KR20220132979A - Preparation method of biphenyl derivatives with a high yield - Google Patents
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Abstract
Description
바이페닐 유도체의 고수율 제조방법에 관한 것으로, 바이페닐 유도체의 제조시 사용되는 금속 촉매를 제거하는 단계를 더 포함함으로써 높은 수율 및 선택도로 바이페닐 유도체를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.To a method for producing a biphenyl derivative in high yield, and to a method capable of producing a biphenyl derivative with high yield and selectivity by further comprising the step of removing a metal catalyst used in the preparation of the biphenyl derivative.
폴리이미드 필름의 핵심 원료로 사용되는 2,2-비스(트리플루오로메틸)벤지딘(2,2'-Bis(trifluoromethyl)benzidine, TFMB)는 투명 플렉서블 디스플레이 제조에 적합한 소재로서 주목받고 있으며, TFMB를 제조하는 방법은 벤지딘 재배열(Benzidine rearrangement) 경로로 알려져 있다. 상기 TFMB를 제조하는 방법으로서, 기존에 NiCl2/Zn (JP 1994-094430 B2), CoBr2/Mn (Chemistry-A European Journal, 2009, 15(19), 4770-4774), Cu (JP 2003-044355 A)를 사용하여 호모-커플링(Homo-coupling) 반응하는 바이페닐 유도체의 제조방법이 보고되어 있으나, 반응이 격렬하거나 유해 폐기물이 생성되며 수율 및 선택도 등이 낮은 문제가 있다. 또한, Mg를 사용하여 그리냐드 시약(Grignard reagent)을 생성한 후 금속 촉매(Fe 유도체)를 촉매로 커플링 반응하는 바이페닐 유도체의 제조방법도 보고되어 있으나 (JP 2008-255037), 이 역시 수율 개선과 정제 과정에서 문제점이 존재한다.2,2-Bis(trifluoromethyl)benzidine (TFMB), which is used as a key raw material for polyimide films, is attracting attention as a material suitable for manufacturing transparent flexible displays. The preparation method is known as a benzidine rearrangement pathway. As a method for preparing the TFMB, conventionally, NiCl 2 /Zn (JP 1994-094430 B2), CoBr 2 /Mn (Chemistry-A European Journal, 2009, 15(19), 4770-4774), Cu (JP 2003- 044355 A) using a homo-coupling (Homo-coupling) method for producing a biphenyl derivative reacting has been reported, but there are problems such as intense reaction or hazardous waste is generated, yield and selectivity are low. In addition, a method for preparing a biphenyl derivative in which a Grignard reagent is produced using Mg and a metal catalyst (Fe derivative) is used for a coupling reaction as a catalyst has also been reported (JP 2008-255037), but this also yields There are problems in the improvement and refinement process.
또한 상기 JP 2008-255037 A에서 제공하는 제조방법은 그리냐드 시약을 생성하는 과정을 포함하는데, 그리냐드 시약의 생성은 별도의 개시제가 필요하며 근본적으로 Mg 활성화(Activation) 재현성이 낮은 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 페닐기에 -CF3 치환기가 치환된 경우 Mg와 -CF3 치환기 간의 상호작용(Interaction)으로 인한 발열 현상이 보고되어 있으며 (Organic Process Research & Development, 2006, 10(6), 1258), Mg 잔여물과 금속 촉매(Fe 유도체) 등이 반응하여 반응계가 불균일하며 교반과 여과 등에 문제가 발생할 가능성이 높다.In addition, the manufacturing method provided in JP 2008-255037 A includes a process of generating a Grignard reagent, which requires a separate initiator and has a fundamentally low reproducibility of Mg activation. In addition, when the -CF 3 substituent is substituted on the phenyl group, an exothermic phenomenon due to the interaction between Mg and the -CF 3 substituent has been reported (Organic Process Research & Development, 2006, 10(6), 1258), The reaction system is non-uniform due to the reaction between the Mg residue and the metal catalyst (Fe derivative), and there is a high possibility of problems such as stirring and filtration.
한편, 나이트로 바이페닐 유도체를 제조하는 방법으로 JP 2008-255037 A은 1,2-디클로로프로페인(1,2-Dichloropropane, 1,2-DCP)을 이용하여 나이트로화(Nitration) 하는 방법을 제공하나, 1,2-DCP는 발암성이 확인된 유해물질이며 그로 인해 법적 규제를 받는 물질이므로 실제 화합물의 합성에 사용하기에 제한이 있으며, 나이트로기 도입을 위해 고 위험성의 발연 질산을 사용하는 문제점이 존재한다.On the other hand, as a method for producing a nitro-biphenyl derivative, JP 2008-255037 A discloses a method of nitration using 1,2-dichloropropane (1,2-DCP). However, since 1,2-DCP is a hazardous substance with confirmed carcinogenicity and is a substance subject to legal regulations, its use in actual compound synthesis is limited, and high-risk fuming nitric acid is used to introduce nitro There is a problem that
본 발명은 금속 촉매(Fe 유도체)를 사용한 호모-커플링 반응 후 잔여 촉매가 쉽게 제거되지 않으면 증류 정제 수율이 현저히 낮아질 수 있음을 확인하여, 상기와 같은 기존의 바이페닐 유도체 제조방법의 문제점을 해결하기 위한 연구를 하던 중, 바이페닐 유도체를 고수율 및 고순도로 제조할 수 있고 위험성이 낮은 제조방법을 확인하게 되었다.The present invention solves the problems of the conventional biphenyl derivative production method as described above by confirming that the distillation purification yield can be significantly lowered if the residual catalyst is not easily removed after the homo-coupling reaction using a metal catalyst (Fe derivative) In the course of research for this purpose, it was confirmed that a production method capable of producing a biphenyl derivative in high yield and high purity and with low risk was found.
본 발명의 일 목적은, 금속 촉매를 이용하는 그리냐드 반응(Grignard reaction)을 통한 호모-커플링(Homo-coupling) 반응에서, 고수율 및 고순도로 바이페닐 유도체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for preparing a biphenyl derivative in high yield and high purity in a homo-coupling reaction through a Grignard reaction using a metal catalyst.
본 발명의 다른 일 목적은, 바이페닐 유도체의 나이트로화 반응(Nitration)에 이용되는 용매에 대한 기존의 안전성 문제를 해결하기 위하여, 저위험성의 용매를 이용한 나이트로 바이페닐 유도체의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing a nitro-biphenyl derivative using a low-risk solvent in order to solve the existing safety problem with respect to the solvent used for the nitration reaction of the biphenyl derivative. will do
상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,
본 발명의 일 측면은,One aspect of the present invention is
하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 그리냐드 시약(Grignard reagent)과 반응시킨 후, 금속 촉매 하에서 호모-커플링(Homo-coupling) 반응시켜 하기 화학식 2로 표시되는 이량체를 형성하는 단계; 및After reacting the compound represented by Formula 1 with a Grignard reagent, homo-coupling under a metal catalyst to form a dimer represented by Formula 2; and
상기 호모-커플링 반응 후 잔류 촉매를 제거하는 단계;를 포함하는, 화학식 2로 표시되는 바이페닐 유도체의 제조방법을 제공한다.It provides a method for preparing a biphenyl derivative represented by Formula 2, including; removing the residual catalyst after the homo-coupling reaction.
[화학식 1][Formula 1]
, ,
[화학식 2][Formula 2]
, ,
상기 R1은 수소, 또는 C1- 5알킬이고, 이때 상기 C1- 5알킬에 치환된 하나 이상의 수소는 할로겐으로 치환될 수 있고; 및wherein R 1 is hydrogen or C 1-5 alkyl, wherein one or more hydrogens substituted for the C 1-5 alkyl may be substituted with halogen; and
상기 X는 I, Br, Cl, 또는 F이다.wherein X is I, Br, Cl, or F.
본 발명의 다른 일 측면은,Another aspect of the present invention is
상기 방법으로 제조한 화학식 2로 표시되는 바이페닐 유도체를,The biphenyl derivative represented by Formula 2 prepared by the above method,
DCM(Dicholoromethane) 용매 하에서 나이트로화(Nitration)하는 단계를 포함하는, 하기 화학식 3으로 표시되는 바이페닐 유도체의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a biphenyl derivative represented by the following formula (3), comprising the step of nitration (Nitration) in DCM (Dicholoromethane) solvent.
[화학식 3][Formula 3]
상기 R1은 상기에서 정의한 바와 같다.Wherein R 1 is as defined above.
본 발명에 따른 바이페닐 유도체의 제조방법은, 산성 용액을 사용하여 호모-커플링(Homo-coupling) 반응에 사용되는 금속 촉매를 제거하는 과정을 더 포함함으로써 기존의 방법보다 우수한 수율 및 선택성으로 바이페닐 유도체를 제조할 수 있으며, 나이트로화(Nitration) 반응시 위험성이 낮은 용매를 사용하므로 안전성 문제를 해결할 수 있다.The method for producing a biphenyl derivative according to the present invention further comprises a process of removing a metal catalyst used for a homo-coupling reaction using an acidic solution, thereby providing a biphenyl derivative with superior yield and selectivity than the conventional method. A phenyl derivative can be prepared, and since a solvent with low risk is used during the nitration reaction, the safety problem can be solved.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
한편, 본 발명의 실시 형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 나아가, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.On the other hand, the embodiment of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiment of the present invention is provided in order to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Furthermore, "including" a certain element throughout the specification means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.
기존의 바이페닐 유도체의 제조방법은 낮은 수율과 높은 정제 비용의 한계가 있었으며 나이트로기 도입시 유해물질로 확인된 용매를 사용하는 점에서 안전성의 문제가 존재하였다. 한편, 본 발명에서 제공하는 바이페닐 유도체의 제조방법은 그리냐드-할라이드 교환 반응(Grignard-Halide exchange reaction)을 사용하여 호모-커플링(Homo-coupling)을 제공하므로 그리냐드 시약의 별도 생성 과정이 필요하지 않으며 금속 촉매를 제거하는 과정을 더 포함하므로 고수율 및 고순도로 바이페닐 유도체를 제조할 수 있고, 나이트로기 도입을 위해 위험성이 낮은 60% 질산을 사용하며, 1,2-DCP 대신 최소한의 DCM(Dichloromethane)을 사용하여 전제적인 공정의 위험성은 낮추면서 나이트로 바이페닐 유도체를 제조할 수 있다.The existing method for preparing biphenyl derivatives had limitations in low yield and high purification cost, and there was a problem of safety in that a solvent identified as a hazardous substance was used when introducing a nitro group. On the other hand, since the method for producing a biphenyl derivative provided in the present invention provides homo-coupling using a Grignard-Halide exchange reaction, the separate production process of the Grignard reagent is Since it is not necessary and further includes a process of removing the metal catalyst, a biphenyl derivative can be prepared in high yield and high purity, and 60% nitric acid with low risk is used for nitro group introduction, and at least instead of 1,2-DCP Using DCM (Dichloromethane) of DCM (Dichloromethane) can be used to prepare nitro-biphenyl derivatives while lowering the risk of the entire process.
본 발명의 일 측면은,One aspect of the present invention is
고수율 및 고순도로 바이페닐 유도체를 제조하는 방법으로써As a method for producing a biphenyl derivative in high yield and high purity
하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 그리냐드 시약(Grignard reagent)과 반응시킨 후, 금속 촉매 하에서 호모-커플링(Homo-coupling) 반응시켜 화학식 2로 표시되는 이량체를 형성하는 단계; 및forming a dimer represented by Formula 2 by reacting the compound represented by the following Chemical Formula 1 with a Grignard reagent, followed by a homo-coupling reaction under a metal catalyst; and
상기 호모-커플링 반응 후 잔류 촉매를 제거하는 단계;를 포함하는, 화학식 2로 표시되는 바이페닐 유도체의 제조방법을 제공한다.It provides a method for preparing a biphenyl derivative represented by Formula 2, including; removing the residual catalyst after the homo-coupling reaction.
[화학식 1][Formula 1]
, ,
[화학식 2][Formula 2]
, ,
이때, 상기 R1은 수소, 또는 C1- 5알킬일 수 있고, 이때 상기 C1- 5알킬에 치환된 하나 이상의 수소는 할로겐으로 치환될 수 있고; 및In this case, R 1 may be hydrogen or C 1-5 alkyl , wherein at least one hydrogen substituted for the C 1-5 alkyl may be substituted with halogen; and
상기 X는 I, Br, Cl, 또는 F일 수 있다.X may be I, Br, Cl, or F.
이때, 상기 R1은 직쇄 또는 분지쇄의 C1- 5알킬, C1- 4알킬, C1- 3알킬, C1- 2알킬, 또는 C1알킬일 수도 있고, 상기 직쇄 또는 분지쇄의 알킬에 치환된 하나 이상의 수소는 할로겐으로 치환될 수 있다.In this case, R 1 may be a straight-chain or branched C 1-5 alkyl, C 1-4 alkyl, C 1-3 alkyl , C 1-2 alkyl , or C 1 alkyl, and the straight-chain or branched alkyl One or more hydrogens substituted in may be substituted with halogen.
상기 알킬에 치환된 하나 이상의 수소가 할로겐으로 치환된다는 것은, 알킬에 포함되는 C-H 결합이 C-할로겐 결합으로 치환될 수 있다는 의미로 이해될 수 있다. 예를 들어 본 발명은 일 실시예를 통해 R1이 C1알킬이고, C1알킬의 모든 -H가 -F(플로오로기)로 치환된, 즉, -CF3인 경우 바이페닐 유도체가 고수율 및 고순도로 제조된다는 것을 확인하였다.The substitution of at least one hydrogen substituted for the alkyl with a halogen may be understood as meaning that a CH bond included in the alkyl may be substituted with a C-halogen bond. For example, in the present invention, through an embodiment, when R 1 is C 1 alkyl, all -H of C 1 alkyl is substituted with -F (fluoro group), that is, when -CF 3 is, the biphenyl derivative is high It was confirmed that it was prepared in yield and high purity.
상기 금속 촉매는 그리냐드 시약을 이용한 호모-커플링 반응에서 사용될 수 있는 금속 촉매라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면 Fe, Al, Cr, Co, Ti, W, Si, Ir, Rh, Pt, Pd, Ru, Th, Ni, Cu, V, Au, Re, Zr 또는 Mo일 수 있다. 상기 금속 촉매는 통상의 기술자가 적절히 채택하여 사용할 수 있는 형태로서 다른 원자와 결합된 형태로 사용될 수 있다.The metal catalyst is not particularly limited as long as it is a metal catalyst that can be used in a homo-coupling reaction using a Grignard reagent, but for example, Fe, Al, Cr, Co, Ti, W, Si, Ir, Rh, Pt, Pd , Ru, Th, Ni, Cu, V, Au, Re, Zr or Mo. The metal catalyst may be used in a form combined with other atoms in a form that can be appropriately adopted and used by those skilled in the art.
상기 잔류 촉매를 제거하는 단계는,The step of removing the residual catalyst,
상기 호모-커플링 반응으로 형성된 이량체에 산성 용액을 첨가하여 교반한 후, 수층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. The method may include adding and stirring an acidic solution to the dimer formed by the homo-coupling reaction, and then removing the aqueous layer.
이때, 상기 산성 용액은 질산, 황산, 시트르산, 인산, 포스폰산, 티오말산, 티오살리실산 또는 2,2'-다이티오살리실산일 수 있으며, 산성 용액으로서 상기 잔류하는 촉매를 제거하는 용액이라면 제한되지 않는다.In this case, the acidic solution may be nitric acid, sulfuric acid, citric acid, phosphoric acid, phosphonic acid, thiomalic acid, thiosalicylic acid, or 2,2'-dithiosalicylic acid, and as an acidic solution, it is not limited as long as it is a solution that removes the residual catalyst .
상기 산성 용액의 농도는 0.1 wt% 내지 10 wt%일 수 있는데, 예를 들면 0.5 wt% 내지 8 wt%, 1 wt% 내지 8 wt%, 0.5 wt% 내지 7 wt%, 1 wt% 내지 6 wt%, 3 wt% 내지 7 wt%, 1 wt% 내지 5 wt% 또는 4 wt% 내지 6 wt%일 수도 있다.The concentration of the acidic solution may be 0.1 wt% to 10 wt%, for example, 0.5 wt% to 8 wt%, 1 wt% to 8 wt%, 0.5 wt% to 7 wt%, 1 wt% to 6 wt% %, 3 wt% to 7 wt%, 1 wt% to 5 wt% or 4 wt% to 6 wt%.
또한, 상기 잔류 촉매를 제거하는 단계는In addition, the step of removing the residual catalyst
잔류하는 금속 촉매를 제거하여 바이페닐 유도체의 수율 및 순도를 향상시킬 수 있는 방법이라면 제한하고자 하는 것은 아니다. 상기 촉매를 제거하는 단계는 호모-커플링 반응한 혼합물을 여과하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 여과 단계는 반응 혼합물이 흡착재의 패드(pad) 또는 베드(bed)를 통과하도록 하는 단계를 포함할 수 있고, 이때, 적합한 흡착재는 크로마토그래피 겔 또는 잘게 분쇄된 실리콘 및/또는 알루미늄 산화물(실리케이트, 알루미네이트 및/또는 알루미노실리케이트를 포함함)일 수 있다, 또는, 일정 크기의 기공 크기를 갖는 막을 통화하도록 하거나 금속 필터 및/또는 정제 필터 및/또는 수지를 통과하도록 할 수도 있다. 또는 화학적 처리를 하거나, 철 제거제를 사용하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 산성 용액을 사용하는 방법은 상기 화학적 처리 방법 중 일 예시로 이해할 수 있다.It is not intended to be limited as long as it is a method capable of improving the yield and purity of the biphenyl derivative by removing the residual metal catalyst. The step of removing the catalyst may include filtering the homo-coupling reaction mixture, and the filtering step may include passing the reaction mixture through a pad or bed of adsorbent. In this case, a suitable adsorbent may be a chromatography gel or a finely ground silicon and/or aluminum oxide (including silicates, aluminates and/or aluminosilicates), or a membrane having a pore size of a certain size. It may be allowed to pass through or pass through a metal filter and/or a purification filter and/or resin. Alternatively, it may include a chemical treatment or the use of an iron remover. The method using the acidic solution may be understood as an example of the chemical treatment method.
또한, 상기 수층을 제거하는 단계 후, 100 ℃ 내지 200 ℃, 5 mbar 내지 20 mbar의 조건에서 감압 증류하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, after the step of removing the aqueous layer, the step of distilling under reduced pressure under the conditions of 100 ℃ to 200 ℃, 5 mbar to 20 mbar may be further included.
상기 감압 증류 온도 조건은, 120 ℃ 내지 180 ℃, 130 ℃ 내지 170 ℃, 140 ℃ 내지 160 ℃, 또는 약 150 ℃일 수 있고, 본 발명은 일 실시예를 통해 약 150 ℃에서 잔류 철을 효과적으로 제거함으로써 바이페닐 유도체를 고수율 및 고순도로 제조할 수 있음을 확인하였다.The reduced pressure distillation temperature condition may be 120 °C to 180 °C, 130 °C to 170 °C, 140 °C to 160 °C, or about 150 °C, and the present invention effectively removes residual iron at about 150 °C through an embodiment By doing so, it was confirmed that the biphenyl derivative can be prepared in high yield and high purity.
상기 감압 증류 압력 조건은, 5 mbar 내지 18 mbar, 5 mbar 내지 15 mbar, 7 mbar 내지 13 mbar, 8 mbar 내지 12 mbar, 또는 약 10 mbar일 수 있고, 본 발명은 일 실시예를 통해 약 10 mbar에서 잔류 철을 효과적으로 제거함으로써 바이페닐 유도체를 고수율 및 고순도로 제조할 수 있음을 확인하였다.The reduced pressure distillation pressure condition may be 5 mbar to 18 mbar, 5 mbar to 15 mbar, 7 mbar to 13 mbar, 8 mbar to 12 mbar, or about 10 mbar, and the present invention is about 10 mbar through one embodiment It was confirmed that the biphenyl derivative can be prepared in high yield and high purity by effectively removing residual iron from
상기 잔류 촉매를 제거하는 단계 후의 반응액에는, 금속 촉매가 0.1 ppm 이하로 존재할 수 있다. 즉, 상기 금속 촉매의 제거는 반응액에 존재하는 금속 촉매를 반드시 완전하게 제거하는 의미로 사용되는 것이 아니며, 예를 들면 금속 촉매 제거 단계 후의 반응액에는 금속 촉매가 약 5 ppm 이하, 3 ppm 이하, 1 ppm 이하, 0.1 ppm 이하, 0.05 ppm 이하, 0.005 ppm 이하, 또는 0.001 ppm 이하의 농도로 여전히 잔류하는 경우도 본 발명에 포함된다. 또한 금속 촉매 제거 반응을 통해 반응액에 잔류하는 금속 촉매가 완전히 제거될 수도 있다.In the reaction solution after removing the residual catalyst, the metal catalyst may be present in an amount of 0.1 ppm or less. That is, the removal of the metal catalyst is not used in the sense of completely removing the metal catalyst present in the reaction solution. For example, the metal catalyst is about 5 ppm or less, 3 ppm or less in the reaction solution after the metal catalyst removal step. , 1 ppm or less, 0.1 ppm or less, 0.05 ppm or less, 0.005 ppm or less, or 0.001 ppm or less. In addition, the metal catalyst remaining in the reaction solution may be completely removed through the metal catalyst removal reaction.
본 발명의 다른 일 측면은,Another aspect of the present invention is
상기에 따른 방법으로 제조한, 화학식 2로 표시되는 바이페닐 유도체를,The biphenyl derivative represented by Formula 2, prepared by the method according to the above,
DCM(Dicholoromethane) 용매 하에서 나이트로화(Nitration)하는 단계를 포함하는, 화학식 3으로 표시되는 바이페닐 유도체의 제조방법을 제공한다:It provides a method for preparing a biphenyl derivative represented by Formula 3, comprising the step of nitration in DCM (Dicholoromethane) solvent:
[화학식 3][Formula 3]
상기 R1은 상기에서 정의한 바와 같다.Wherein R 1 is as defined above.
즉, 본 발명은 기존에 사용되었던 유해물질인 1,2-DCP를 대체할 수 있는 용매를 제공한다.That is, the present invention provides a solvent that can replace 1,2-DCP, which is a previously used hazardous substance.
상기 화학식 3으로 표시되는 바이페닐 유도체는, 나이트로화 반응 후 기존에 잘 알려진 환원반응에 의해 -NO2기가 -NH2으로 환원되어 제조되는 것일 수 있다.The biphenyl derivative represented by Formula 3 may be prepared by reducing the -NO 2 group to -NH 2 by a well-known reduction reaction after the nitration reaction.
상기 나이트로화 반응에 사용되는 질산은 약 80% 이하 농도이거나, 75% 이하 이거나, 70% 이하이거나, 바람직하게는 65% 이하일 수 있고, 가장 바람직하게는 60% 이하일 수 있다.The nitric acid used in the nitration reaction may have a concentration of about 80% or less, 75% or less, 70% or less, preferably 65% or less, and most preferably 60% or less.
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 TFMB(2,2'-Bis(trifluoromethyl)benzidine)일 수 있다.The compound represented by Formula 3 may be TFMB (2,2'-Bis(trifluoromethyl)benzidine).
이하, 본 발명의 실시예 및 실험예를 하기에 구체적으로 예시하여 설명한다. 다만, 후술하는 실시예 및 실험예는 본 발명의 일부를 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, Examples and Experimental Examples of the present invention will be specifically illustrated and described below. However, the Examples and Experimental Examples to be described below are merely illustrative of a part of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
<< 실시예Example 1> 호모-커플링(H 1> Homo-coupling (H omoomo -coupling) 반응을 통한 -coupling) through the reaction 바이페닐biphenyl 유도체의 고수율 제조방법 Method for producing derivatives in high yield
[반응식 1][Scheme 1]
단계 1: 호모-커플링(Homo-coupling) 반응 단계Step 1: Homo-coupling reaction step
질소 분위기를 유지하며 반응기 내부 온도 10 ℃에서 2M i-PrMgCl in THF(테트라하이드로퓨란, Tetrahydrofuran) 306 mL (0.61 mol)를 2 L 크기의 이중 자켓 유리 반응기에 투입하여 교반을 시작한 후 THF 65 mL를 투입하였다. 반응기 내부 온도를 15 ℃를 유지하면서 2-브로모벤조트리플루오라이드(2-Bromobenzotrifluoride) 76 mL (125 g, 0.56 mol)을 천천히 투입하였다. 2시간 동안 교반한 후, 상온에서 FeCl3 in THF 325 mL (0.02 mol)를 반응기 내부에 투입하였다. 반응기 내부 온도 50 ℃에서 2시간 동안 교반하여 반응을 종결하였다. 그 다음 5 ℃로 냉각한 후 0.5 N HCl 수용액 250 mL를 천천히 투입하고 톨루엔(Toluene) 250 mL와 물 250 mL를 투입한 후 층 분리하여 수층을 폐기하고 2회 반복하여 수세한 다음 유기층을 농축하였다.While maintaining a nitrogen atmosphere, 306 mL (0.61 mol) of 2M i-PrMgCl in THF (tetrahydrofuran, Tetrahydrofuran) was put into a double jacketed glass reactor of 2 L size at 10 ° C. was put in. 76 mL (125 g, 0.56 mol) of 2-bromobenzotrifluoride was slowly added while maintaining the temperature inside the reactor at 15°C. After stirring for 2 hours, FeCl 3 in THF 325 mL (0.02 mol) was added to the inside of the reactor at room temperature. The reaction was terminated by stirring at an internal temperature of the reactor at 50 °C for 2 hours. Then, after cooling to 5 °C, 250 mL of 0.5 N HCl aqueous solution was slowly added, and then 250 mL of toluene and 250 mL of water were added, the layers were separated, the aqueous layer was discarded, washed twice with water, and then the organic layer was concentrated. .
단계 2: 잔여 철 촉매 제거 단계Step 2: Removal of Residual Iron Catalyst
상기 단계 1에서 준비한 농축된 유기층에 인산 수용액 100 mL를 투입하고 30분 동안 교반하였다. 그 다음 층 분리하여 수층을 폐기하고 수세 과정을 2회 반복한 후, 150 ℃/10 mbar 조건에서 감압 증류하여 생성물인 바이페닐 유도체 화합물을 44.3 g을 수득하였다. 이때 상기 인산 수용액을 사용하는 대신, 하기 표 1에 따른 농도 조건을 갖는 산성 용액을 각각 사용하여 동일한 방법으로 바이페닐 유도체를 제조하였으며, 제조된 화합물의 수율 및 순도를 하기 표 1에 나타내었다.100 mL of aqueous phosphoric acid solution was added to the concentrated organic layer prepared in step 1 and stirred for 30 minutes. Then, the layer was separated, the aqueous layer was discarded, and the water washing process was repeated twice, and then distilled under reduced pressure at 150° C./10 mbar to obtain 44.3 g of a biphenyl derivative compound as a product. At this time, instead of using the aqueous phosphoric acid solution, biphenyl derivatives were prepared in the same manner by using each acidic solution having the concentration conditions according to Table 1 below, and the yield and purity of the prepared compound are shown in Table 1 below.
<< 비교예comparative example 1> 1>
상기 실시예1의 단계 1과 동일한 방법으로 제조한 농축된 유기층으로부터 감암 증류를 실시하여 생성물인 바이페닐 유도체 화합물 25.0 g을 수득하였다. 제조된 화합물의 수율 및 순도를 하기 표 1에 나타내었다.From the concentrated organic layer prepared in the same manner as in Step 1 of Example 1, distillation was performed under reduced pressure to obtain 25.0 g of a biphenyl derivative compound as a product. The yield and purity of the prepared compound are shown in Table 1 below.
(Nitric acid)nitric acid
(Nitric acid)
(Sulfuric acid)sulfuric acid
(Sulfuric acid)
(Citric acid)citric acid
(Citric acid)
(Phosphoric acid)phosphoric acid
(Phosphoric acid)
(Phosphonic acid)phosphonic acid
(Phosphonic acid)
(Thiomalic acid)Thiomalic acid
(Thomalic acid)
(Thiosalicylic acid)Thiosalicylic acid
(Thiosalicylic acid)
(2,2'-Dithiosalicylic acid)2,2'-dithiosalicylic acid
(2,2'-Dithiosalicylic acid)
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 기존과 같이 비교예 1에서 철 촉매 제거 공정을 포함하지 않는 경우 증류 정제 수율이 약 31%으로 낮았으나, 상기 실시예 1에 따라 질산, 황산, 시트르산, 인산, 포스폰산, 티오말산, 티오살리실산, 2,2'-다이티오살리실산과 같은 산성 용액을 이용하여 감압 증류할 경우 모두 약 35% 이상으로 수율이 상승하였으며, 특히 시트르산, 인산, 포스폰산, 2,2'-다이티오살리실산을 이용할 경우 수율이 40% 이상으로 우수하게 상승하였으며, 인산, 포스폰산은 농도를 5.0 wt%으로 높일 경우 수율이 약 55% 이상으로 현저히 상승한 것을 알 수 있다.As can be seen in Table 1, when the iron catalyst removal process was not included in Comparative Example 1 as in the prior art, the distillation purification yield was as low as about 31%, but according to Example 1, nitric acid, sulfuric acid, citric acid, phosphoric acid, phosphonic acid In the case of distillation under reduced pressure using an acidic solution such as phonic acid, thiomalic acid, thiosalicylic acid, or 2,2'-dithiosalicylic acid, all yields increased to about 35% or more, and in particular, citric acid, phosphoric acid, phosphonic acid, 2,2' -When dithiosalicylic acid was used, the yield was excellently increased to 40% or more, and when the concentration of phosphoric acid and phosphonic acid was increased to 5.0 wt%, it can be seen that the yield increased remarkably to about 55% or more.
순도도 기존과 같이 비교예 1에서 철 촉매를 제거하지 않은 경우 순도가 48%로 매우 낮았으나, 상기 실시예 1에 따라 산성 용액을 이용할 경우 순도가 대부분 70% 이상으로 매우 상승하였으며, 특히 시트르산, 인산, 포스폰산을 이용할 경우 약 90% 이상으로 순도가 현저히 상승하였다.Purity was also very low at 48% when the iron catalyst was not removed in Comparative Example 1 as before, but when an acidic solution was used according to Example 1, the purity was mostly increased to 70% or more, especially citric acid, When phosphoric acid and phosphonic acid were used, the purity was significantly increased to about 90% or more.
이를 통해, 산성 용액을 이용하여 철 촉매를 제거할 경우 호모-커플링(Homo-coupling) 반응을 통한 제조되는 바이페닐 유도체의 순도 및 수율이 현저히 상승하는 것을 확인할 수 있었다.Through this, it was confirmed that when the iron catalyst was removed using an acidic solution, the purity and yield of the biphenyl derivative prepared through a homo-coupling reaction were significantly increased.
<< 실시예Example 2> 2> DCMDCM 용매 하에서 under solvent 나이트로화nitrate (Nitration) 반응을 통한 나이트로 바이페닐 유도체의 제조방법(Nitration) Method for preparing nitro-biphenyl derivatives through reaction
[반응식 2][Scheme 2]
500 mL 둥근바닥 플라스크에 60% 질산 72 g을 투입하고, 15 ℃ 이하로 냉각한 다음, 온도가 25 ℃를 넘지 않도록 주의하며 95% 황산 253 g을 천천히 투입하여 혼합산을 제조하였다. 디클로로메탄(Dichloromethane, DCM) 15 mL를 혼합산 제조물에 투입한 후, 상기 실시예 1에서 제조한 바이페닐 유도체 50 g(0.17 mol)을 1시간 동안 천천히 투입하였다. 투입 후 반응물의 온도를 25 ℃로 유지하여 1시간 동안 교반한 다음, 반응물의 온도를 40 ℃로 승온하여 8시간 동안 교반하였다. 반응이 종결되면 디클로로메탄 200 mL를 투입하여 30분 동안 교반한 뒤 층 분리를 통해 잔류 산을 제거하였다. 유기층을 포화 탄산수소나트륨 수용액으로 중화하고 수층을 제거하였다. 디클로로메탄을 농충하여 제거한 후 에탄올로 결정화하여 나이트로 바이페닐 유도체 화합물 46 g을 수득하였다 (수율 70%).72 g of 60% nitric acid was added to a 500 mL round-bottom flask, cooled to 15 °C or less, and 253 g of 95% sulfuric acid was slowly added thereto, taking care not to exceed 25 °C, to prepare a mixed acid. After 15 mL of dichloromethane (DCM) was added to the mixed acid product, 50 g (0.17 mol) of the biphenyl derivative prepared in Example 1 was slowly added for 1 hour. After the addition, the temperature of the reactant was maintained at 25 °C and stirred for 1 hour, and then the temperature of the reactant was raised to 40 °C and stirred for 8 hours. When the reaction was completed, 200 mL of dichloromethane was added, stirred for 30 minutes, and the residual acid was removed through layer separation. The organic layer was neutralized with a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution, and the aqueous layer was removed. After removing dichloromethane by pesticides, it was crystallized with ethanol to obtain 46 g of a nitrobiphenyl derivative compound (yield 70%).
<< 비교예comparative example 2> 1,2- 2> 1,2- DCPDCP 용매 하에서 under solvent 나이트로화nitrate 반응을 통한 나이트로 Nitro through reaction 바이페닐biphenyl 유도체의 제조방법 Method for producing derivatives
실시예 2에서 디클로로메탄 대신 1,2-디클로로프로판(1,2-dichloropropane, 1.2-DCP)를 사용한 것을 제외하곤 동일하게 진행하여 나이트로 바이페닐 유도체 화합물 36 g를 수득하였다 (수율 55%).36 g of a nitro-biphenyl derivative compound was obtained in the same manner as in Example 2, except that 1,2-dichloropropane (1.2-DCP) was used instead of dichloromethane (yield 55%).
그 결과, 나이트로화 반응의 용매로 1,2-DCP (비교예 2)를 사용할 때보다 DCM (실시예 2)을 사용하였을 때 훨씬 우수한 수율로 나이트로 바이페닐 유도체를 제조할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 그뿐만 아니라 1,2-DCP는 발암성이 확인된 유해물질로서 법적 규제를 받는 화합물이므로, 보다 안전하면서도 높은 수율로 나이트로 바이페닐 유도체를 제조할 수 있는 DCM를 용매로 사용하는 것이 더욱 효과적인 것을 알 수 있다.As a result, it was confirmed that a nitrobiphenyl derivative could be prepared in a much superior yield when DCM (Example 2) was used than when 1,2-DCP (Comparative Example 2) was used as a solvent for the nitration reaction. could In addition, since 1,2-DCP is a compound that is legally regulated as a hazardous substance with confirmed carcinogenicity, it is more effective to use DCM as a solvent, which can produce nitrobiphenyl derivatives in a safer and higher yield. Able to know.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특성 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although the present invention has been described in detail through preferred embodiments, the scope of the present invention is not limited to specific examples, and should be interpreted by the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
Claims (11)
상기 호모-커플링 반응 후 잔류 촉매를 제거하는 단계;를 포함하는, 화학식 2로 표시되는 바이페닐 유도체의 제조방법:
[화학식 1]
,
[화학식 2]
,
상기 R1은 수소, 또는 C1- 5알킬이고, 이때 상기 C1- 5알킬에 치환된 하나 이상의 수소는 할로겐으로 치환될 수 있고; 및
상기 X는 I, Br, Cl, 또는 F이다.
forming a dimer represented by Formula 2 by reacting the compound represented by Formula 1 with a Grignard reagent and then performing a homo-coupling reaction under a metal catalyst; and
Removing the residual catalyst after the homo-coupling reaction; Method for producing a biphenyl derivative represented by Formula 2, including:
[Formula 1]
,
[Formula 2]
,
wherein R 1 is hydrogen or C 1-5 alkyl, wherein one or more hydrogens substituted for the C 1-5 alkyl may be substituted with halogen; and
wherein X is I, Br, Cl, or F.
상기 R1은 C1- 2알킬이고, 이때 상기 C1- 2알킬에 치환된 하나 이상의 수소는 할로겐로 치환될 수 있는 것인, 바이페닐 유도체의 제조방법.
According to claim 1,
Wherein R 1 is C 1-2 alkyl , wherein at least one hydrogen substituted for the C 1-2 alkyl may be substituted with halogen.
상기 금속 촉매는 Fe, Al, Cr, Co, Ti, W, Si, Ir, Rh, Pt, Pd, Ru, Th, Ni, Cu, V, Au, Re, Zr 및 Mo으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 것인, 바이페닐 유도체의 제조방법.
According to claim 1,
The metal catalyst is selected from the group consisting of Fe, Al, Cr, Co, Ti, W, Si, Ir, Rh, Pt, Pd, Ru, Th, Ni, Cu, V, Au, Re, Zr and Mo A method for producing a biphenyl derivative comprising one or more metals.
상기 잔류 촉매를 제거하는 단계는,
상기 호모-커플링 반응으로 형성된 이량체에 산성 용액을 첨가하여 교반한 후, 수층을 제거하는 단계를 포함하는 것인, 바이페닐 유도체의 제조방법.
According to claim 1,
The step of removing the residual catalyst,
After stirring by adding an acidic solution to the dimer formed by the homo-coupling reaction, the method for producing a biphenyl derivative comprising the step of removing the aqueous layer.
상기 산성 용액은 질산, 황산, 시트르산, 인산, 포스폰산, 티오말산, 티오살리실산 및 2,2'-다이티오살리실산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 바이페닐 유도체의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The acidic solution is at least one selected from the group consisting of nitric acid, sulfuric acid, citric acid, phosphoric acid, phosphonic acid, thiomalic acid, thiosalicylic acid and 2,2'-dithiosalicylic acid, the method for producing a biphenyl derivative.
상기 산성 용액의 농도는 0.1 wt% 내지 10 wt%인, 바이페닐 유도체의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The concentration of the acidic solution is 0.1 wt% to 10 wt%, the method for producing a biphenyl derivative.
상기 수층을 제거하는 단계 후,
100 ℃ 내지 200 ℃, 5 mbar 내지 20 mbar의 조건에서 감압 증류하는 단계를 더 포함하는 것인, 바이페닐 유도체의 제조방법.
5. The method of claim 4,
After removing the aqueous layer,
The method for producing a biphenyl derivative, further comprising the step of distillation under reduced pressure under conditions of 100 ℃ to 200 ℃, 5 mbar to 20 mbar.
상기 잔류 촉매를 제거하는 단계 후의 반응액에는 금속 촉매가 0.1 ppm 이하로 존재하는 것인, 바이페닐 유도체의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing a biphenyl derivative, wherein the metal catalyst is present in 0.1 ppm or less in the reaction solution after the step of removing the residual catalyst.
DCM(Dicholoromethane) 용매 하에서 나이트로화(Nitration)하는 단계를 포함하는, 화학식 3으로 표시되는 바이페닐 유도체의 제조방법:
[화학식 3]
상기 R1은 제1항에서 정의한 바와 같다.
The biphenyl derivative represented by Formula 2 prepared by the method according to claim 1,
Method for producing a biphenyl derivative represented by Formula 3, comprising the step of nitration in DCM (Dicholoromethane) solvent:
[Formula 3]
Wherein R 1 is as defined in claim 1.
상기 R1은 C1- 2알킬이고, 이때 상기 C1- 2알킬에 치환된 하나 이상의 수소는 할로겐로 치환될 수 있는 것인, 바이페닐 유도체의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein R 1 is C 1-2 alkyl , wherein at least one hydrogen substituted for the C 1-2 alkyl may be substituted with halogen.
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물이 TFMB(2,2'-Bis(trifluoromethyl)benzidine)인, 바이페닐 유도체의 제조방법.10. The method of claim 9,
A method for producing a biphenyl derivative, wherein the compound represented by Formula 3 is TFMB (2,2'-Bis(trifluoromethyl)benzidine).
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