KR20230091141A - 니트릴 화합물의 제조 - Google Patents

니트릴 화합물의 제조 Download PDF

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알레세이 보리조비치 차이체브
쳘크 오에즈 분스트라
?x크 오에즈 분스트라
이나 에레스
롤프 크리스터 에드빈슨
마틴 헤우스
케이트 안툰 제이콥 버런드 텐
미쉘 조제프 토마스 라이즈메이커스
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누리온 케미칼즈 인터내셔널 비.브이.
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Abstract

본 발명은, 3개 이상의 아민 단위를 함유하는 알킬렌 아민 화합물의 사슬 연장을 통해 니트릴 화합물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 여기서 알킬렌 아민 화합물의 3개 이상의 아민 단위 중 적어도 2개는 환형 우레아 단위에 의해 보호되고 적어도 1개는 보호되지 않으며, 알킬렌 아민 화합물의 사슬 연장은 적어도 1개의 보호되지 않은 아민 단위를 글리콜로니트릴과 반응시키거나 HCN 및 무기 시아나이드 염으로부터 선택된 시아나이드 화합물 및 포름알데히드의 조합과 반응시켜 적어도 1개의 아세토니트릴기를 보호되지 않은 적어도 하나의 아민 단위에 추가함으로써 수행된다.
본 발명에 따른 방법은 높은 선택도 및 높은 수율로 니트릴 화합물을 제조할 수 있게 한다. 니트릴 화합물은 원하는 대로 가공할 수 있다.

Description

니트릴 화합물의 제조
본 발명은 3개 이상의 아민 단위를 갖는 알킬렌 아민 화합물의 선택적 사슬 연장에 의해 니트릴 화합물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
알킬렌아민 화합물의 사슬 연장을 통한 니트릴 화합물의 제조는 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 이는 알킬렌아민을 글리콜로니트릴과 반응시키거나 시안화수소 및 포름알데히드의 조합과 반응시켜 사슬 연장된 니트릴 화합물을 형성함으로써 수행될 수 있다. 니트릴 화합물의 수소화 시, 아민 화합물이 형성될 것이다. 이러한 방법은, 예를 들어 US2010/0121064에서 EDA와 글리콜로니트릴의 반응에 대해 개시되어 있다(이 최신 문헌에서는 FACH라고 함). 그러나, 본 참조 문헌에서 나타낸 바와 같이, 상기 방법은 원하지 않는 이차 성분을 제공한다.
이차 성분의 양은 아민 분자에 존재하는 아민 모이어티의 양에 따라 증가한다. 따라서, 이차 성분의 양은 US2010/0121064에 개시된 것보다 더 많은 아민 단위를 함유하는 더 큰 분자가 출발 물질일 때 훨씬 더 많아질 것이다.
3개 이상의 아민 단위를 함유하는 알킬렌 아민 화합물 중의 일차 및 이차 아민기를 환형 우레아 단위로 보호하고, 이러한 환형 우레아 단위의 일부가 아닌 아민기 상의 알킬렌 아민을 글리콜로니트릴과 선택적으로 반응시키거나 HCN 및 무기 시아나이드 염으로부터 선택된 시아나이드 화합물 및 포름알데히드의 조합과 선택적으로 반응시키는 것이 가능하다는 것이 이제 밝혀졌다. 이는 더 적은 부산물을 형성으로 이어질 것이다.
따라서, 본 발명은 3개 이상의 아민 단위를 함유한 알킬렌 아민 화합물의 사슬 연장을 통해 니트릴 화합물을 제조하는 방법을 제공하며, 여기서 알킬렌 아민 화합물의 3개 이상의 아민 단위 중 적어도 2개는 환형 우레아 단위에 의해 보호되고 적어도 1개는 보호되지 않고, 알킬렌 아민 화합믈의 사슬 연장은 적어도 1개의 보호되지 않은 아민 단위를 글리콜로니트릴과 반응시키거나 HCN 및 무기 시아나이드 염으로부터 선택된 시아나이드 화합물 및 포름알데히드의 조합과 반응시켜 적어도 1개의 아세토니트릴기를 적어도 1개의 보호되지 않은 아민 단위에 추가함으로써 수행된다.
참고로, 아민의 일부가 환형 우레아 기로 보호되는 사슬 연장 알킬렌 아민은 알려져 있지 않다. 이러한 방법은, 예를 들어 US2015/0065679, EP 078169, US 5,399,706, US 2,785,176, GB 972,003에 개시되어 있다. 이들 문헌의 방법은 아민 화합물과 아크릴로니트릴 또는 부테네니트릴과 같은 활성화된 이중 결합을 갖는 물질과의 마이클 첨가 반응, 또는 2-클로로에틸아민과 같은 에폭시드 또는 클로라이드와의 반응에 기초한다.
염을 형성하는 2-클로로에틸아민과의 반응을 제외하고, 마이클 첨가 반응은 에틸렌 아민 사슬 연장이 일어나지 않는 분자를 생성한다. 보다 구체적으로, 반응에 의해 프로필렌 또는 더 큰 알킬렌 사슬이 혼입되거나, 알킬 단위로 종결되는 화합물이 수득된다. 에폭시드와의 반응은 또한 추가 하이드록시기를 도입할 것이다.
놀랍게도, 본 발명의 방법에서, 아세토니트릴 사슬은, 염의 형성 없이 그리고 추가적인 작용기의 도입 없이, 환형 우레아 단위의 일부가 아닌 알킬렌 아민 화합물의 아민기(들)에 선택적으로 첨가되는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 방법의 추가적인 이점은, 아민 단위가 서로 반응할 수 없게 만드는 환형 우레아 단위의 존재로 인해, 많은 구현예에서, 예를 들어 에틸렌디아미노 아세토니트릴을 수소화할 때와 같이 아세토니트릴 말단 화합물을 수소화할 때 발생할 수 있는 고리화 또는 중합화 반응이 방지될 수 있다는 것이다. 또한, 우레아기의 존재로 인해, 아미노기가 더 적게 존재한다. 결과적으로, 니트릴기가 다른 아미노기와 반응하는 부반응이 줄어들어 더 적은 부산물이 형성되고 선택도가 증가한다.
본 발명의 방법을 통해 보다 선택적인 방식으로 니트릴 화합물을 제조할 수 있으므로, 보다 엄격한 반응 조건을 적용하여 보다 높은 변환을 유도함으로써, 원하는 니트릴 화합물을 고수율로 생산하는 것이 가능하다.
또한, 글리콜로니트릴을 반응물로서 사용할 때, 보호되지 않는 아민기에 하나의 아세토니트릴 단위를 선택적으로 첨가하는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌다. 또한 시아나이드 화합물 및 포름알데히드를 사용할 때, 환형 우레아 단위의 일부가 아닌 아민기(들)에 2개의 아세토니트릴 단위를 선택적으로 첨가하는 것이 가능하다는 것도 밝혀졌다.
따라서, 본 발명의 방법은 선택적으로 사슬 연장된 알킬렌 아민을 제조하기 위한 많은 옵션을 제공한다. 선택적 반응의 결과로서, 반응 혼합물을 분리하는 데 더 적은 노력이 필요하여, 가공 및 장치 비용 둘 다를 절감시킨다.
본 발명의 방법은 적어도 하나의 아세토니트릴기 및 환형 우레아 단위에 의해 보호되는 적어도 2개의 아민 단위를 포함하는 화합물을 생성한다. 이 화합물은 아래에서 논의되는 바와 같이, 원하는 대로 추가로 가공될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 이하에서 더욱 상세히 논의될 것이다.
본 발명에 따른 방법의 출발 화합물은 3개 이상의 아민 단위를 함유하는 알킬렌 아민 화합물이며, 상기 3개 이상의 아민 단위 중 적어도 2개는 환형 우레아 단위에 의해 보호되고 적어도 1개는 보호되지 않는다.
환형 우레아 단위에 의해 보호되는 2개의 아민 단위란 화학식 I의 단위를 지칭하며
화학식 I
Figure pct00001
식 중 A는 하나 이상의 C1 내지 C3 알킬기에 의해 임의로 치환된 C2 내지 C4 알킬렌 단위의 군으로부터 선택된다. 환형 알킬렌우레아 기에서, 바람직하게는 A는 하나 또는 두 개의 C1 알킬기로 임의 치환된 C2 내지 C3 알킬렌 단위이다. 바람직하게는, A는 에틸렌, 프로필렌, 및 이소프로필렌의 군에서 선택되며, 구체적으로 에틸렌이다. 둘 이상의 A가 분자 내에 존재하는 경우, 각각의 A는 독립적으로 선택될 수 있다.
일 구현예에서, 출발 화합물은 적어도 하나의 일차 또는 이차 아민기 및 화학식 I의 적어도 하나의 환형 알킬렌우레아기를 포함하는 알킬렌우레아 화합물이다. 바람직하게는, (보호되지 않는) 아민기는 일차 아민기 또는 환형 이차 아민기이다. 특히 바람직하게는, 아민기는 일차 아민기이다.
본 발명의 출발 물질로서 사용되는 알킬렌 아민 화합물은 화학식 I의 적어도 하나의 환형 우레아 단위를 함유한다. 일반적으로, 알킬렌 아민 화합물은 화학식 I의 최대 10개의 환형 우레아 단위를 함유하게 된다. 실제로, 알킬렌 아민 화합물은 종종 화학식 I의 최대 5개의 환형 우레아 단위를 함유하게 된다. 알킬렌 아민 화합물은 적어도 1개의 보호되지 않는 아민 단위를 함유하게 된다. 일반적으로, 알킬렌 아민 화합물은 최대 5개의 보호되지 않는 아민 단위를 함유하게 된다. 실제로, 알킬렌 아민 화합물은 종종 최대 3개, 특히 1개 또는 2개, 구체적으로 1개의 보호되지 않는 아민 단위를 함유하게 된다.
알킬렌아민 화합물 중의 알킬렌 단위는 일반적으로 1 내지 10개의 탄소 원자, 특히 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는다. 일 구현예에서, 알킬렌 단위는 전술한 A에 대한 요건을 충족시킨다.
일 구현예에서, 알킬렌 아민 화합물은 아민 단위 및 알킬렌 단위 이외의 추가 모이어티를 포함하지 않는다.
또 다른 구현예에서, 알킬렌 아민 화합물은 아민 단위 및 알킬렌 단위 이외의 추가 모이어티를 포함한다. 이러한 모이어티는, 예를 들어, -OH, -COOH, 및/또는 COO-알킬로 임의 치환된 C1-C6 알킬기 및 에테르 모이어티(-O-)로부터 선택될 수 있다.
알킬렌 아민 화합물은 일반적으로 분자량이 115 내지 10.000 g/mol, 특히 115 내지 1000 g/mol 범위이고, 일부 구현예에서는 115 내지 500 g/mol 범위이다.
일 구현예에서, 알킬렌우레아 화합물은 화학식 II의 화합물이며:
화학식 II: R2-[-X-A-]q-N(A)(CO)N-[A-X-]p-A-NH2
여기서
R2는-OH, -NH2 및 -COOR4로부터 선택된 하나 이상의 기, 특히 -OH, -NH2, 및 COOR4로부터 선택된 0개, 1개, 또는 2개의 기, 특히 -OH 및 -NH2로부터 선택된 0개, 1개, 또는 2개의 기로 임의 치환된 H 및 C1 내지 C6 알킬기로부터 선택되고(R4는 H 또는 C1 내지 C6 알킬임);
X는 각각의 경우에 -O-, -NR2-, 화학식 I의 기, 및 화학식 III의 기로부터 독립적으로 선택되고:
Figure pct00002
화학식 I
Figure pct00003
화학식 III
A는 위에서 논의된 의미를 갖되, 둘 이상의 A가 분자 내에 존재하는 경우, 각각의 A는 독립적으로 선택될 수 있고,
p는 0 내지 8 범위의 정수이고;
q는 0 내지 8 범위의 정수이다.
의심의 여지를 없애기 위해, 화학식 II에서의 구조 -N(A)(CO)N-은 화학식 I에 상응한다.
위에 주어진 A에 대해 바람직한 것들은 여기에도 적용된다. 특히 바람직하게는, A는 에틸렌이다.
X는 바람직하게는 -NH-, 화학식 III의 기, 및 화학식 I의 기로부터 선택된다. 직쇄 알킬렌아민을 제조하는 것이 바람직한 경우, X는 바람직하게는 NH 및 화학식 I의 기로부터 선택된다.
R2는 바람직하게는 H, 에틸, 프로필, 및 이소프로필 중 선택되는 것이 바람직하며, 특히, 에틸은 -OH 및 -NH2로부터 선택된 하나 또는 두개의 기로 치환된다. R2는 바람직하게는 특히 에틸, 또는 프로필, 특히 두번째 탄소 원자 (아미노에틸 또는 아미노이소프로필)에서 -NH2로 치환된 에틸이며 프로필의 경우 세번째 탄소 원자에서 X 대한 연결부터 계산된다.
큰 분자의 반응이 항상 더 큰 분자를 형성하는 것을 목표로 하는 것은 아니므로, p 및 q의 합계가 최대 8, 일부 구현예에서는 최대 4, 또는 최대 2인 것이 바람직할 수 있다.
화학식 II의 바람직한 화합물의 예는 디에틸렌 트리아민(U-DETA)의 우레아 부가물, 트리에틸렌 테트라민의 모노우레아 부가물이며, 우레아 기는 말단 에틸렌 모이어티 또는 중앙 에틸렌 모이어티(U1-TETA 및 U2-TETA)에 있을 수 있고, 일차 아민기(U1-TEPA, DU1,3-TEPA)를 갖는 테트라에틸렌펜타민의 모노- 및 디-우레아 부가물이다. 이들 화합물은 선형 폴리에틸렌아민의 니트릴 화합물 및 이들 각각의 우레아 생성물을 생산하는 것이 바람직한 경우에 특히 매력적이다.
본 발명에 따른 방법의 일 구현예에 사용될 수 있는 다른 화합물의 예는, 말단 에틸렌 모이어티의 각각의 측면의 질소 원자 상의 우레아기 및 U1P3-TEPA 및 U1P4-TEPA와 같은 또 다른 에틸렌 모이어티의 각각의 측면의 질소 원자 상의 에틸렌 사슬이 제공된, 에틸렌 아민 사슬로 이루어진 화합물이다.
일반적으로, 본 명세서에서, 화합물은 다음과 같이 명명된다.
문자 코드는 가장 긴 선형 에틸렌아민 사슬을 지칭한다.
U는 에틸렌 모이어티를 통해 연결된 2개의 인접한 질소 원자의 우레아기의 존재, 즉 화학식 I의 기에 기인하는 환형 우레아기의 존재를 지칭하며, 여기서 A는 에틸렌기이다.
P는 에틸렌 모이어티를 통해 연결된 2개의 인접한 질소 원자, 즉 화학식 III의 기에 걸쳐 에틸렌 모이어티가 존재함으로써 생기는 피페라진 모이어티의 존재를 지칭하며, 화학식 III의 기는 둘 다 에틸렌기이다.
U 또는 P 접두어 뒤의 숫자는 서로 다른 가능한 구조를 구별하기 위해 사슬 내의 각각의 질소 원자를 지칭한다.
U 또는 P 접두어 앞에 오는 문자는 그룹 수를 나타내며, D는 di, 즉 두개의 그룹을 의미하고, T는 트라이 및 테트라, 즉 각각 3개의 그룹 및 4개의 그룹을 의미한다. T가 사용되는 경우, 문맥으로부터, 트라이 또는 테트라를 의미하는지가 명백할 것이다.
또 다른 구현예에서, 알킬렌우레아 화합물은 화학식 IV의 화합물
식 IV: R2-[-X-A-]q-N(A)(CO)N-[A-X-]p-A- N(A)(A)N-[-A-X-]r-R3
식 중 R2, X, A, q 및 p는 위에서 주어진 의미를 갖는다. 위에 주어진 바람직한 것들은 여기에도 적용된다.
R3은 H 및 C1 내지 C6 알킬기로부터 선택되고, 이는 -OH 및 -NH2로부터 선택된 하나 이상의 기, 특히 -OH 및 -NH2로부터 선택된 0개, 1개, 또는 2개의 기로 임의 치환된다. R3은 바람직하게는 H, 에틸, 프로필, 및 이소프로필, 특히, 에틸은 -OH 및 -NH2로부터 선택된 1개 또는 2개의 기로 임의 치환된 에틸로부터 선택된다. R3은 바람직하게는 특히 에틸, 또는 프로필, 특히 두번째 탄소 원자 (아미노에틸 또는 아미노이소프로필)에서 -NH2로 치환된 에틸인 것이 바람직하며 프로필의 경우 세번째 탄소 원자에서 X 대한 연결부터 계산된다.
화학식 IV r에서, 0 내지 8, 특히 0 내지 4, 보다 구체적으로 0, 1, 또는 2의 정수이다. 큰 분자의 반응이 항상 더 큰 분자를 형성하는 것을 목표로 하는 것은 아니므로, p, q 및 r 의 합계가 최대 8, 일부 구현예에서는 최대 4, 또는 최대 2인 것이 바람직할 수 있다.
의심의 여지를 없애기 위해, 화학식 IV의 구조 -N(A)(CO)N-은 화학식 I에 상응한다. 화학식 IV의 구조 -N(A)(A)N-은 화학식 III에 상응한다.
화학식 IV의 바람직한 화합물의 예는 피페라진에틸에틸렌디아민(UP-TETA)의 우레아 부가물을 포함한다. U1P3-TEPA 및 U1P4-TEPA도 바람직하다.
알킬렌우레아 화합물의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 적어도 2개의 아민 단위가 환형 우레아 단위에 의해 보호되고 적어도 1개의 아민 단위는 보호되지 않는 3개 이상의 아민 단위를 함유하는 알킬렌 아민은, 본 발명의 방법에서의 출발 화합물인, 알킬렌 아민 단위는 U-DETA, U1-TETA, UP-TETA, U2-TETA, DU1,3-TEPA, DU1,4-TEPA, U1P3-TEPAU1P4-TEPA 군으로부터 선택된다.
전술한 바와 같은 출발 화합물을 글리콜로니트릴 또는 HCN및 무기 시아나이드 염으로부터 선택된 시아나이드 화합물 및 포름알데히드의 조합과 반응시킨다. 이러한 반응은 아래에서 논의될 것이다.
일 구현예에서, 전술한 바와 같은 출발 화합물은 글리콜로니트릴과 반응한다. 글리콜로니트릴은 하이드록시아세토니트릴 또는 포름알데히드 시아노하이드린으로도 알려져 있다. 다음은 이러한 반응의 예시이며, U-DETA가 출발 물질로 사용된다. 물(미도시)도 반응에서 형성된다.
Figure pct00004
출발 화합물과 글리콜로니트릴 사이의 반응은 일반적으로 0~100℃, 특히 0~50℃, 보다 특히 0~35℃ 의 온도에서 수행된다. 반응은 일반적으로 0.5 내지 10 bar의 압력에서 수행된다. 승압이 요구되지 않으므로, 0.5 내지 5 bar, 특히 0.5 내지 3 bar의 압력에서 반응을 수행하는 것이 매력적일 수 있다. 대기압은 바람직한 것으로 간주된다. bar 내의 압력이 본 명세서에 언급되는 경우, bar(a)를 나타낸다.
반응은 용매에서 일어날 수 있다. 물은 적절한 용매이지만, 반응 조건 하에서 반응물이 용해될 수 있지만 반응 조건 하에서는 실질적으로 반응하지 않는 다른 용매도 고려될 수 있다. 다른 적합한 용매는 유기 용매, 예를 들어, N-메틸피롤리돈(NMP) 및 디메틸포름아미드(DMF)와 같은 아미드, 벤젠 및 크실렌과 같은 방향족 및 지방족 탄화수소, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, 이차 부탄올 및 삼차 부탄올과 같은 알코올, 에틸렌 아민, 알킬아민, 암모니아와 같은 아민, 메틸 아세테이트 또는 에틸 아세테이트와 같은 에스테르, 및 디이소프로필 에테르, 디이소부틸 에테르, 글리콜 디메틸 에테르, 다이글리콜 다이메틸 에테르, 디옥산 및 테트라하이드로푸란 (THF)과 같은 에테르를 포함한다. 에테르의 사용, 특히 고형 에테르, 보다 특히 테트라하이드로푸란의 사용이 바람직한 것으로 간주된다. 대안적으로, 유기 용매로서의 알코올, 특히 메탄올이 바람직할 수 있다. 아민과 암모니아의 사용은 가능하지만, 이들이 반응에 참여할 수 있기 때문에 덜 매력적일 수 있다.
당업자에게 명백한 바와 같이, 반응은 배치 공정 또는 연속 공정에서 수행될 수 있다. 적절한 반응기 및 프로세스 구성은 당업계에 공지되어 있고, 여기에서는 설명하지 않아도 된다.
출발 화합물과 글리콜로니트릴 간의 몰비는 원하는 사슬 연장 및 출발 화합물 중 반응성 아민기의 수에 따라 달라질 것이다. 일반적으로, 출발 물질에서 글리콜로니트릴 대 반응성 아민기의 몰비는 0.25:1 내지 4:1의 범위이다. 바람직하게는, 과량의 글리콜로니트릴은 원칙적으로 요구되지 않으므로, 출발 물질에서 글리콜로니트릴 대 반응성 아민기의 몰비는 최대 3:1, 특히 최대 2:1, 보다 특히 최대 1.5:1이다.
출발 화합물이 하나의 반응성 아민기를 함유하는 경우, 일반적으로 반응성 아민기를 모노시아노메틸화 생성물로 완전히 변환하는 것이 적절할 것이다. 따라서, 이 경우, 바람직하게는(이 경우에는 출발 화합물과 동일한) 글리콜로니트릴 대 반응성 아민기의 몰비가 적어도 0.5:1, 특히 적어도 0.75:1, 보다 특히 적어도 0.9:1, 특히 적어도 1:1이다.
출발 화합물이 둘 이상의 반응성 아민기를 함유하는 경우, 반응 혼합물 중의 글리콜로니트릴 대 일차 아민기의 몰비는 원하는 사슬 연장의 정도 및 따라서 원하는 변환의 정도에 따라 달라질 것이다. 모든 아민기를 반응시켜 완전한 변환을 얻는 것이 바람직할 때, 위에서 주어진 반응성 아민기에 대한 글리콜로니트릴의 몰비에 대한 값이 적용된다. 아민기의 일부만을 변환하고자 하는 경우, 더 낮은 비율이 적용될 것이다. 이 경우, 글리콜로니트릴 대 반응성 아민기의 몰비가 0.25:1 내지 1:1의 범위, 특히 0.25:1 내지 0.9:1, 또는 0.25:1 내지 0.7:1, 또는 0.25:1 내지 0.5:1의 범위인 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어, U2-TETA는 1 내지 2개의 글리콜로니트릴 분자와 반응하여 모노- 또는 디시아노메틸화된 U2-TETA 또는 이의 혼합물을 형성할 수 있다. 더 낮은 글리콜로니트릴 대 아민기의 비율은 더 많은 모노-시아노메틸화 U2-TETA의 형성을 유도하는 반면, 더 높은 글리콜로니트릴 대 일차 아민기의 비율은 더 많은 디시아노메틸화 U2-TETA의 형성을 초래한다.
당업자가 알 수 있듯이, 출발 물질의 변환과 원하는 생성물에 대한 선택성 사이의 트레이드 오프가 종종 존재한다. 이를 고려하여, 원하는 생성물에 대한 변환율과 선택도 사이의 원하는 균형을 얻을 수 있도록 반응 조건(반응 시간, 반응 온도, 등) 및 반응물 사이의 비율을 선택하는 것은 당업자의 범위 내에 있다.
또 다른 구현예에서, 전술한 바와 같은 출발 화합물은 HCN 및 무기 시아나이드 염으로부터 선택된 시아나이드 화합물 및 포름알데히드의 조합과 반응한다. 다음은 이러한 반응의 예시이며, U-DETA가 출발 물질로 사용된다.
Figure pct00005
일 구현예에서, 시아나이드 화합물은 HCN이다. 이 경우, 반응은 바람직하게는 -5℃ 내지 90℃의 범위, 특히 0℃ 내지 60℃의 범위 및 0.5 내지 10 bar의 압력의 온도에서 수행된다. 승압이 요구되지 않으므로, 0.5 내지 5 bar, 특히 0.5 내지 3 bar의 압력에서 반응을 수행하는 것이 매력적일 수 있다. 대기압은 바람직할 수 있다.
반응은 용매에서 일어날 수 있다. 물은 적절한 용매이지만, 반응 조건 하에서 반응물이 용해될 수 있는 다른 용매가 또한 고려될 수 있다. 글리콜로니트릴과의 반응에 대해 전술한 용매가 또한 여기에 적용될 수 있다.
당업자에게 명백한 바와 같이, 반응은 배치 공정 또는 연속 공정에서 수행될 수 있다. 적절한 반응기 및 프로세스 구성은 당업계에 공지되어 있고, 여기에서는 설명하지 않아도 된다.
반응은 바람직하게는 1 내지 9, 보다 구체적으로는 2 내지 7 범위의 pH에서 수행된다. 필요한 경우, pH 조절제를 첨가할 수 있다.
이러한 방법의 경우, 무엇보다도, 포름알데히드 및 하이드로시아닌산을 첨가하여 선택도와 변환 사이의 균형을 제어하는 도구로서 사용될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 시아나이드 화합물은 무기 시아나이드 염이다. 이 경우, 시아나이드 염은 바람직하게는 알칼리 금속 시아나이드 염 및 알칼리 토금속 시아나이드 염으로부터 선택된다. 적절한 알칼리 금속 염은 나트륨, 칼륨, 및 리튬의 염을 포함하며, 바람직하게는 나트륨 및 칼륨을 포함하고 특히 나트륨을 포함하는 것이 바람직하다. 적절한 알칼리 토금속 염의 예는 시안화칼슘이다. 일반적으로, 바람직하게는 시안화 화합물은 반응 조건 하에서 반응 매질에 가용성이다.
시아나이드 염이 사용되는 경우, 수득된 최종 생성물은 반응 매질의 pH에 따라 달라질 것이다. 산성 조건 하에서 반응이 수행되는 경우, 최종 생성물은 니트릴일 것이다. 이 경우, pH는 바람직하게는 1 내지 7의 범위로 유지된다. 원하는 경우, 산, 예를 들어, 강한 무기산을 첨가하여 pH를 원하는 범위로 유지할 수 있다. 반응이 강한 염기성 조건 하에서 수행되는 경우, 반응에서 형성된 니트릴은 추가로 반응하여 카르복실레이트 염을 형성할 것이다. 염기, 특히 NaOH 또는 KOH와 같은 강한 무기 염기를 첨가하여 카르복실레이트 기의 형성을 촉진할 수 있다. 이 경우, 반응은 10~14의 pH에서 수행되는 것이 바람직할 수 있다.
출발 화합물과 포름알데히드 및 무기 시아나이드 염의 조합의 반응은 바람직하게는 30 내지 150℃, 특히 50 내지 130℃의 온도에서 수행된다.
일 구현예에서, 니트릴기의 가수분해에 의해 생성된 암모니아는 바람직하게는 시약 투여와 동시에 반응 혼합물로부터 증류된다. 이는 더 높은 생성물 순도를 허용한다.
반응은 일반적으로 0.5~10 bar(a)의 압력에서 수행된다. 승압이 요구되지 않으므로, 0.5 내지 5 bar, 특히 0.5 내지 3 bar의 압력에서 반응을 수행하는 것이 매력적일 수 있다. 대기압은 바람직할 수 있다.
반응은 용매에서 일어날 수 있다. 물은 적절한 용매이지만, 반응 조건 하에서 반응물이 용해될 수 있는 다른 용매가 또한 고려될 수 있다. 글리콜로니트릴과의 반응에 대해 전술한 용매가 또한 여기에 적용될 수 있다.
당업자에게 명백한 바와 같이, 반응은 배치 공정 또는 연속 공정에서 수행될 수 있다. 적절한 반응기 및 프로세스 구성은 당업계에 공지되어 있고, 여기에서는 설명하지 않아도 된다.
포름알데히드 및 시아나이드 화합물은 단일 용량으로 또는 일련의 용량으로 동시에 또는 순차적으로 반응 혼합물에 제공될 수 있다. 이들은 출발 물질에 별도로 제공될 수 있거나, 출발 물질과 반응하기 전에 결합될 수 있다. 다양한 실시예의 조합이 또한 고려된다. 시약의 동시 첨가가 바람직할 수 있다.
포름알데히드와 시아나이드 화합물 간의 몰비는 0.5:1 내지 2:1, 특히 0.7:1 내지 1.4:1, 보다 구체적으로는 0.9:1 내지 1.1:1, 예를 들어 등몰의 범위일 것이다.
출발 화합물과 시아나이드 화합물 간의 원하는 비율은 원하는 사슬 연장률, 출발 화합물 내 반응성 아민기의 수, 및 반응성 아민기가 일차 아민인지 또는 이차 아민인지에 따라 달라질 것이다. 일반적으로, 완전한 변환을 위해, 하나의 시아나이드 분자가 NH-결합 당 반응되어야 한다. 따라서, 일반적으로, 출발 물질에서 반응성 아민의 반응성 NH-결합에 대한 시아나이드 화합물의 몰비는 0.25:1 내지 4:1의 범위이다. 바람직하게는 과량의 시안화 화합물은 원칙적으로 요구되지 않으므로, 이 비율은 최대 3:1 또는 최대 2.5:1, 또는 최대 2:1, 또는 최대 1.5:1, 특히 최대 1.2:1이다. 부분 변환은 일반적으로 매력적이지 않으므로, 출발 물질에서 반응성 아민의 반응성 NH-결합에 대한 시아나이드 화합물의 몰비는 바람직하게는 적어도 0.5:1, 보다 바람직하게는 적어도 0.8:, 보다 구체적으로는 적어도 1:1이다.
본 발명에 따른 방법은 아세토니트릴-치환된 알킬렌아민 화합물의 형성을 초래한다. 출발 물질 및 이로부터 수득될 수 있는 니트릴 생성물의 예가 다음 표에 나와 있다.
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
출발 물질 및 이로부터 수득될 수 있는 니트릴 생성물의 다른 조합이 하기 표에 나와 있다.
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
Figure pct00021
Figure pct00022
Figure pct00023
Figure pct00024
Figure pct00025
Figure pct00026
Figure pct00027
Figure pct00028
Figure pct00029
Figure pct00030
일 구현예에서, 다음 단계에서, 본 발명의 방법으로부터 생성된 아세토니트릴 기가 추가로 반응된다. 예를 들어, 일 구현예에서, 니트릴 단위는 수소화되어 아민기를 제공한다. 예를 들어, 또 다른 구현예에서, 니트릴 단위는 가수분해되어 (중성 또는 약산성 조건 하에서) 말단 아미드 또는 (알칼리 조건 하에서) 카르복시산 기를 수득한다. 예를 들어, 추가의 구현예에서, 니트릴기는 그리냐르(grignard) 시약과 반응하여 이미닌 염을 형성한 다음 가수분해되어 케톤을 수득할 수 있다.
원하는 경우, 환형 우레아 보호기는 본 발명에 따른 방법에 의해 수득된 생성물로부터 제거될 수 있다. 일 구현예에서, 이는 알칼리 조건 하에서 반응에 의해 수행될 수 있다. 이 경우, 아세토니트릴 기가 형성된 생성물에서 또 다른 기로 아직 변환되지 않는 경우, 이들은 알칼리 조건 하에서 카르복시산 기로도 비누화될 것이다. 따라서, 환형 우레아 단위의 제거 및 아세토니트릴기의 카르복시메틸기로의 비누화가 동시에 수행될 수 있다. 그러나, 니트릴기를 다른 화학물질과 반응시켜 이를 아민 단위로 변환하는 것이 바람직한 경우, 일부 구현예에서, 환형 우레아 단위가 제거되기 전에 먼저 이러한 반응을 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 이하에서 더욱 상세히 논의될 것이다.
다음 반응식은 U-DETA 유래 생성물을 출발 화합물로서 갖는 가능한 추가 반응을 예시한다.
아세토니트릴기의 촉매 수소화
Figure pct00031
아세토니트릴기의 비누화
Figure pct00032
수소화 생성물로부터 환형 우레아 단위를 제거하는 단계
Figure pct00033
일 구현예에서, 본 발명에 따른 방법의 니트릴 생성물은 니트릴 화합물을 수소와 반응하여 니트릴을 상응하는 아민으로 변환시키는 촉매 수소화 단계를 거친다.
본 발명의 아세토니트릴 생성물의 촉매 수소화는 바람직하게는 수소화 촉매, 예를 들어, Raney-Cobalt 또는 Raney-Nickel, 예를 들어, 주기율표의 그룹 8의 원소를 함유하는 지지 촉매, 예를 들어, Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Pd, Os, Ir, Pt, 바람직하게는 Fe, Co, Ni, Ru 또는 Ni, 또는 Ni, 또는 Ni, 또는 Ni를 사용하여 수행된다. 촉매는 무기 산화 담체 상에, 예를 들어, 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 또는 이들의 조합에 기초하여, 또는 다공성 탄소 담체 상에 지지될 수 있다.
반응은 40 내지 150°C, 바람직하게는 70 내지 140°C, 특히 80 내지 140°C 및 5 내지 300 bar, 바람직하게는 30 내지 250 bar, 특히 40 내지 160 bar의 온도에서 수행될 수 있다. 아세토니트릴 생성물의 촉매 수소화는 당업계에 공지되어 있으며, 여기서는 추가적인 설명을 필요로 하지 않는다.
수소화 프로세스는, 본 발명에 따른 방법의 출발 화합물과 비교하여, 추가의 에틸렌아민기를 수득한 알킬렌아민 화합물의 형성을 초래한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 사슬-연장된 알킬렌아민 화합물을 수득하는 것을 가능하게 한다.
다음 표는 출발 물질, 니트릴, 및 생성된 아민 생성물의 예를 보여준다:
Figure pct00034
또 다른 구현예에서, 본 발명에 따른 방법의 니트릴 생성물은 니트릴 화합물이 염기와 반응하여 카르복시산 염을 형성하는 비누화 단계를 거친다. 이러한 반응은 니트릴 형성 후에 수행될 수 있지만, 니트릴 형성이 전술한 바와 같은 무기 시아나이드 염을 사용하여 수행되는 경우, 니트릴 형성과 동시에 수행될 수도 있다.
아세토니트릴 생성물의 비누화가 별도의 단계로서 수행되는 경우, 이는 바람직하게는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 수용액과 같은 염기를 첨가함으로써 수행된다. 추가의 바람직한 실시예에서, 염기는 아세토니트릴기 당 0.7 내지 1.5 몰 당량으로 사용된다. 수성 매질의 사용과 마찬가지로, KOH 또는 NaOH를 염기로 사용하는 것이 바람직하다. 비누화 방법은 당업계에 공지되어 있으며, 추가적인 설명을 필요로 하지 않는다.
비누화 단계의 생성물은 카르복시산의 염이다.
다음 표는 다수의 바람직한 출발 물질-니트릴 중간체-비누화 생성 조합을 열거한다:
Figure pct00035
일 구현예에서, 니트릴기는 그리냐르 시약과 반응하여 이미인 염을 형성한 다음 가수분해되어 케톤을 수득할 수 있다.
그리냐르 시약은 화학식 R-Mg-X의 화합물이며, X는 할로겐이고, R은 유기기, 일반적으로 알킬 또는 아릴이다. X는 일반적으로 Cl, Br 및 I로부터 선택된다. 적절한 R 접지의 예는 C1-C10 알킬 및 C5-C10 아릴, 알킬아릴 및 아릴알킬을 포함한다. R은, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필, 및 페닐로부터 선택된다. 예는 메틸마그네슘 클로라이드 및 페닐마그네슘 브롬화물을 포함한다. 그리냐르 시약과의 반응은 이미닌 화합물의 형성을 초래한다. 물과의 반응에 의해, 바람직하게는 산성 조건 하에서, 이민은 케톤으로 변환될 수 있다. 물의 존재는 그리냐르 시약의 파괴로 이어질 것이기 때문에, 이미인이 형성된 후에만 물을 첨가하는 것이 중요하다.
그리냐르 시약과 니트릴 기의 반응을 통해 이민을 형성하고, 이어서 가수분해하여 케톤을 형성하는 것은 당업계에 공지되어 있으며, 여기서는 추가 설명을 필요로 하지 않는다.
추가의 구현예에서, 본 발명의 방법에 의해 수득된 아미노니트릴 화합물은 상응하는 아미드를 제조하기 위한 가수분해 단계를 거친다. 이러한 반응은 산성 촉매를 사용하여, 용매, 특히 양성자성 용매, 바람직하게는 물에서 수행될 수 있다. 적합한 촉매는 무기산, 예를 들어, 황산, 질산, 염산, 및 브롬화수소산과 같은 종래의 산성 촉매, 및 포름산, 구연산, 아세트산, 트리플루오로아세트산, 및 이들의 조합을 포함한다.
상응하는 아미드 화합물을 형성하기 위한 아미노니트릴 화합물의 가수분해는 당업계에 공지되어 있고, 여기서는 추가 설명을 필요로 하지 않는다.
다음 표는 다수의 바람직한 출발 물질, 상응하는 니트릴 중간체 및 아미드 생성물 조합을 열거한다:
Figure pct00036
일 구현예에서, 환형 우레아 보호기는 본 발명에 따른 방법에 의해 수득된 생성물로부터 제거된다. 우레아 제거 단계에서의 반응 조건에 따라, 이는 니트릴 생성물 또는 위에서 논의된 추가 반응으로부터의 생성물에 대해 수행될 수 있다. 우레아 제거 단계에서 우세한 반응 조건 및 말단기의 반응성을 고려하여 적절한 반응 서열을 선택하는 것은 당업자의 범위 내에 있다.
본 명세서에서, 환형 우레아 보호기를 함유하는 화합물은, 환형 우레아 보호기의 제거로 인해 환형 우레아기에 혼입되어 이전에 보호된 2개의 아민기의 유리를 초래한다는 것을 반영하기 위해, U-화합물 또는 U-알킬렌아민 화합물로서 표시될 수도 있다. 이 방법은 또한 CO2 제거 단계로서 표시될 수 있다. 이는 상이한 방식으로 수행될 수 있다.
일 구현예에서, U-알킬렌아민 화합물은 물과 액상으로 반응하여 CO2의 제거 하에 상응하는 알킬렌아민 화합물을 형성한다. 물과의 반응은 일반적으로 적어도 150℃의 온도에서 일어난다. 반응 온도가 150℃ 미만인 경우, U-화합물은 상당한 정도로 반응하지 않을 것이다. 바람직하게는 반응은 적어도 180℃, 특히 적어도 200℃, 보다 특히 적어도 230℃, 또는 심지어 적어도 250℃의 온도에서 수행된다. 바람직하게는, 이 단계 동안 온도는 400℃, 특히 최대 350℃, 보다 특히 최대 320℃를 초과하지 않는다.
반응 매질이 액상인 한, 프로세스 동안의 압력은 중요하지 않다. 일반적인 범위로서, 원하는 온도에 따라 0.5 내지 100bar의 값이 언급될 수 있다. 바람직하게는 매체 내에 충분한 양의 아민과 물을 유지하기 위해, CO2 제거 단계는 적어도 5bar, 특히 적어도 10bar의 압력에서 수행된다. 고압 장치와 관련된 고 비용의 관점에서, 압력은 최대 50bar, 특히 최대 40bar인 것이 바람직할 수 있다.
물의 양은 원하는 변환 정도 및 프로세스 조건에 따라 달라진다. 일반적으로, 물의 양은 공급원료의 우레아 모이어티당 적어도 0.1 몰의 물 이상이다. 더 많은 양이 종종 사용되고, 예를 들어, 우레아 모이어티당 최소 0.1몰의 물, 특히 우레아 모이어티당 최소 0.5몰이 사용된다. 본 발명에 따른 방법에서 최대값은 중요하지 않지만, 너무 많은 양의 물은 불필요하게 큰 장비가 필요하게 될 것이다. 일반적으로, 몰당 최대 500 mol의 물의 양, 특히 최대 300 mol, 보다 특히 최대 200 mol, 일부 구현예에서는 최대 100 mol, 또는 최대 50 mol이 언급될 수 있다.
예를 들어, 바람직하게는, 반응 용기를 환기시키고, 바람직하게는 질소 또는 증기와 같은 박리 가스를 제공함으로써, 반응 동안 CO2 제거를 수행한다.
일 구현예에서, U-알킬렌아민 화합물은 액상에서 물과 함께 적어도 230℃의 온도에서, CO2의 제거와 함께, 몰 우레아 모이어티당 0.1~20 몰의 양으로 반응한다. 비교적 높은 온도 및 CO2 제거와 조합하여 적은 양의 물을 사용하면, 변환율이 좋고 부산물의 형성이 적어 효율적인 프로세스를 초래한다는 것이 밝혀졌다.
일 구현예에서, U-알킬렌아민 화합물은 카르보닐 모이어티를 픽업할 수 있는 알킬렌아민과 반응하여, U-알킬렌아민 화합물을 그의 상응하는 알킬렌아민 화합물로 변환시키고, 카르보닐 모이어티를 U-알킬렌아민으로 픽업할 수 있는 알킬렌아민을 동시에 변환시킨다. 이러한 방법은 카르보닐 전달 반응으로서 기술될 수 있다.
추가의 구현예에서, U-알킬렌아민 화합물은 강한 염기, 즉 1 미만의 pKb를 갖는 염기와 반응하여 상응하는 알킬렌아민 화합물 및 탄산염을 형성한다. 본 구현예에서, 강한 무기 염기의 사용이 바람직한 것으로 간주된다. 일 구현예에서, 강한 무기 염기는 금속 수산화물의 군으로부터, 특히 알칼리 및 알칼리 토금속의 수산화물의 군으로부터, 특히 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화칼슘, 수산화마그네슘 및 수산화바륨으로부터 선택된다. 일 구현예에서, 강한 무기 염기는 금속 산화물의 군으로부터, 특히 알칼리 및 알칼리 토금속의 산화물의 군으로부터, 특히 산화칼슘, 산화마그네슘 및 산화바륨으로부터 선택된다. 수산화나트륨, 수산화칼륨, 마그네슘(수산화수소) 및 칼슘(수산화수소)산화물의 군으로부터 강한 무기 염기를 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 수산화나트륨 및 수산화칼륨의 사용은 특히 바람직한 것으로 간주될 수 있다. 수산화암모늄과 같은 다른 강한 무기 염기가 사용될 수도 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 다양한 무기 염기의 혼합물이 사용될 수 있다. 반응 매질에서 무기 염기로 변환될 수 있는 화합물과 마찬가지로, 다른 성분에 추가하여 염기를 포함하는 화합물도 사용될 수 있다. 염기의 몰량은 변환될 알킬렌우레아 모이어티의 몰량과 관련하여 계산될 수 있다. 적어도 0.2:1의 값이 언급될 수 있다. 알킬렌우레아 모이어티를 상응하는 알킬렌아민 화합물로 완전히 변환시키는 것이 바람직한 경우, 더 많은 양의 사용이 바람직할 수 있는데, 예를 들어, 적어도 1:1, 특히 적어도 1.5:1의 몰비로 사용될 수 있다. 반응 속도를 증가시키기 위해 더 많은 양, 예를 들어 적어도 2:1, 특히 적어도 2.5:1의 몰비를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게는, 많은 양의 염기가 추가의 변환에 기여하지는 않지만 추가의 비용을 초래할 것이므로, 염기 대 알킬렌우레아의 몰량의 몰비는 최대 20:1, 특히 최대 15:1, 보다 특히 최대 10:1이다. 심지어 더 적은 양의 무기 염기로 충분할 수 있음이 밝혀졌다. 보다 구체적으로, 양호한 결과는 최대 7.5:1, 특히 최대 6.5:1, 보다 특히 최대 5.5:1의 염기 대 알킬렌우레아 모이어티의 몰비로 수득될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 최대 5.5:1의 몰비를 사용하면 알킬렌우레아 모이어티가 완전히 변환되고 생성된 알킬렌아민 화합물의 수율이 높은 것으로 밝혀졌다. 알킬렌우레아 모이어티의 몰 당 훨씬 적은 염기를, 예를 들어, 최대 5:1, 특히 최대 4:1, 보다 특히 최대 3:1의 몰비로 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
염기로 처리하는 것은, 예를 들어 무기 염기의 농축된 수용액으로 처리될 물질을 접촉시킴으로써 수행될 수 있다. 염기의 성질 및 반응 혼합물의 추가의 조성물에 따라, 고형분 형태로 염기를 첨가하고 이를 반응 매질에 용해시키는 것이 또한 가능할 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 목표는 반응 매질의 불필요한 희석을 피하면서 하이드록시가 CO2 부가물과 반응할 수 있도록 염기를 용해된 상태로 만드는 것이다.
반응은 실온과 400℃ 사이의 온도에서 수행될 수 있다. 온도 및 압력은 반응 혼합물이 액상이 되도록 선택되어야 한다. 더 높은 온도는 반응 시간을 감소시키기 때문에 유리하다. 적어도 100℃, 특히 적어도 140℃, 특히 적어도 170℃의 온도에서 반응을 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 반면에, 더 높은 온도는 부산물의 원하지 않는 형성을 초래할 수 있다. 따라서, 최대 350℃, 특히 최대 290℃온도에서 반응을 수행하는 것이 바람직할 수 있다.
반응 온도에 따라, 반응 시간은 넓은 범위 내에서, 예를 들어 15분 내지 24시간 사이에서 변할 수 있다. 반응 시간은 1시간 내지 12시간, 특히 1시간 내지 6시간으로 변하는 것이 바람직할 수 있다. 더 낮은 양의 염기를 사용할 때, 원하는 변환 정도를 얻기 위해 더 긴 반응 시간이 필요할 수 있다.
반응이 완료되면, 에틸렌아민 화합물 및 무기 염기의 탄산염을 함유하는 반응 혼합물이 수득될 것이다. 염은 당업계에 공지된 방법에 의해, 예를 들어, 염이 고체 형태인 여과 또는 보다 일반적으로 상 분리에 의한 여과에 의해 제거될 수 있다.
다양한 CO2 제거 단계의 조합이 가능한데, 예를 들어 CO2 제거와 함께 물로 처리하고, 이어서 염기로 처리하고, 임의로 중간 생성물 제거 단계를 조합하는 것 또한 가능하다.
상호 배타적이지 않는 한, 본원에 기술된 다양한 바람직한 구현예가 조합될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 예시되며, 이에 의해 제한되지 않는다.
실시예
실시예 1 U-DETA를 U-DETA 모노아세토니트릴로 사슬 연장 후, 비누화 및 시클릭 우레아 기의 제거
실시예 1A: U-DETA와 글리콜로니트릴의 반응에 의한 모노시아노메틸-U-DETA 합성
물(109g)에 녹인 U-DETA(68.5g, 0.5mol) 용액과 58.8% 글리콜로니트릴 용액(47.6g, 0.5mol)을 20℃에서 물(101 g)을 함유하는 1L 반응기에 동시에 채웠다. 글리콜로니트릴을 약간 더 빠르게 투여하였다. 투여 온도는 18℃였다. 투여 시간은 35분이었다. 반응 혼합물을 RT에서 18시간 동안 유지하였다. NMR 분석은 생성물로의 완전한 변환을 보여주었다.
Figure pct00037
실시예 1B: 모노시아노메틸-U-DETA의 사폰화에 의한 모노카르복시메틸-U-DETA 합성
전술한 바와 같이 1L 반응기에서 제조한 모노시아노메틸-U-DETA(304 g) 용액을 스테인리스 스틸 반응기에서 20℃로 50% NaOH(44.7 g)와 물(128 g)의 혼합물에 첨가하였다. 1시간 동안 교반한 후, 반응기 온도를 끓는점(104℃까지 단계적으로 상승시키고, 암모니아-물 혼합물을 증류하여 이 온도에서 3시간 동안 유지시켰다. NMR 분석에 따르면, 생성물로의 완전한 가수분해가 발생하였다.
Figure pct00038
실시예 1C: 모노카르복시메틸-U-DETA로부터 환형 우레아기를 제거함으로써 1-(카르복시메틸)-디에틸렌트리아민 합성
가수분해 실험은 50 ml 파르 밤(Parr bomb)을 사용하여 수행하였다. 50% NaOH 용액을 상기 실시예 1B에 기술된 바와 같이 수득된 모노카르복시메틸-U-DETA 소듐염을 함유하는 반응 혼합물에 첨가하였다. NMR 분석에 따르면 20시간 동안 180℃에서 ca. 2당량의 NaOH로 불완전한 변환이 발생하였다. NaOH의 하나의 추가 등가물을 첨가했을 때, 18시간 동안 180℃에서 완전 가수분해가 발생했다.
Figure pct00039
실시예 2 U-DETA의 U-DETA 다이아세토니트릴로 사슬 연장 후 비누화
실시예 2A: U-DETA와 포름알데히드 및 HCN의 반응에 의한 디시아노메틸-U-DETA 합성
가열/냉각 수조 및 교반기가 장착된 1리터 이중벽 반응기에서 U-DETA(68.5g, 94.5% 순도, 0.5mol)의 물(293g) 용액에 진한 황산(3g)을 첨가하여 pH를 11.7에서 9.5로 낮추었다. 44.2% 포름알데히드 용액(34 g, 0.5 mol)을 수득된 용액에 첨가하여, pH를 5.5까지 추가로 떨어트렸다. 이어서, 44.2% 포름알데히드 용액(36 g, 0.5 몰) 및 시안화 수소(27 g, 1 몰)를 90분의 기간에 걸쳐 동시에 첨가하였다. 약 75분 내에, 침전물을 형성하고 물(100 g)을 첨가하여 교반성을 개선하였다. 1시간 동안 교반한 후, 생성물을 반응기로부터 방출시켰는데, 이는 상당한 양의 헹굼수가 필요하였다. 생성물을 여과하고 건조시켰다.
Figure pct00040
실시예 2B: 디시아노메틸-U-DETA의 비누화에 의한 디카르복시메틸-UDETA 합성
전술한 바와 같이 제조한 건조된 디시아노메틸-U-DETA(70.4 g)를 35℃에서 물(400 g) 및 50% NaOH(57 g, 0.6 mol)의 교반 혼합물에 첨가하였다. 혼합물을 35℃에서 밤새 교반하여 투명한 용액을 수득하였다. 반응기 온도를 105℃까지 점진적으로 상승시키고, 암모니아-물 혼합물을 증류하여 이 온도에서 2시간 동안 유지시켰다. 온도를 105℃ 로 유지하기 위해 물을 첨가하였다. 디카르복시메틸-U-DETA의 31.6%(NMR 분석) 이나트륨 염을 함유하는 황색 용액(260 g)을 수득하였는데, 이는 출발 UDETA에 기초한 57% 수율에 상응한다.
Figure pct00041
실시예 3: U-DETA와 포름알데히드 및 알칼리 금속 시아나이드와의 반응을 통한 U-DETA의 U-DETA 디아세테이트 염으로 사슬 연장
실시예 3A: U-DETA와 포름알데히드 및 알칼리 금속 시아나이드와의 반응을 통한 디카르복시메틸-U-DETA 합성
30% 시안화나트륨 용액을 물(250g), U-DETA(90.3g, 94%, 0.7몰) 및 50% NaOH(17g, 0.2몰)를 함유하는 1L 스테인레스 스틸 반응기에 98℃에서 투여하였다. NaCN 투여 시작 2분 후, 44% 포름알데히드 용액의 동시 투여를 시작하였다. NaCN 용액의 투여 속도는 처음 33분 동안 3.18 g/분, 다음 49분 동안 1.25 g/분, 나머지 시간 동안 1.01 g/분이었다. 투여된 NaCN 용액의 총량은 230 g이었다. 포름알데히드 용액의 투여 속도는 각각 1.31, 0.51 및 0.42 g/분이었다. 투여된 포름알데히드 용액의 총량은 97 g이었다. 유리 시아나이드의 양이 100 ppm 미만일 때 포름알데히드의 투여를 중단하였다. 반응 혼합물을 104℃ 초과로 온도가 상승하지 않도록 암모니아-물 혼합물을 제거하고 물을 첨가하면서 추가로 1시간 동안 끓였다. 냉각 후, 디카르복시메틸-U-DETA의 30.3%(NMR 분석) 이나트륨염을 함유하는 576.5 g의 반응 용액을 반응기로부터 방출하였는데, 이는 U-DETA를 기준으로 한 86% 수율에 상응한다.
Figure pct00042
실시예 3B 우레아기를 제거하여 1,1-비스(카르복시메틸)-디에틸렌트리아민 형성
50% NaOH 용액(3.5당량)을 싱거 프로세스(Singer process)으로부터 생성된 디카르복시메틸-U-DETA 나트륨 염을 포함하는 반응 혼합물에 첨가하고, 혼합물을 180℃에서 40시간 동안 가열하였다. NMR 분석에 따르면, 생성물로의 높은 변환율을 얻었다.
Figure pct00043

Claims (14)

  1. 3개 이상의 아민 단위를 함유한 알킬렌 아민 화합물의 사슬 연장을 통해 니트릴 화합물을 제조하는 방법으로서, 알킬렌 아민 화합물의 3개 이상의 아민 단위 중 적어도 2개는 환형 우레아 단위에 의해 보호되고 적어도 1개는 보호되지 않으며, 사슬 연장은 적어도 1개의 보호되지 않은 아민 단위를 글리콜로니트릴과 반응시키거나 HCN 및 무기 시아나이드 염으로부터 선택된 시아나이드 화합물 및 포름알데히드의 조합과 반응시켜 적어도 1개의 아세토니트릴기를 적어도 1개의 보호되지 않은 아민 단위에 추가함으로써 수행되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 1개의 보호되지 않은 아민 단위를 글리콜로니트릴과 반응시키는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 적어도 1개의 보호되지 않은 아민 단위를 HCN 및 무기 시아나이드 염으로부터 선택된 시아나이드 화합물 및 포름알데히드의 조합과 반응시키는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 시아나이드 화합물은 HCN인, 방법.
  5. 제3항에 있어서, 시아나이드 화합물은 무기 시아나이드 염, 특히 시아나이드 나트륨, 시아나이드 칼륨, 시아나이드 칼슘, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 염인, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 반응은 산의 존재 하에 수행되는, 방법.
  7. 제5항에 있어서, 반응은 카르복실레이트를 형성하도록 니트릴기를 반응시키는 조건 하에서, 예를 들어 염기의 존재 하에 수행되는, 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 아세토니트릴기를 함유하는 생성물은 수소 및 촉매의 존재 하에 수소화 단계인 추가 반응 단계를 거치고, 수소화 단계에서 니트릴기는 적어도 부분적으로 아민기로 변환되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 아세토니트릴기를 함유하는 생성물은 수성 염기 내지 카르복실레이트기의 존재 하에 비누화 단계인 추가 반응 단계를 거치는, 방법.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 아세토니트릴기를 함유하는 생성물은 그리냐르(grignard) 시약과 반응하는 추가 반응 단계를 거쳐 이민 염을 형성한 다음 이를 가수분해하여 케톤을 수득하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 아세토니트릴기를 함유하는 생성물은 후속하여, 산성 촉매의 존재 하에 가수분해 단계인 추가 반응 단계를 거쳐 상응하는 아미드를 형성하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 아민 단위가 환형 우레아 단위에 의해 보호되고 적어도 1개의 아민 단위는 보호되지 않는 3개 이상의 아민 단위를 함유하는 알킬렌 아민 화합물은 U-DETA, U1-TETA, UP-TETA, U2-TETA, DU1,3-TEPA, DU1,4-TEPA, U1P3-TEPA, 및 U1P4-TEPA의 군으로부터 선택되는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 환형 우레아 단위는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법에 의해 수득된 니트릴 화합물로부터 제거되거나, 임의로, 니트릴 화합물이 추가 반응 단계를 거치는 경우, 추가 반응 단계 동안 또는 그 후의 추가 반응 단계는 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항의 반응 단계일 수 있는, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 환형 우레아 단위를 제거하는 단계는 액상인 물과의 반응, 카르보닐 모이어티를 픽업할 수 있는 알킬렌아민과의 반응, 및 강한 염기와의 반응 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
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