KR820000210B1

KR820000210B1 - 감미-옥소-1,1'-비페닐-4-부타논산의 제조방법

Info

Publication number: KR820000210B1
Application number: KR1019800002426A
Authority: KR
Inventors: 박상우; 이재진; 채영복
Original assignee: 재단법인 한국과학기술원; 임 관
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1980-06-20
Publication date: 1982-03-05

Abstract

내용 없음.

Description

감미－옥소－1,1'－비페닐－4-부타논산의 제조방법

본 발명은 일반식(I)로 표시되는 감마－옥소－1,1'－비페닐－4-부타논산(

－ oxc－1,1'－biphenyl－4－butanoic acid)의 새롭고도 진보된 제조방법에 관한 것으로 이 부타논산은 소염 진통제, 해열제 등으로 사용되고 있는 유기화합물이다.

본 발명의 제조방법은 일반식(Ⅱ)의 비페닐과 일반식(Ⅲ)의 염화 숙신산 에스테르 촉매와 탈수제 존재하에 반응시켜 일반식(Ⅳ)의 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 에스테르를 합성하여 이를 분리하지 않고 가수분해하여 일반식(I)로 표시되는 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산을 제조하는 것이다.

일반식(Ⅳ) 중, R은 알킬 또는 아릴이며 알킬기는 주로 저급 직쇄 및 측쇄형 탄화수소를 표시하며 아릴기로는 페닐, 톨릴기를 표시한다.

감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산의 제조방법 중 현재까지 알려지고 있는 공지의 제조방법은 다음과 같은 특허와 문헌에 소개되어 있다.

(1) 독일 공개특허공보 제2,147,111호(1972.3.23)

니트로 벤젠과 염화알루미늄을 10℃ 이하에서 녹이고 이에 무수 숙신산과 비페놀을 첨가한 후 실온에서 96시간 반응시킨다. 반응액을 얼음물에 넣으면 백색침상 결정이 석출되며 니트로 벤젠은 수증기 증류로 제거한다.

(2) 대한민국 특허 76－131(76.3.21) : 미국 시아나미드(주)

니트로벤젠에 염화알루미늄을 가하여 10℃ 이하에서 녹이고, 이 용액에 무수 숙신산과 비페닐을 실온에서 96시간 반응시킨 후 얼음물에 넣으면 조 백색 침상결정이 석출되며 니트로벤젠은 수증기증류로 제거한다.

(3) D. Hey ＆ R.Wilkinson, J. Chem. Soc., 1030(1940)

비페닐로부터 2－페닐나프탈렌을 제조하는 방법에 관한 것으로, 이에 따르면 디페닐과 무수 숙신산이 반응하여 베타－파라－페닐벤조일 프로피온산(a)이 생성되는데 이를 clemmensen의 환원 반응에 의해 감마－4－디페닐부티르산(b)으로 만들고 산클로라이드로 고리화시키면 1－케토－7－페닐－1,2,3,4－테트라하이드로나프탈렌 (c)을 합성하는 것이 주 내용이다.

그런데 (a)의 베타－파라－페닐벤조일프로피온산 즉 본 발명의 일반식(I)로 표시되는 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산의 합성방법을 구체적으로 설명하면 비페닐과 무수 숙신산을 5－10℃에서 염화 알루미늄과 니트로벤젠의 혼합물에 30분 동안 서서히 첨가한다. 1시간 동안 계속 저어준 후 실온에서 144시간 유지시킨 다음 니트로 벤젠은 수증기 증류로 제거하면 녹는 점이 185℃인 부타논산(수율 70%)이 얻어진다.

(4) M. Weizmann et al., Chemistry ＆ Industry(London), 59, 402, (1940)

니트로 벤젠과 염화알루미늄을 10℃ 이하에서 녹이고 이 상태하에 무수숙신산과 비페닐을 서서히 첨가한다. 첨가가 완료되면 반응액을 실온에서 48시간 반응시키고 결정화 하면 녹는 점이 183℃이고 수율이 90%인 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산을 제조할 수 있다.

이들 공지의 방법은 그 제조방법에 있어서 거의 동일하며, 이들 모두가 비페닐과 무수 숙신산을 무수 염화 알루미늄 촉매와 니트로 벤젠 용매 존재하에 반응시켜 구조식(I)의 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산을 제조하는 것이다. 그러나 공지의 제조방법에서 공통으로 사용되는 니트로벤젠 용매는 피부에 침투력이 강하고 유독성이 심한 유기용매일 뿐만 아니라 반응이 종료된 후에도 니트로벤젠을 수증기 증류로 제거하여야 하기 때문에 에너지 낭비와 악취의 발생 등으로 인하여 환경 오염을 방지하는데 고가의 시설 설비가 소요된다. 특히 니트로벤젠을 용매로 사용하여 부타논산을 제조하는 공지의 방법에서는 반응시간이 48시간에서 144시간의 장시간이 소요되므로 생산공정이 지연되고 생산 원가에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 공업화에 유리한 방법이라고는 말할 수 없다.

그러나 본 발명에서는 상기의 결점이 많은 공지 방법과는 달리 공업적으로 유리하고, 공해문제가 야기되지 않도록 새롭고도 진보된 감마－옥소－1,1'－ 비페닐－4－부타논산을 제조하는 방법을 안출할 목적으로 연구를 거듭한 결과, 비페닐과 염화 숙신산 에스테르를 할로겐화 지방족 탄화수소 용매 존재하에 반응시키면 단 시간에 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산을 제조할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이른 것이다.

본 발명의 제조방법을 구체적으로 설명하면 비페닐과 염화숙신산 에스테르를 루이스산 촉매 존재하에 프리텔－크라프츠 반응으로 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산을 제조하는 것인 바, 프리텔－크라프츠의 아실화 반응에 있어서 중요한 요소로는, 첫째 삼염화 알루미늄, 삼플루오르화 붕소, 사염화주석, 사염화티탄, 염화아연, 오염화안티몬과 같은 루이스산 촉매의 적절한 선택이 필요로 하며, 둘째 니트로벤젠 이황화탄소 또는 클로로포름, 디클로로에탄, 트리클로로에틸렌과 같은 할로겐화 지방족 탄화수소 등의 용매의 적절한 선정이 중요하다. 반응 용매 중, 이황화탄소는 악취와 독성이 강할 뿐만 아니라 100℃정도의 열원에서도 쉽게 발화하므로 공업화에 여러가지 난점을 갖고 있다. 한편, 니트로벤젠은 이미 열거한 단점외에도 용매의 건조와 회수가 용이하지 않을 뿐만 아니라 반응 시간을 단축시킬 수 있는 높은 온도에서 루이스산과 착화물을 형성하여 촉매의 반응성을 약화시키는 결점을 내포하고 있다. 따라서 비페닐과 무수숙신산을 니트로벤젠과 같은 용매를 사용하여 반응시키면 장시간의 반응시간이 소요됨과 동시에 생성물의 수율을 저하시킨다. 세째로, 적절한 반응 온도의 선정으로서 사용된 출발물, 용매 및 촉매가 동일한 경우에도 최적의 반응 온도를 발견해야 부생물의 생성을 야기치 않고 반응 시간을 최대로 단축시킬 뿐만 아니라 수율의 극대화를 기할 수 있다. 네째, 무수상태에서 반응을 진행시켜야 하며 반응액 중에 수분이 존재하면 일부 촉매가 파괴됨으로써 반응성을 저하시킨다. 따라서 본 발명자가 비페닐과 염화숙신산 에스테르를 촉매와 함께 일정한 탈수제 존재하에 반응시켜서 용이하게 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산을 높은 수율로 제조할 수 있는 방법을 새로이 안출한 것은 매우 의의가 깊은 것이다. 이하 본 발명에 대하여 분야별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

(1) 촉 매

본 발명에서 아실화 반응에 사용된 촉매는 주로 루이스산으로 이들 중 가장 유효한 기능을 나타내는 촉매는 무수 염화 알루미늄으로 판명되었다. 반응에 투여된 촉매의 양은 출발물인 염화숙신산 에스테르 1몰에 대하여 1몰 이상을 사용해야 한다. 만일 1 : 1몰의 비율로 촉매의 양을 사용하면 수율의 현저한 감소를 야기시키는데 이는 루이스산 촉매 일부가 에스테르의 카르복실기와 착화합물을 형성하기 때문이다. 따라서 사용된 무수 염화알루미늄을 이론치의 2배 이상을 투여하면 매우 양호한 수율로 부타논산을 제조할 수 있었다.

(2) 용 매

프리델－크라프츠 반응에서 통상 사용되는 용매 중, 본 발명에서는 클로로포름, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 트리클로로에틸렌과 같은 할로겐화 탄화수소 용매가 반응효과를 증대시켜 주는 것으로 나타났으나 이중 디클로로메탄과 디클로에탄이 가장 적합한 용매로 판명되었다. 이들은 반응시 수율을 현저히 증가 시킬 뿐만 아니라 생성물로부터 용이하게 분리시킬 수 있어서 재사용이 가능하며 원가를 절감시키는데 기여할 수 있고, 또한 폐수 오염을 극소화시키는 매우 유리한 용매이다.

(3) 온 도

실온과 같은 저온에서도 반응은 진행되나 반응 시간이 매우 장시간소요되고 수율의 저하를 초래시킨다.

온도를 상승시키면 반응 시간을 단축시킬 수 있으나 이때에는 할로겐화 탄화수소 용매와 루이산이 착화합물을 형성하여 부반응을 일으키기 때문에 수율의 감소와 순도의 저하를 초래한다. 본 발명에서 최적 반응온도는 40－50℃이고 이때 반응 시간은 약 2시간이 소요되었다. 이상과 같이 비페닐과 염화숙신산 에스테르를 루이스산과 할로겐화 탄화수소 용매 존재하에 반응시켜 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산의 새로운 제조방법에 관하여 설명하였으며 화학반응기전은 다음과 같이 진행되리라 예상된다.

일반식(Ⅳ)인 부타논산 에스테르는 반응도중 분리 정제하지 않고 직접 알칼리 처리하여 일반식(I)인 부타논산을 제조할 수 있다. 이하 실시예에서는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명할 것이나 본 발명의 범위가 이에 국한된다는 것은 아니다.

[실시예 1]

비페닐 15.4g(0.1몰)과 염화숙신산 메틸에스테르 18.6g(0.12몰)을 무수 디클로로메탄 150ml에 용해시키고, 여기서 무수염화 알루미늄 16g(0,12몰)을 교반시키면서 서서히 가해준다. 이때 온도는 20℃ 이하로 유지시키고 같은 온도에서 30분 교반시킨 후 2시간 가열 환류시킨다. 반응이 종결되면(염화수소가스 발생중지) 실온으로 냉각 후 빙수 200g에 반응액을 가하고 교반시키면서 진한 염산으로 pH 2－3이 되도록 산성화시킨다. 디클로로메탄층을 수층과 분리하고 수층을 소량의 디클로메탄으로 2회 추출하여 모액에 혼합시킨다. 디클로로메탄층을 무수 황산마그네슘 10g으로 건조시킨 후 여과, 감압 증류시키면 정제되지 않은 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 메틸에스테르의 담황색 분말 9g을 얻을 수 있다.

[실시예 2]

실시예 1에서 얻은 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 메틸에스테르 9g을 5% 가성소오다 수용액 500ml에 가하여 1시간 가열 환류시키고 불용물을 여과 제거 후, 여액을 50℃에서 진한 염산을 가하여 산성화시키면 백색의 침전이 생성된다. 냉각 후 침전을 여과, 물로 3회 세척하고, 건조시킨 후 에탄올로 재결정하면 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산의 백색 침상결정 7.6g을 얻을 수 있다. 이것의 녹는 점은 158－187℃이고, 소비한 비페닐에 대한 목적 화합물의 수율은 30%이다.

적외선 흡수 스펙트럼(KBr disc)(cm^-1) : 3050, 2950, 2800, 2700, 2610, 1720, 1681, 1240 : 핵자기 공명 스펙트럼(DMSO－db)(δ＝ ppm) : 8.4－7.6(m,9H), 3.55(t,2H), 2.94(t,2H)

[실시예 3]

비페닐 15.4g(0.1몰)과 염화숙신산 메틸에스테르 18.6g(0.12몰)을 무수 디클로로메탄 150ml에 용해시키고, 여기에 무수염화 알루미늄 329(0.24몰)을 서서히 교반하면서 가해준다. 이때에 온도는 20℃ 이하로 유지시키고 동일 온도에서 30분간 교반시킨 후 2시간 가열 환류시키고, 실시예 1에서와 마찬가지로 처리하면 정제되지 않은 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 메틸에스테르 23g을 얻을 수 있다.

[실시예 4]

실시예 3에서 얻은 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 메틸 에스테르 23g을 5% 가성소오다 수용액 500ml에 가하여 1시간 가열 환류시키고 실시예 2와 마찬가지로 처리하면 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산의 백색 침상결정 20g을 얻을 수 있다. 이것의 녹는 점은 185－187℃이고 소비한 비페닐에 대한 목적 화합물의 수율은 78.7%이다. 적외선 스펙트럼과 핵자기 공명스펙트럼은 실시예 2에서 생성된 물질의 스펙트럼과 동일하다.

[실시예 5]

비페닐 15.4g(0.1몰)과 염화숙신산 메틸에스테르 18.6g(0.12몰)을 무수 디클로로메탄 150ml에 용해시키고 여기에 활성알루미나 1.5g과 무수 염화알루미늄 32g(0.24몰)을 서서히 교반하면서 가해준다. 이때에 반응온도는 20℃ 이하로 유지시키고 실온에서 30분간 교반 후 2시간 가열 환류시킨다. 반응이 종결되면 (염화수소가스 발생중지)실온으로 냉각 후 빙수 200g에 반응액을 가하고 교반시키면서 진한 염산으로 pH 2－3이 되도록 산성화시킨다. 불용물은 여과 제거하고 디클로로메탄층을 수층과 분리하고 수층을 소량의 디클로로메탄으로 2회 추출하여 모액과 혼합시킨다. 디클로로메탄층을 무수 황산마그네슘 10g으로 건조 시킨 후, 여과, 감압 증류시키면 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산메틸에스테르의 담황색 분말 25.5g을 얻을 수 있다. 이를 에탄올로 재결정하면 백색결정 24.7g을 얻을 수 있고 이것의 녹는 점은 100－101℃이며 소비한 비페닐에 대한 목적 화합물의 수율은 97.2%이다.

적외선 흡수 스펙트럼(KBr disc)(cm^-1) : 3020, 2940, 2900, 1730, 1670, 1590, 1400, 1320, 1160 750 : 핵자기 공명 스펙트럼(CDCl₃)(δ＝ppm) : 8.3－7.2(m, 9H), 3.75(s,3H), 3.35(t,2H), 2.8(t, 2H)

위에서 얻은 감미－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 메틸에스테르 24.7g을 실시예 4에서와 같이 5% 가성소오다 수용액 500ml에 넣고 처리하여 감마－ 옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산의 백색침상결정 22.5g을 얻었다. 이것의 녹는 점은 185－187℃이고 소비한 비페닐에 대한 목적화합물의 수율은 89%이다.

[실시예 6]

비페닐 15.4g(0.1몰)과 염화숙신산 메틸에스테르 18,6g(0.12몰)을 무수 디클로로 에탄 150ml에 용해시키고 여기에 활성알루미나 1g과 무수 염화알루미늄 32g(0.24몰)을 서서히 교반하면서 가한 후 실시예 5에서와 마찬가지로 처리하면 정제되지 않은 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 에틸에스테르 26.1g을 얻으며 이를 실시예 4에서와 같이 5% 가성소오다 용액 500ml에 넣고 처리하여 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산의 백색 침상결정 24.8g을 얻었다. 이것은 녹는 점은 185－187℃이고 소비한 비페닐에 대한 목적 화합물의 수율은 97.6%이다.

[실시예 7]

비페닐 15.4g(0.1몰)과 염화숙신산 에틸에스테르 19.75g(0.12몰)을 무수 디클로로메탄 150ml에 용해시키고 여기에 활성알루미나 1.5g과 무수 염화알루미늄 32g(0.24몰)을 서서히 교반해 주면서 가한 후, 실시예 5에서와 마찬가지로 처리하면 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 에틸에스테르의 담황색 분말 27.4g을 얻었다. 이를 에탄올로 재결정하면 백색 결정 26.8g을 얻을 수 있고 이것의 녹는 점은 98－99℃이며, 소비한 비페닐에 대한 목적 화합물의 수율은 95%이다.

적외선 스펙트럼(KBr disc)(cm^-1) : 3030, 2940, 1720, 1670, 1350, 1190, 1150, 820, 760 : 핵자기 공명 스펙트럼(CDCl₃)(δ＝ppm) : 8.3－7.1(m,9H), 4.2(q, 2H), 3.32(t, 2H), 2,75(t, 2H), 1.25(t, 3H)

위에서 얻은 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 에틸에스테르 26.8g을 실시예 4에서와 같이 5% 가성소오다 수용액 500ml에 넣고 처리하여 감마－옥소－1, 1'－비페닐－4－부타논산의 백색결정 24.6g을 얻었다. 이것의 녹는 점은 185－187℃이고 소비한 비페닐에 대한 목적 화합물의 수율은 96.5%이다.

[실시예 8]

비페닐 15.4g(0.1몰)과 염화 숙신산 에틸에스테르 19.75g(0.12몰)을 무수 디클로로에탄 150ml에 용해시키고 여기에 활성 알루미나 1g과 무수 염화알루미늄 32g(0.24몰)을 서서히 교반해 주면서 가한 후 실시예 5와 마찬가지로 처리하면 정제되지 않은 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 에틸에스테르 27g을 얻을 수 있으며, 이를 실시예 4에서와 마찬가지로 5% 가성소오다 용액 500ml에 넣고 처리하면 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산의 백색 침상결정 24.5g을 얻을 수 있다. 이것의 녹는 점은 185－187℃이고 소비한 비페닐에 대한 목적 화합물의 수율은 96.4%이다.

[실시예 9]

감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 5g을 메틸올 100ml와 진한황산 0.5g와 함께 2시간 가열 환류 시킨 후 실온으로 냉각시키면 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 메틸에스테르의 백색 결정이 생성되며, 이것의 녹는 점은 100－101℃이고 수율은 거의 정량적이다.

[실시예 10]

감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 5g을 에탄올 100ml와 진한황산 0.5m l와 함께 2시간 가열 환류시키고 실온으로 냉각시키면 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산 에틸에스테르의 백색 결정이 생성되며 이것의 녹는 점은 98－99℃이고 수율은 거의 정량적이다.

Claims

일반식(Ⅱ)의 비페닐과 일반식(Ⅲ)의 염화숙신산 알킬에스테르를 무수 염화알루미늄과 할로겐화 저급탄화수소 용매 존재하에 반응시키는 것을 특징으로 하는 일반식(Ⅰ)의 감마－옥소－1,1'－비페닐－4－부타논산의 제조방법. 일반식(Ⅲ)에서 알킬이라 함은 메틸, 에틸을 말한다.