 나이트로기가 더 이상 같은 조건에서 환원되지 않는 문제가 있어, 이 방법에서는 두 개의 브로민기를 나이트릴기로 치환하고 난 후, 남은 나이트로기를 염화 주석(SnCl2)을 사용하여 환원시켰으며, 이 방법의 총수득율 역시 5% 밖에 되지 않는다.
[반응식 2]
세 번째 방법으로서, 현재까지 가장 발전되어 수율 및 조건이 최적화된 합성 경로는 아래의 반응식 3에 따른 4,5-디아미노프탈로니트릴의 합성법이 파우스트 그룹에 의해 보고되었다. 이는 5,6-디사이아노-2,1,3-벤조싸이아디아졸(5,6-dicyano-2,1,3-benzothiadiazole)을 먼저 합성한 후 수소화붕소 소듐을 이용하여 환원적 탈황 반응으로 4,5-디아미노프탈로니트릴(1)을 합성하는 새로운 경로를 발표했으며, 파우스트 연구팀에서는 오쏘-디브로모벤젠(o-dibromobenzene)을 시작물질로 사용하여 총 6 단계만에 양호한 수율로 합성을 완료할 수 있음을 보고하였고, 이는 디아미노벤젠의 보호기로 벤조싸이아디아졸(benzothiadiazole) 구조를 이용함으로써 이웃자리 디아미노벤젠과 전이금속 염 사이의 킬레이트화에 의한 정제 문제를 해결하였으나, 비교적 긴 합성 단계와 인체 독성이 큰 브로민(Br2)를 사용해야하는 점을 고려했을 때 여전히 개선이 가능한 부분을 요구하고 있으며, 이 합성 방법 역시 총 6단계, 총수득율 16%에 머무르는 한계를 가진다.
[반응식 3]
상기 선행기술에서 언급한 바와 같이, 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile)은 전기적, 광학적 특성이 있으므로, 전기 발광 물질과 플라빈 계열의 전자 전달체를 비롯한 여러 분야에서 중요한 중간체로서 활용되고 있다. 그러나 이 물질을 합성하기 위해서는 합성 과정이 지나치게 길거나 정제 조건이 까다롭다는 문제점이 있었다.
따라서, 기존의 합성 연구에서의 가장 큰 한계였던 금속 킬레이트화 문제를 해결하면서 동시에 높은 수율과 짧은 합성 경로를 개발하기 위하여 아민 보호기를 도입한 후 이를 제거하는 탈보호반응성을 이용한 방식과 용매 조건에 따라 달라지는 친핵성 방향족 치환 반응성을 이용한 직접적 아민 치환 반응을 통한 방식을 도입할 수 있는 4,5-디아미노프탈로니트릴의 신규한 합성 방법의 개발은 지속적으로 요구되고 있다.
Mitzel, F.; FitzGerald, S.; Beeby, A.; Faust, R. Chem. Eur. J. 2003, 9, 1233
Rusanova, J.; Pilkington, M.; Decurtins, S. Chem. Commun. 2002, 2236
Faust, R. Eur. J. Org. Chem. 2001, 2797-2803
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 친핵성 방향족 치환 반응성을 이용한 직접적 아민 치환 반응을 통한 4,5-디아미노프탈로니트릴의 신규한 합성 방법 또는 아민 보호기를 도입한 후 이를 제거하는 탈보호 반응성을 이용한 4,5-디아미노프탈로니트릴의 신규한 합성 방법을 제공하는 것으로, 특히, 높은 수율과 짧은 합성 경로를 가지는 4,5-디아미노프탈로니트릴의 신규한 합성법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 위해, 본 발명은 하기 반응식 A에 따른, 기체 상태의 암모니아(NH3)와 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과의 반응을 통하거나, 또는 기체 상태의 암모니아(NH3)와 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4)과의 반응을 통해 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법을 제공한다.
[반응식 A]
상기 반응식 A 내 치환기 X는 F 또는 NH2 이다.
일 실시예로서, 상기 반응식 A에서 사용되는 용매는 비양성자성 극성 용매일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 반응식 A에서 사용되는 비양성자성 극성 용매는 다이메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide), 1,4-다이옥세인(1,4-dioxane), 아세토니트릴(acetonitrile), 헥사메틸포스포르아미드(hexamethylphosphorous triamide), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide), 및 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 반응식 A에서 사용되는 기체 상태의 암모니아(NH3)는 1 atm ~ 100 atm의 압력 조건하에서 반응시킬 수 있다.
일 실시예로서, 상기 반응식 A에서 사용되는 기체 상태의 암모니아(NH3)는 1 atm ~ 10 atm의 압력 조건하에서 100 ~ 150 ℃의 온도에서 반응시킬 수 있다.
일 실시예로서, 상기 반응식 A에서의 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4)은 아래 반응식 A-1에 따른 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 암모니아수(NH4OH)의 반응에 의해 제조될 수 있다.
[반응식 A-1]
또한, 본 발명은 하기 반응식 A-2에 따른, i) 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene, 2)의 시안화 반응을 통해 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)을 제조하고, ii) 기체 상태의 암모니아(NH3)와 상기 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과의 반응을 통하여, 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법을 제공한다.
[반응식 A-2]
또한, 본 발명은 하기 반응식 A-3에 따른, i) 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene, 2)의 시안화 반응을 통해 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)을 제조하고, ii) 얻어진 상기 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 암모니아수(NH4OH)의 반응에 의해 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4)를 제조한 이후에, iii) 기체 상태의 암모니아(NH3)와 상기 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4)과의 반응을 통하여, 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법을 제공한다.
[반응식 A-3]
또한, 본 발명은 하기 반응식 B에 따른, i) 치환기로서 Prot기(protecting group; 보호기)가 결합된 아민(NH2-Prot)과 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3), 또는 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4)과의 반응을 통하여 프탈로니트릴 화합물내의 플루오르기 대신에 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(6 또는 11)을 제조하고, ii) 상기 Prot기가 결합된 2차 아민기(-NH-Prot)를 포함하는 화합물(6 또는 11)내 Prot기를 탈보호 반응(deprotecting)에 의해 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법을 제공한다.
[반응식 B]
여기서, 상기 반응식 B에서의 Prot기는 산 조건하에서 Prot기가 결합된 2차 아민기(-NH-Prot)가 탈보호 (deprotection) 반응에 의해 1차 아민기(-NH2)로 변환될 수 있는 관능기일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 반응식 B에 있어, 보호 반응에서 사용되는 용매는 비양성자성 극성 용매일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 반응식 B에 있어, 보호 반응에서 사용되는 비양성자성 극성 용매는 다이메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide), 1,4-다이옥세인(1,4-dioxane), 아세토니트릴(acetonitrile), 헥사메틸포스포르아미드(hexamethylphosphorous triamide), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 디클로로메탄(dichloromethane) 및 클로로포름(chloroform) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 반응식 B에 있어, 보호 반응은 100 ~ 150 ℃의 온도에서 반응시킬 수 있다.
일 실시예로서, 상기 반응식 B에 있어, 치환기로서 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)내 Prot기는 치환 또는 비치환된 벤질기일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 반응식 B에 있어, 치환기로서 Prot기는 벤질기내 페닐고리에 알콕시기가 결합된 C1~C10의 알콕시 벤질기일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 반응식 B에 있어, 상기 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(6 또는 11)내 Prot기의 탈보호 반응(deprotecting)반응은 산 조건하에서 이루어질 수 있다.
일 실시예로서, 상기 반응식 B에서의 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4)은 아래 반응식 A-1에 따른 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 암모니아수(NH4OH)의 반응에 의해 제조될 수 있다.
[반응식 A-1]
또한, 본 발명은 하기 반응식 B-2에 따른, i) 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene, 2)의 시안화 반응을 통해 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)을 제조하고, ii) 치환기로서 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)과 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과의 반응을 통하여 프탈로니트릴 화합물내의 플루오르기 대신에 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(11)을 제조한 후, iii) 상기 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(11)내 Prot기를 탈보호 반응(deprotection)에 의해 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법을 제공한다.
[반응식 B-2]
여기서, 상기 반응식 B-2에서의 Prot기는 산 조건하에서 Prot기가 결합된 2차 아민기(-NH-Prot)가 탈보호 (deprotection) 반응에 의해 1차 아민기(-NH2)로 변환될 수 있는 관능기이다.
또한, 본 발명은 하기 반응식 B-3에 따른, i) 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene, 2)의 시안화 반응을 통해 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)을 제조하고, ii) 얻어진 상기 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 암모니아수(NH4OH)의 반응에 의해 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4)를 제조한 이후에, iii) 치환기로서 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)과 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4) 과의 반응을 통하여 프탈로니트릴 화합물내의 플루오르기 대신에 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(6)을 제조하고, iii) 상기 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(6)내 Prot기를 탈보호 반응(deprotection)에 의해 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법을 제공한다.
[반응식 B-3]
여기서, 상기 반응식 B-3에서의 Prot기는 산 조건하에서 Prot기가 결합된 2차 아민기(-NH-Prot)가 탈보호 (deprotection) 반응에 의해 1차 아민기(-NH2)로 변환될 수 있는 관능기이다.
본 발명에 따른 4,5-디아미노프탈로니트릴의 합성법은 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠 또는 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠을 시작물질로 하여 최소 2단계, 최대 4단계의 짧은 단계를 거쳐 최종 목표 화합물을 비교적 높은 수율로 합성할 수 있음으로써, 저 비용으로 보다 부가 가치가 높은 4,5-디아미노프탈로니트릴의 합성 경로를 개발할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 4,5-디아미노프탈로니트릴의 합성법은 약한 산 조건에서 제거가 가능한 아민 보호기를 도입함으로써, 기존 보고된 합성법의 가장 큰 한계점이었던 탈보호 반응에서 전이금속 촉매에 대한 의존성 문제를 해결하였을 뿐만 아니라, 반응 종료 후 아민 보호기가 산 조건하에서 쉽게 제거됨으로써 정제 과정이 간단하며, 높은 수율로 4,5-디아미노프탈로니트릴을 높은 수율로 합성할 수 있다.
도 1은 4,5-디아미노프탈로니트릴 (4,5-diaminophthalonitrile)의 전자분포를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 하기 반응식 A에 따른, 기체 상태의 암모니아(NH3)와 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과의 반응을 통하거나, 또는 기체 상태의 암모니아(NH3)와 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4)와의 반응을 통해 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법을 제공한다.
[반응식 A]
상기 반응식 A 내 치환기 X는 F 또는 NH2 이다.
즉, 상기 반응식 A에 따라 4,5-디플루오로프탈로나이트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 기체상태의 암모니아와의 아민화 반응을 수행하거나, 또는 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4) 과 기체상태의 암모니아와의 아민화 반응을 통하여 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 제조할 수 있으며, 이때 상기 반응식 A에서 사용되는 반응용매는 비양성자성 극성 용매일 수 있다.
여기서, 상기 비양성자성 극성 용매는 용매내에서 pKa 값이 20 이상 바람직하게는 30 이상, 더욱 바람직하게는 36 이상으로서, 용매내 포함된 수소가 양성자로 전리되지 않으며, 분자내 구조의 비대칭성에 따른 극성의 성질을 가지는 용매로서, 바람직하게는 다이메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide), 1,4-다이옥세인(1,4-dioxane), 아세토니트릴(acetonitrile), 헥사메틸포스포르아미드(hexamethylphosphorous triamide), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
또한, 상기 반응식 A에서 사용되는 기체 상태의 암모니아(NH3)는 1 ~ 100 atm의 압력 조건하에서 반응시킬 수 있으며, 바람직하게는 1.1 ~ 50 atm 의 압력범위, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 40 atm 압력범위내에서 반응시킬 수 있고, 이때 반응 가스내 암모니아 가스 이외에 비활성 기체가 추가적으로 사용될 수 있다.
또한, 일 실시예로서, 상기 반응식 A에서 사용되는 기체 상태의 암모니아(NH3)는 1 atm ~ 10 atm의 압력 조건하에서 100 ~ 150 ℃의 온도에서 반응시킬 수 있다.
또한, 일 실시예로서, 상기 반응식 A에 따른 아민화 반응에서의 반응 가스가 암모니아 이외에 불활성 기체를 포함하고 있는 경우 기체 상태의 암모니아(NH3)의 부분압력은 0.1 ~ 100 atm 바람직하게는 1 ~ 50 atm 의 압력범위, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 40 atm 인 것이 바람직하다.
예시적으로, 상기 반응식 A에서, 4,5-디플루오로프탈로나이트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)의 아민화 반응을 통하여 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 제조하는 경우 아래의 반응 공정 1에 따른 합성예로부터 보다 구체적으로 설명될 수 있으며, 상기 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4)과 기체상태의 암모니아와의 아민화 반응도 유사한 공정조건에 의해 반응이 이루어질 수 있다.
[반응 공정 1]
상기 반응 공정 1에서의 상기 4,5-디플루오로프탈로나이트릴(3)의 아민화 반응의 예시적 용매로서는 암모니아에 대한 용해도가 비교적 높으며, 비양자성 극성 용매하에서 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 디메틸설폭사이드(DMSO)를 용매로 사용하여 1기압 이상의 고압 반응기에서 수행될 수 있다.
이때, 반응온도는 50 ~ 180 ℃, 바람직하게는 80 ~ 160 ℃, 더욱 바람직하게는 90 ~ 150 ℃ 의 범위에서 30분 내지 10일, 바람직하게는 3시간 ~ 5일, 더욱 바람직하게는 12시간 ~ 3 일동안 교반시킬 수 있으며, 이후 반응에 사용된 용매인 디메틸설폭사이드(DMSO)를 제거하기 위해서 초산 에틸로 묽혀준 뒤 반응 혼합물을 물로 씻어주면서 용매와 불순물을 제거한다. 또한, 보다 높은 순도의 결과물을 얻고자 메탄올과 톨루엔으로 재결정하여 흰색 고체를 62 %의 수율로 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 반응식 A에서 사용된 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4)은 아래 반응식 A-1에 따른 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 암모니아수(NH4OH)의 반응에 의해 제조될 수 있다.
[반응식 A-1]
예시적으로, 상기 반응식 A-1에 따른 반응 공정은 아래의 반응 공정 2에 따른 합성예로부터 보다 구체적으로 설명될 수 있다.
[반응 공정 2]
상기 반응 공정 2에서의 상기 4-아미노-5-플루오로프탈로나이트릴(4-amino-5-fluorophathalonitrile, 4)을 합성하기 위해 28 wt% 암모니아수를 아세토나이트릴과 5:1 내지 1:5(v : v) 바람직하게는, 1 : 1 (v : v)로 혼합한 용액을 반응물이자 반응 용매로 사용하여 플루오린기를 아민화 반응화 하였다.
여기서, 두 개의 플루오린 중 하나가 아민으로 치환되면 벤젠 구조내 전자 밀도가 증가함에 따라 아민 치환 반응의 중간체의 음이온을 안정화시키지 못한다. 이에, 아민 치환 반응의 반응성이 매우 저하된다. 또한, 극성 양성자 용매(polar protic solvent)인 물이나 메탄올에서는 암모니아(NH3, pKa = ~35)가 아닌 암모늄 이온(NH4 +, pKa = 10 )으로 주로 존재하기 때문에 아민 치환 반응에서 낮은 친핵성을 보이게 된다. 그 결과, 50 ℃ 가열 조건에서 8 시간만에 선택적으로 단 하나의 플루오린이 아민으로 치환된 4-아미노-5-플루오로프탈로나이트릴(4)를 98%의 수율로서 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 하기 반응식 A-2에 따른, i) 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene, 2)의 시안화 반응을 통해 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)을 제조하고, ii) 기체 상태의 암모니아(NH3)와 상기 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과의 반응을 통하여, 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법을 제공한다.
[반응식 A-2]
예시적으로, 상기 반응식 A-2에 따른 반응 공정은 아래의 반응 공정 3에 따른 합성예로부터 보다 구체적으로 설명될 수 있다.
[반응 공정 3]
상기 반응 공정 3에서의 4,5-디플루오로프탈로나이트릴(3)은, 상업적으로 구매한 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene)(2)을 이용하여 오르쏘-디브로모 벤젠 구조와 사이안화 아연(ZnCN2) 사이의 선택적 반응을 통해 합성될 수 있다. 이때, 반응에 사용된 촉매로는 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0) [Pd2(dba)3]과 1,1'-비스(디페닐포스피노)페로센 (DPPF)이 있으며, 팔라듐 촉매를 이용한 벤젠의 사이안화 반응의 메커니즘은 아래 그림 1과 같다.
[그림 1]
이때, 촉매인 팔라듐의 환원을 통해 촉매 활성을 유지시키기 위하여, 폴리메틸하이드로실록산(polymethylhydrosiloxane)을 사용하였으며, 이는 반응 중 산화되어 2가 산화 수를 갖는 팔라듐(II)을 다시 0가 상태로 환원시키기 위하여 사용되었다.
해당 반응에 실리콘 계열의 환원제를 도입함으로써 다른 전이금속 촉매 반응과는 다르게 질소나 아르곤과 같은 비활성 기체 조건이 아닌 환경에서도 반응이 진행되는 이점이 존재했다. 100 ℃ 에서 4 시간 동안의 반응이 종결된 후, 규조토 여과를 통해 전이금속 촉매 및 리간드, 과량 넣어준 사이안화 아연을 제거할 수 있고. 이어서, Hex: EtOAc = 4 : 1을 전개액으로 사용한 컬럼 크로마토그래피와 n-헥산을 이용한 재결정으로 정제하여 86% 수율로 투명한 고체 결정을 얻을 수 있다.
이어서, 상기 반응 공정 3에서의 상기 4,5-디플루오로프탈로나이트릴(3)의 아민화 반응은 앞서 설명한 상기 반응 공정 1에서 기재된 바와 동일하게 진행할 수 있으며, 이를 통해 4,5-디아미노프탈로니트릴(1)을 62 %의 수율로 얻을 수 있다.
즉, 상기 반응공정 3에 따른 4,5-디아미노프탈로니트릴(1)의 합성 방법은 상업적으로 쉽게 얻을 수 있는 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene)(2)을 시작 물질로 사용하여 총 2단계로 총수득율 54%의 높은 효율로 4,5-디아미노프탈로니트릴(1)을 합성할 수 있음을 보여주고 있다.
또한, 본 발명은 하기 반응식 A-3에 따른, i) 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene, 2)의 시안화 반응을 통해 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)을 제조하고, ii) 얻어진 상기 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 암모니아수(NH4OH)의 반응에 의해 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4)를 제조한 이후에, iii) 기체 상태의 암모니아(NH3)와 상기 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4)과의 반응을 통하여, 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법을 제공한다.
[반응식 A-3]
예시적으로, 상기 반응식 A-3에 따른 반응 공정은 아래의 반응 공정 4에 따른 합성예로부터 보다 구체적으로 설명될 수 있다.
[반응 공정 4]
여기서, 상기 i) 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene, 2)의 시안화 반응을 통해 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)을 제조하는 단계; ii) 얻어진 상기 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 암모니아수(NH4OH)의 반응에 의해 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4)를 제조하는 단계; 및 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthalonitrile, 4)와 기체상태의 암모니아와의 반응 단계;는 각각 앞서 구체적으로 설명한 바와 동일한 조건하에서 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3) 또는 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4)에 아민보호기를 도입한 후 이를 제거하는 탈보호 반응을 통하여 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 합성할 수 있으며, 이에 대한 간략한 반응식을 아래 반응식 H 에 기재하였다.
[반응식 H]
상기 반응식 H에서의 아민 보호기(
)기는 프탈로니트릴내에 방향족 고리 탄소원자에 아민보호기가 포함된 2차 아민기(
)가 결합된 경우에, 일정 반응조건(예, 산 조건)하에서 상기 아민 보호기가 탈보호(deprotection)되어 이탈됨으로써, 프탈로니트릴내에 방향족 고리 탄소원자에 상기 아미노기(-NH2)가 결합되도록 생성되는 기능을 하게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 아민보호기를 도입한 후 이를 제거하는 탈보호 반응을 통하여 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 제조하는 방법에 대해 보다 상세하게 살펴 본다.
본 발명은 하기 반응식 B에 따른, i) 치환기로서 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)과 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3) 또는 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4)과의 반응을 통하여 프탈로니트릴 화합물내의 플루오르기 대신에 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(6 또는 11)을 제조하고, ii) 상기 Prot기가 결합된 2차 아민기(-NH-Prot)를 포함하는 화합물(6 또는 11)내 Prot기를 탈보호 반응(deprotection)에 의해 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법을 제공한다.
[반응식 B]
상기 반응식 B에서의 'Prot'기는 산 조건하에서 'Prot'기가 결합된 2차 아민기(-NH-Prot)가 탈보호 (deprotection) 반응에 의해 'Prot'기가 이탈되고 수소원자가 결합됨으로써, 1차 아민기(아미노기, -NH2)로 변환될 수 있는 관능기이다.
여기서, 상기 반응식 B에 있어, 보호 반응은 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)과 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3) 또는 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4)과의 반응을 통하여 프탈로니트릴 화합물내 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(6 또는 11)을 제조할 수 있으며, 이때 상기 보호 반응에서 사용되는 반응용매는 비양성자성 극성 용매일 수 있다.
여기서, 상기 비양성자성 극성 용매는 용매내에서 pKa 값이 20 이상 바람직하게는 30 이상, 더욱 바람직하게는 36 이상으로서, 용매내 포함된 수소가 양성자로 전리되지 않으며, 분자내 구조의 비대칭성에 따른 극성의 성질을 가지는 용매로서, 바람직하게는 다이메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide), 1,4-다이옥세인(1,4-dioxane), 아세토니트릴(acetonitrile), 헥사메틸포스포르아미드(hexamethylphosphorous triamide), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 디클로로메탄(dichloromethane) 및 클로로포름(chloroform) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
또한, 일 실시예로서, 상기 반응식 B에 있어, 보호 반응은 100 ~ 150 ℃의 온도에서 반응시킬 수 있다.
상기 반응식 B에서의 치환기로서 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)내 Prot기는 산 조건하에서 'Prot'기가 결합된 2차 아민기(-NH-Prot)가 탈보호 (deprotection) 반응에 의해 'Prot'기가 이탈되고 수소원자가 결합될 수 있는 보호기이면 종류에 제한되지 않고 사용 가능하며, 바람직하게는 치환 또는 비치환된 벤질기일 수 있다.
여기서, 상기 반응식 B에서 치환 또는 비치환된 벤질기에서의 '치환'은 수소, 중수소, 할로겐기, 아민기, C1-C24의 알킬기, C1-C24의 할로겐화된 알킬기, C2-C24의 알케닐기, C2-C24의 알키닐기, C1-24의 헤테로알킬기, C6-C24의 아릴기, C7-C24의 아릴알킬기, C2-C24의 헤테로아릴기, C2-C24의 헤테로아릴알킬기, C1-C24의 알콕시기, C1-C24의 알킬아미노기, C6-C24의 아릴아미노기, C1-C24의 헤테로 아릴아미노기, C1-C24의 알킬실릴기, C6-C24의 아릴실릴기, C6-C24의 아릴옥시기 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 수소, 중수소, 할로겐기, 아민기, C1-C12의 알킬기, C1-C12의 할로겐화된 알킬기, C2-C12의 알케닐기, C2-C12의 알키닐기, C1-12의 헤테로알킬기, C6-C18의 아릴기, C7-C18의 아릴알킬기, C2-C18의 헤테로아릴기, C2-C18의 헤테로아릴알킬기, C1-C12의 알콕시기, C1-C12의 알킬아미노기, C6-C18의 아릴아미노기, C1-C18의 헤테로 아릴아미노기, C1-C12의 알킬실릴기, C6-C18의 아릴실릴기, C6-C18의 아릴옥시기 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 더욱 바람직하게 상기 '치환'은 전자 주게 그룹(electron donating group)에 해당하는 치환기일 수 있으며, 전자 주게 그룹에 해당하는 치환기는 구체적으로 할로겐기, 아민기, C1-C12의 알콕시기 중에서 선택되는 어느 하나 일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 반응식 B에 있어, 치환기로서 Prot기는 벤질기내 페닐고리에 알콕시기가 결합된 C1~C10의 알콕시 벤질기일 수 있으며, C1~C10의 알콕시 벤질기의 예시적 치환기는, 메톡시벤질기, 디메톡시벤질기, 에톡시 벤질기, 디에톡시벤질기 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 따라서, 치환기로서 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)기는 치환 또는 비치환된 벤질아민기일 수 있고, 더욱 바람직하게는 메톡시벤질아민기, 디메톡시벤질아민기, 에톡시 벤질아민기, 디에톡시벤질아민기 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
이때, 상기 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)이 알콕시 벤질아민기인 경우에, 알콕시기는, 벤질기내 페닐 고리에 아민기가 결합하는 탄소원자에 대하여 메타(meta) 또는 파라(para) 위치의 탄소원자에 치환되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반응식 B에 있어, 상기 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(6 또는 11)내 Prot기의 탈보호 반응(deprotection)반응은 산 조건하에서 수행될 수 있으며, 여기서 사용되는 산은 염산, 황산, 질산, 아세트산, 프로핀온산, 트리플루오로아세트산(TFA) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
예시적으로, 상기 반응식 B에 따른 반응 공정은 아래의 반응 공정 5에 따른 합성예로부터 보다 구체적으로 설명될 수 있다.
[반응 공정 5]
상기 반응 공정 5에서는 4-아미노-5-플루오로프탈로나이트릴(4)과 4-메톡시벤질아민(5)과의 친핵성 방향족 치환(SNAr) 반응으로 보호기를 포함하는 아민 작용기를 도입한 후에, 탈보호(deprotection) 반응을 통하여 4-아미노-5-(4-메톡시벤질아미노)프탈로나이트릴(6)을 합성했다.
이와 같이 친핵성 방향족 치환 반응의 속도 결정 단계는 첫 번째 중간 단계인 친핵체의 도입 단계이다. 따라서 해당 반응의 반응성을 높일 수 있는 방법으로는 친핵성이 큰 친핵체(Nu-)를 이용했을 때, 이탈기의 전자 당김 효과가 커서 인접한 탄소의 음이온을 안정화할 때, 극성 비양성자성 용매(polar aprotic solvent)를 사용할 때 높아질 수 있다.
이때, 상기 반응 공정 5에서의 플루오린의 전기음성도가 가장 크기 때문에 반응의 첫번째 단계에서 상대적으로 전자가 부족한 탄소에 대한 친핵체의 공격이 용이해질 수 있으며, 이로써 동일한 친핵체를 사용한 반응에서 할로 벤젠 구조 중 플루오린 화물의 친핵성 방향족 치환 반응성이 가장 높다는 특징을 보인다.
아래에서는 친핵성 방향족 치환반응(SnAr)의 메커니즘을 도시하였다.
이어서, 4-아미노-5-(4-메톡시벤질아미노)프탈로나이트릴(6) 내 도입된 보호기인 파라메톡시벤질(PMB)를 다시 제거하기 위한 탈보호 반응으로는 전이금속을 사용하지 않는 조건을 사용하였다.
보다 구체적으로, 0 ℃에서 4-아미노-5-(4-메톡시벤질아미노)프탈로나이트릴(6) 및 톨루엔 현탁액에 TFA(트라이플루오로아세트산)을 첨가하여 투명해진 반응 혼합물을 상온에서 2 시간동안 반응하여 반응 중 침전된 고체를 거른 후, 그 흰색 고체를 초산 에틸에 녹인 뒤, 포화 탄산 수소 나트륨 수용액으로 유기층을 씻어주어 중화한 뒤 용매를 제거하였다. 메탄올과 톨루엔을 이용한 재결정을 통해 흰색 고체의 4,5-디아미노프탈로니트릴(1)을 98%의 수율로 얻을 수 있다.
아래의 그림은 트라이플루오로아세트산을 이용한 산 조건하에서 아민 보호기로 사용된 파라메톡시벤질 그룹의 탈 보호 반응의 메커니즘을 그린 것이다. 파라 위치의 강한 전자 주는 작용기인 메톡시(OCH3)에 의한 전자 밀어줌 효과로 인해 벤질 아미노 위치의 결합이 쉽게 끊어질 수 있게 되었다. 또한, 약한 염기인 트라이플루오로아세테이트가 벤질 위치의 프로톤을 탈양성자화하여 반응성을 높일 수 있었다. 반응의 부산물로 생성된 4-메톡시페닐메틸 2,2,2-트라이플루오로아세테이트(4-methoxyphenyl)methyl 2,2,2-trifluoroacetate)는 산 조건하에서 쉽게 분해됨에 따라 반응이 끝난 후 특별한 제거가 필요하지 않았다.
아래에서는 파라메톡시벤질(PMB) 그룹의 탈보호 반응 메커니즘을 도시하였다.
또한, 파라메톡시벤질(PMB) 그룹의 탈보호 반응의 용매에 따른 반응성을 비교하기 위하여 몇 가지 용매와 각각의 반응성과 반응 특징들을 아래의 표 1에 나타내었다.
[표 1]
톨루엔과 벤젠과 같은 비극성 용매에서는 반응 이후 생성된 중화 이전의 암모늄 염이 용해되지 않기에 해당 용매를 사용한 탈보호 반응에서 반응이 진행될수록 용매에 녹지 않는 고체가 석출되는 현상을 확인할 수 있었다. 석출된 고체를 걸러 염기성 조건으로 중화하면 4,5-디아미노프탈로니트릴(1)을 얻을 수 있다.
반면에, 아세토나이트릴과 디클로로메테인에서는 얇은 막 크로마토그래피를 사용하여 반응 종결 여부를 확인했다. 낮은 압력에서 용매와 남은 트라이플루오로아세트산을 제거한 뒤 중화했더니 위의 표 1에 나타낸 결과와 같은 수율로 깨끗한 흰색 고체로 결과물을 얻을 수 있었다.
또한, PMB(p-methoxylbenzyl)의 탈보호기 반응에서 전자주개 작용기에 의한 반응성 차이를 비교해보기 위하여 4-아미노-5-플루오로프탈로나이트릴(4-amino-5-fluorophathalonitrile)(4)와 대표적 전자주개 작용기인 메톡시(-OCH3)가 두 개 있는 3,4-디메톡시벤질아민(3,4-dimethoxybenzylamine)과 2,4-디메톡시벤질아민(2,4-dimethoxylbenzylamine)과의 반응도 진행하였으며, 해당 반응 과정은 아래의 반응 공정 6 및 반응 공정 7에 각각 나타내었다.
[반응 공정 6]
[반응 공정 7]
디메틸설폭사이드(DMSO)를 용매로 하여 4-아미노-5-플루오로프탈로나이트릴(4-amino-5-fluorophathalonitrile)(4)와 두 가지 디메톡시벤질아민(5)를 120 ℃에서 24 시간 반응하여 재결정을 통해 각각의 4-아미노-5-(3,4-디메톡시벤질아미노)프탈로나이트릴(6)과 4-아미노-5-(2,4-디메톡시벤질아미노)프탈로나이트릴 (6) 각각 55%, 52 %의 수율로 얻었다.
이는, 친핵성 방향족 치환 반응 중 부반응으로 인해 결과물의 정제가 어려웠기 때문이다. 반면에, 보호기의 제거 반응성은 이전의 파라메톡시벤질(PMB)와 비교하였을 때, 수율이나 반응 시간에 있어서 큰 차이는 없었다. 하나의 메톡시 작용기만으로도 탈보호기 반응성이 우수한 것으로 나타난다.
한편, 상기 반응식 B에서, 치환기로서 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)과 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과의 반응 공정은 아래의 반응 공정 8에 따른 합성예로부터 보다 구체적으로 설명될 수 있다.
보다 상세하게는 이하의 반응 공정 8에서 4,5-디플루오로프탈로나이트릴(3)과 파라메톡시벤질아민(5)을 반응시켜 4,5-비스(4-메톡시벤질아미노)프탈로나이트릴(11)을 합성한 후, 탈보호 반응에 의해 4,5-디아미노프탈로니트릴(1)을 합성한 구체적 예를 기재하였다.
[반응 공정 8]
여기서, 4,5-디아미노프탈로니트릴(1)을 제조하기 위해 첫 번째로서, 두 개의 파라메톡시벤질(PMB) 그룹을 갖는 4,5-비스(4-메톡시벤질아미노)프탈로나이트릴(11)을 합성하고, 두 번째로서, 얻어진 중간체를 트라이플루오아세트산을 이용하여 보호기를 제거하는 공정을 진행할 수 있다.
첫 번째 플루오린과 파라메톡시벤질 아민과의 친핵성 방향족 치환 반응은 발열 반응이기에 0 ℃에서 반응물을 혼합하였다. 이후, 두 번째 플루오린을 아미노 그룹으로 치환하기 위해 120 ℃로 가열하여 하룻동안 반응시켜 옅은 노란색 고체를 얻었다. 탈 보호 반응을 통해 75%의 수율로 4,5-디아미노프탈로니트릴(1)을 얻을 수 있었다. 이 합성 경로의 총 수득율은 시작물질 1,2-다이브로모-4,5-다이플루오로벤젠으로부터 3단계 55%로서 기존 합성 방법에 비해 매우 높은 수율을 나타낸다.
또한, 본 발명에서 상기 반응식 B에서의 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4)은 아래 반응식 A-1에 따른 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 암모니아수(NH4OH)의 반응에 의해 제조될 수 있으며, 상기 반응식 A-1에 따른 구체적 반응조건은 앞서 설명한 바와 동일하다.
[반응식 A-1]
또한, 본 발명은 하기 반응식 B-2에 따른, i) 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene, 2)의 시안화 반응을 통해 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)을 제조하고, ii) 치환기로서 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)과 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과의 반응을 통하여 프탈로니트릴 화합물내의 플루오르기 대신에 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(11)을 제조하고, iii) 상기 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(11)내 Prot기를 탈보호 반응(deprotection)에 의해 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법을 제공한다.
[반응식 B-2]
상기 반응식 B-2에서의 Prot기는 산 조건하에서 Prot기가 결합된 2차 아민기(-NH-Prot)가 탈보호 (deprotection) 반응에 의해 1차 아민기(-NH2)로 변환될 수 있는 관능기이다.
상기 반응식 B-2에서의 각각의 단계에서의 구체적 반응조건은 앞서 설명은 내용과 동일하며, 이를 통해 용이하게 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 하기 반응식 B-3에 따른, i) 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene, 2)의 시안화 반응을 통해 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)을 제조하고, ii) 얻어진 상기 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 암모니아수(NH4OH)의 반응에 의해 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4)를 제조한 이후에, iii) 치환기로서 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)과 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4) 과의 반응을 통하여 프탈로니트릴 화합물내의 플루오르기 대신에 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(6)을 제조하고, iii) 상기 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(6)내 Prot기를 탈보호 반응(deprotection)에 의해 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법을 제공한다.
[반응식 B-3]
상기 반응식 B-3에서의 Prot기는 산 조건하에서 Prot기가 결합된 2차 아민기(-NH-Prot)가 탈보호 (deprotection) 반응에 의해 1차 아민기(-NH2)로 변환될 수 있는 관능기이다.
예시적으로, 상기 반응식 B-3에 따른 반응 공정은 아래의 반응 공정 9에 따른 합성예로부터 보다 구체적으로 설명될 수 있다.
[반응 공정 9]
여기서, 상기 반응 공정 9에서의 4-아미노-5-플루오로프탈로나이트릴(4)까지의 구체적 합성방법은 앞서 기재한 바와 동일하며, 4-아미노-5-플루오로프탈로나이트릴(4)과 4-메톡시벤질아민(5)과의 친핵성 방향족 치환(SNAr) 반응으로 보호기를 포함하는 아민 작용기를 도입한 후 아민 작용기의 탈보호 반응을 통하여 4-아미노-5-(4-메톡시벤질아미노)프탈로나이트릴(6)을 합성한 공정도 구체적 반응공정이 앞서 기재한 바와 동일하여, 이를 따르는 경우에 용이하게 제조될 수 있다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
실시예
(1) 재료 및 분석 방법
Aldrich 사와 Acros 사, TCI 사, Alfa aesa사에서 상업적으로 구매한 시약들은 별다른 정제 없이 사용하였다. 그리고 대정과 삼전에서 구매한 다음과 같은 몇 가지 용매들은 정제하여 사용하였다. 무수 디클로로메테인, 무수 디메틸 설폭사이드, 무수 벤젠, 그리고 무수 톨루엔은 수소화 칼슘을 넣고 증류하여 얻었고, 무수 아세토나이트릴은 P2O5를 이용해 증류하여 얻었다. 테트라하이드로퓨란은 소듐과 벤조페논을 사용해 증류하였다.
분석용 얇은 층 크로마토그래피는 Merck silica gel 60 F254 glass plate를 사용했으며, 이중의 단파장(254 nm)/장파장(365 nm) UV 램프를 사용하여 형광을 관찰했다. 칼럼 크로마토그래피에는 Merk silica gel 60(70-230 mesh)를 사용하였다. 수소 핵 자기 공명(1H NMR) 및 탄소 핵 자기 공명(13C NMR) 스펙트럼은 Varian Inova 400 (400 MHz for 1H, and 100 MHz for 13C) spectrometer를 사용하여 얻었다. 모든 화학적 이동은 테트라메틸실레인(d 0.00)이나 듀테로화 클로로포름(d 7.26 for CDCl3 in 1H NMR, d 77.2 for CDCl3 in 13C NMR), 그리고 듀테로화 디메틸아세트아미드(d 2.50 for DMSO in 1H NMR, d 39.52 for DMSO in 13C NMR)를 기준하여 ppm 단위로 나타내었다.
(2) 4,5-디아미노프탈로니트릴(1,2-diamino-4,5-phthalonitrile)(1)의 합성
(합성예 1) 4,5-difluorophthalonitrile
자석 젓개를 넣은 200 mL 유리 배양 튜브에 1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene (12.0 g, 44.14 mmol)를 디메틸아세트아마이드 40.0 mL에 녹인다. 상온에서 polymethylhydrosiloxane (0.960 mL)을 넣어준 뒤 그 온도에서 Pd2(dba)3 (432 mg, 0.474 mmol 1.0 mol%)와 dppf (360 mg, 0.648 mmol 1.35 mol%)을 넣어준다. Zn(CN)2 (10.4 g, 88.28 mmol 2.0 equiv.)을 한 번에 넣어준다. 반응 혼합물을 100 ℃에서 4 h 동안 교반한 뒤, 상온까지 식힌다. 반응 혼합물을 디클로로메탄으로 묽혀준 뒤 고체 침전물을 규조토와 실리카겔 패드를 이용하여 걸러준 뒤 물과 디클로로메탄을 이용하여 추출한다. 유기층을 모아 포화 NaCl 수용액으로 씻어준 뒤, 무수 Na-2SO4를 넣어 남은 물을 제거한다. 유리 필터로 건조제를 걸러내고 회전 증발 농축기를 사용하여 용매를 최대한 제거한다. Hex : EtOAc = 4 : 1 (Rf=0.34)의 조성을 갖는 전개액을 이용하여 칼럼 크로마토그래피로 정제한 뒤, 보다 깨끗한 화합물을 얻기 위하여 헥산으로 재결정하여 흰색 고체를 얻었다; 6.36 g (38.75 mmol, 87%)
1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 7.69(t, 2H, J=8.0Hz).
13C NMR (100 MHz, CDCl3): δ 154.30(d), 151.66(d), 123.83-123.35(m), 113.71(t).
19F NMR (375 MHz, CDCl3): δ -123.45.
(합성예 2) 4-Amino-5-fluorophthalonitrile
자석 젓개를 넣은 200 mL 유리 배양 튜브에 4,5-디플루오로프탈로니트릴(3) (5.8 g, 35.34 mmol)를 아세토나이트릴(20.0 mL)에 녹인 후, 상온에서 28wt% 암모니아수(20.0 mL)를 넣고 교반한다. 50 ℃에서 8 h동안 교반하고 Hex : EtOAc = 1 : 1의 전개액을 이용한 얇은 막 크로마토그래피 (Rf시작물=0.66, Rf결과물=0.34)로 반응 종결여부를 확인한다. 반응혼합물에 물을 부어 묽혀준 뒤, 초산 에틸을 이용하여 3회 추출한다. 유기층을 모아 포화 NaCl 수용액으로 씻어준 뒤, 무수 Na-2SO4를 넣어 남은 물을 제거한다. 유리 필터로 건조제를 걸러내고 회전 증발 농축기를 사용하여 용매를 제거하여 흰색의 고체를 얻었다; 5.68 g (35.0 mmol, 99%)
1H NMR (400 MHz, DMSO): δ 7.86(d, J=11.2, 1H), 7.23(d, J=8.0, 1H), 6.83(s, 2H).
13C NMR (100 MHz, DMSO): δ 150.59, 142.27, 142.27, 120.55, 119.51, 116.47, 115.95, 112.16, 98.68.
19F NMR (375 MHz, DMSO): δ -125.32.
FT-IR (KBr pellet): 3562(m), 3425(m), 3342(m), 3230(m), 3060(m), 2229(m), 1654(m), 1605(m), 1658(m), 1439(m), 1362(m), 1258(m), 1232(m) 894(m).
Anal. Calcd for C8H4FN3: C, 59.63; H, 2.50; F, 11.79; N, 26.08. Found: C, 59.59; H, 2.61; N, 26.10.
(합성예 3-1) 4-Amino-5-(4-methoxybenzylamino) phthalonitrile
자석 젓개를 넣은 50 mL 유리 배양 튜브에 4-amino-5-fluorophthalonitrile (1.6 g, 9.93 mmol)를 디메틸설폭사이드 8.0 mL에 녹인 후, 4-methoxybenzylamine(1.632 g, 1.55 mL, 11.915 mmol, 1.2 equiv.)을 넣어준다. 반응 혼합물을 120 ℃로 24 시간 교반한다. 상온에서 식은 반응혼합물을 초산 에틸을 이용하여 묽혀주고, 유기층을 물로 씻어 줌으로써 디메틸설폭사이드를 제거한다. 모아진 유기층을 포화 NaCl 수용액으로 씻어주고, 무수 Na-2SO4 로 남은 물을 제거한 뒤, 유리 필터로 건조제를 걸러내고 회전 증발 농축기를 사용하여 용매를 최대한 제거한다. 고체 혼합물을 소량의 디클로로메테인을 넣어 녹지 않은 침전물을 거르고 감압 건조하여, 상아색 고체를 얻었다; 2.71 g (98%)
1H NMR (400 MHz, DMSO): δ 7.28 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 6.91 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 6.89 (s, 1H), 6.78 (s, 1H), 6.37 (t, J = 5.6 Hz, 1H), 6.07 (s, 2H), 4.35 (d, J = 5.4 Hz, 2H), 3.73 (s, 3H).
13C NMR (100 MHz, DMSO): δ 158.85, 140.11, 138.53, 130.52, 129.12, 118.47, 118.21, 115.03, 114.30, 112.29, 102.03, 101.93, 55.47, 45.86.
(합성예 3-2) 4-Amino-5-(3,4-dimethoxybenzylamino) phthalonitrile
자석 젓개를 넣은 10 mL 유리 배양 튜브에 4-amino-5-fluorophthalonitrile (200 mg, 1.24 mmol)를 디메틸설폭사이드 1.0 ml에 녹인 후, 3,4-dimethoxybenzylamine (249 mg, 0.222 ml, 1.49 mmol, 1.2 equiv.)을 넣어준다. 반응 혼합물을 120 ℃로 24 시간 교반한다. 상온에서 식은 반응혼합물을 초산 에틸을 이용하여 묽혀주고, 유기층을 물로 씻어 줌으로써 디메틸설폭사이드를 제거한다. 모아진 유기층을 포화 NaCl 수용액으로 씻어주고, 무수 Na-2SO4 로 남은 물을 제거한 뒤, 유리 필터로 건조제를 걸러내고 회전 증발 농축기를 사용하여 용매를 최대한 제거한다. 고체혼합물을 디클로로메테인을 넣어 침전된 고체를 거르고 감압 건조하여, 상아색 고체를 얻었다; 213 mg (56%)
1H NMR (400 MHz, DMSO): δ 6.99 (d, J = 2.1 Hz, 1H), 6.92 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 6.89 (d, J = 1.2 Hz, 1H), 6.86 (s, 1H), 6.80 (s, 1H), 6.35 (t, J = 5.5 Hz, 1H), 6.08 (s, 2H), 4.34 (d, J = 5.3 Hz, 2H), 3.74 (s, 3H), 3.73 (s, 3H).
13C NMR (100 MHz, DMSO): δ 148.80, 148.02, 139.76, 138.25, 130.62, 119.52, 118.12, 117.86, 114.72, 112.02, 111.76, 111.53, 101.72, 101.60, 55.56, 55.50, 45.95.
(합성예 3-3) 4-Amino-5-(2,4-dimethoxybenzylamino) phthalonitrile
자석 젓개를 넣은 10 mL 유리 배양 튜브에 4-amino-5-fluorophthalonitrile (200 mg, 1.24 mmol)를 디메틸설폭사이드 1.0 ml에 녹인 후, 2,4-dimethoxybenzylamine (249 mg, 0.222 ml, 1.49 mmol, 1.2 equiv.)을 넣어준다. 반응 혼합물을 120 ℃로 24 시간 교반한다. 상온에서 식은 반응 혼합물을 초산 에틸을 이용하여 묽혀주고, 유기층을 물로 씻어 줌으로써 디메틸설폭사이드를 제거한다. 모아진 유기층을 포화 NaCl 수용액으로 씻어주고, 무수 Na-2SO4 로 남은 물을 제거한 뒤, 유리 필터로 건조제를 걸러내고 회전 증발 농축기를 사용하여 용매를 최대한 제거한다. 고체혼합물을 디클로로메테인을 넣어 침전된 고체를 거르고 감압 건조하여, 상아색 고체를 얻었다; 198 mg (52%)
1H NMR (400 MHz, DMSO): δ 7.07 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 6.84 (d, J = 0.9 Hz, 1H), 6.70 (s, 1H), 6.56 (d, J = 2.4 Hz, 1H), 6.46 (dd, J = 8.3, 2.4 Hz, 1H), 6.12 (t, J = 5.4 Hz, 1H), 6.04 (s, 2H), 4.22 (d, J = 5.3 Hz, 2H), 3.79 (s, 3H), 3.71 (s, 3H).
13C NMR (100 MHz, DMSO) δ 160.46, 158.54, 139.99, 138.70, 129.82, 118.50, 118.27, 117.94, 114.91, 111.99, 105.01, 101.98, 101.85, 98.84, 55.88, 55.63, 41.40.
(합성예 3-4) 4,5-bis(4-methoxybenzyamino) phthalonitrile
자석 젓개를 넣은 10 mL 유리 배양 튜브에 4-amino-5-fluorophthalonitrile (200 mg, 1.24 mmol)를 디메틸설폭사이드 3.0 ml에 녹인 후, 0 ℃에서 4-methoxybenzylamine (417.9 mg, 0.397 mL, 3.046 mmol, 2.5 equiv)을 천천히 적가한다. 발열반응이 종료되면 반응 혼합물을 120 ℃로 24 시간동안 교반한다. 반응이 완료된 후, 상온에서 식은 반응 혼합물을 초산 에틸을 이용하여 묽혀주고, 유기층을 물로 3회 씻어 줌으로써 디메틸설폭사이드를 제거한다. 모아진 유기층을 포화 NaCl 수용액으로 씻어주고, 무수 Na2 SO4 로 남은 물을 제거한 뒤, 유리 필터로 건조제를 걸러내고 회전 증발 농축기를 사용하여 용매를 최대한 제거한다. 고체혼합물을 디클로로메테인을 넣어 침전된 고체를 거르고 감압 건조하여, 흰색 고체를 얻었다; 410 mg (84%)
1H NMR (400 MHz, DMSO): δ 7.29 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 6.92 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 6.79 (s, 1H), 6.56 (t, J = 5.4 Hz, 1H), 4.35 (d, J = 5.1 Hz, 2H), 3.73 (s, 3H).
13C NMR (100 MHz, DMSO) δ 158.54, 138.68, 129.97, 128.91, 118.05, 113.95, 111.06, 101.90, 55.11, 45.75.
(합성예 4) 1,2-diamino-4,5-phthalonitrile
자석 젓개를 넣은 50 mL 둥근 바닥 플라스크에 4-Amino-5-(4-methoxybenzylamino)phthalonitrile(12.0 g, 44.14 mmol)를 톨루엔 20.0 mL에 현탁액 상태로 만든다. 0 ℃에서 트라이플루오로아세트산(2.0 mL, 26.13 mmol)을 천천히 적가하여 투명한 용액을 만들어준다. 반응 온도를 상온까지 높여서 6 시간 동안 교반한다. 반응이 진행되면서 침전물이 생성된다. 반응 진행도는 핵자기 공명 분석(NMR)을 이용하여 확인했다. 반응이 종결된 후에, 침전물을 거르고 소량의 톨루엔과 디에틸 에테르로 씻어주어 고체 혼합물을 얻었다. 침전물을 다시 초산에틸에 녹여주고 포화 소듐바이카보네이트 수용액으로 유기층을 2회, 포화 염화나트륨 수용액으로 1회 씻어주었다. 유기층을 모아 무수 Na-2SO4을 이용하여 남은 물을 제거한 뒤, 유리 필터로 건조제를 걸러낸다. 아래의 여액을 회전 증발 농축기를 사용하여 용매를 최대한 제거한다. 고체 혼합물을 소량의 메탄올과 톨루엔을 이용하여 재결정하여 흰색 고체를 얻었다; 0.48 g (3.035 mmol, 84%)
1H NMR (400 MHz, DMSO): δ. 6.87 (s, 2H), 5.83(s, 4H)
13C NMR (100 MHz, DMSO): δ. 139.10, 117.89, 115.52, 101.38
Calcd for C8H6N4: C, 60.75; H, 3.82; N, 35.42. Found: C, 60.82; H, 3.70; N, 35.43
(합성예 5) 1,2-diamino-4,5-phthalonitrile
자석 젓개를 넣은 고압 반응기(Hanwool HR-8200) 내의 테플론 반응 용기에, 4,5-difluorophthalonitrile(200 mg, 1.24 mmol)을 감압 증류한 디메틸설폭사이드 5.0 mL에 녹인다. 상온에서, 암모니아(NH3) 가스를 2.0 atm으로 5 분간 주입하였다. 반응 혼합물을 고압반응기에서 120 ℃ for 48 h 동안 교반하여 반응시킨다. 반응이 종결된 이후, 상온으로 식힌 반응혼합물을 초산 에틸로 묽혀준다. 디메틸설폭사이드를 제거하기 위해서 유기 용매층을 물로 3회, 포화 염화 나트륨 수용액으로 2회 씻어준다. 유기층을 모아 무수 Na-2SO4을 이용하여 남은 물을 제거한 뒤, 유리 필터로 건조제를 걸러내고 회전 증발 농축기를 사용하여 용매를 최대한 제거한다. 고체 혼합물을 메탄올과 톨루엔, n-헥산을 이용한 재결정으로 정제했다; 110mg (0.695 mmol, 62%)
1H NMR (400 MHz, DMSO): δ. 6.87 (s, 2H), 5.83(s, 4H)
13C NMR (100 MHz, DMSO): δ. 139.10, 117.89, 115.52, 101.38
Calcd for C8H6N4: C, 60.75; H, 3.82; N, 35.42. Found: C, 60.82; H, 3.70; N, 35.43
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
Claims (18)
- 하기 반응식 A에 따른, 기체 상태의 암모니아(NH3)와 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과의 반응을 통하거나, 또는 기체 상태의 암모니아(NH3)와 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4)과의 반응을 통해 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
[반응식 A]
상기 반응식 A 내 치환기 X는 F 또는 NH2 이다.
- 제1항에 있어서,
상기 반응식 A에서 사용되는 용매는 비양성자성 극성 용매인 것을 특징으로 하는 디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 반응식 A에서 사용되는 비양성자성 극성 용매는 다이메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide), 1,4-다이옥세인(1,4-dioxane), 아세토니트릴(Acetonitrile), 헥사메틸포스포르아미드(Hexamethylphosphorous triamide), 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 반응식 A에서 사용되는 기체 상태의 암모니아(NH3)는 1 atm ~ 100 atm의 압력 조건하에서 반응시키는 것을 특징으로 하는 디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 반응식 A에서 사용되는 기체 상태의 암모니아(NH3)는 1 atm ~ 10 atm의 압력 조건하에서 100 ~ 150 ℃의 온도에서 반응시키는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 반응식 A에서의 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4)은 아래 반응식 A-1에 따른 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 암모니아수(NH4OH)의 반응에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
[반응식 A-1]
- 하기 반응식 A-2에 따른, i) 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene, 2)의 시안화 반응을 통해 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)을 제조하고, ii) 기체 상태의 암모니아(NH3)와 상기 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과의 반응을 통하여, 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
[반응식 A-2]
- 하기 반응식 A-3에 따른, i) 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene, 2)의 시안화 반응을 통해 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)을 제조하고, ii) 얻어진 상기 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 암모니아수(NH4OH)의 반응에 의해 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4)를 제조한 이후에, iii) 기체 상태의 암모니아(NH3)와 상기 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4)과의 반응을 통하여, 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
[반응식 A-3]
- 하기 반응식 B에 따른, i) 치환기로서 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)과 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3) 또는 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4)과의 반응을 통하여 프탈로니트릴 화합물내의 플루오르기 대신에 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(6 또는 11)을 제조하고, ii) 상기 Prot기가 결합된 2차 아민기(-NH-Prot)를 포함하는 화합물(6 또는 11)내 Prot기를 탈보호 반응(deprotection)에 의해 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
[반응식 B]
상기 반응식 B에서의 Prot기는 산 조건하에서 Prot기가 결합된 2차 아민기(-NH-Prot)가 탈보호 (deprotection) 반응에 의해 1차 아민기(-NH2)로 변환될 수 있는 관능기이다.
- 제9항에 있어서,
상기 반응식 B에 있어, 보호 반응에서 사용되는 용매는 비양성자성 극성 용매인 것을 특징으로 하는 디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 반응식 B에 있어, 보호 반응에서 사용되는 비양성자성 극성 용매는 다이메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide), 1,4-다이옥세인(1,4-dioxane), 아세토니트릴(acetonitrile), 헥사메틸포스포르아미드(hexamethylphosphorous triamide), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide), 및 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물 인 것을 특징으로 하는 디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 반응식 B에 있어, 보호 반응은 100 ~ 150 ℃의 온도에서 반응시키는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 반응식 B에 있어, 치환기로서 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)내 Prot기는 치환 또는 비치환된 벤질기인 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 반응식 B에 있어, 치환기로서 Prot기는 벤질기내 페닐고리에 알콕시기가 결합된 C1~C10의 알콕시 벤질기인 것을 특징으로 하는 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 반응식 B에 있어, 상기 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(6 또는 11)내 Prot기의 탈보호 반응(deprotection)은 산 조건하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 반응식 B에서의 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4)은 아래 반응식 A-1에 따른 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 암모니아수(NH4OH)의 반응에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
[반응식 A-1]
- 하기 반응식 B-2에 따른, i) 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene, 2)의 시안화 반응을 통해 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)을 제조하고, ii) 치환기로서 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)과 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과의 반응을 통하여 프탈로니트릴 화합물내의 플루오르기 대신에 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(11)을 제조하고, iii) 상기 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(11)내 Prot기를 탈보호 반응(deprotection)에 의해 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
[반응식 B-2]
상기 반응식 B-2에서의 Prot기는 산 조건하에서 Prot기가 결합된 2차 아민기(-NH-Prot)가 탈보호 (deprotection) 반응에 의해 1차 아민기(-NH2)로 변환될 수 있는 관능기이다.
- 하기 반응식 B-3에 따른, i) 1,2-디브로모-4,5-디플루오로벤젠(1,2-dibromo-4,5-difluorobenzene, 2)의 시안화 반응을 통해 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)을 제조하고, ii) 얻어진 상기 4,5-디플루오로프탈로니트릴(4,5-difluorophthalonitrile, 3)과 암모니아수(NH4OH)의 반응에 의해 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4)를 제조한 이후에, iii) 치환기로서 Prot기가 결합된 아민(NH2-Prot)과 4-아미노-5-플루오로프탈로니트릴(4-amino-5-fluorophthanlonitrile, 4) 과의 반응을 통하여 프탈로니트릴 화합물내의 플루오르기 대신에 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(6)을 제조하고, iii) 상기 Prot기가 결합된 2차 아민기(NH-Prot)를 포함하는 화합물(6)내 Prot기를 탈보호 반응(deprotection)에 의해 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)을 수득하는 것을 특징으로 하는 4,5-디아미노프탈로니트릴(4,5-diaminophthalonitrile, 1)의 제조 방법.
[반응식 B-3]
상기 반응식 B-3에서의 Prot기는 산 조건하에서 Prot기가 결합된 2차 아민기(-NH-Prot)가 탈보호 (deprotection) 반응에 의해 1차 아민기(-NH2)로 변환될 수 있는 관능기이다.
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| Faust, R. Eur. J. Org. Chem. 2001, 2797-2803 |
| Mitzel, F.; FitzGerald, S.; Beeby, A.; Faust, R. Chem. Eur. J. 2003, 9, 1233 |
| Rusanova, J.; Pilkington, M.; Decurtins, S. Chem. Commun. 2002, 2236 |
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