KR920003901B1 - 3-포르밀테트라하이드로티오피란의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

3-포르밀테트라하이드로티오피란의 제조방법

본 발명은 니켈, 코발트, 백금, 구리 및/ 또는 은을 함유하는 촉매의 존재하에서 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란을 수소화반응시켜 3-포르밀테트라하이드로티오피란을 제조하고 ; 필요하다면, 산성촉매의 존재하에서 비스-(β-프로밀에틸)술파이드 및/ 또는 3-포르밀-4-하이드록시테트라하이드로티오피란을 전환시켜 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란을 제조하고, 그리고 필요하다면, a) 염기성 촉매의 존재하에서 및 용매로서 메틸렌클로라이드, 방향족 탄화수소 및/ 또는 1,1,2-트리클로로에탄의 존재하에서 및/ 또는 b) 카르복사미드의 존재하에서 황화수소와 아크롤 레인을 반응시켜 상기의 술파이드 및/ 또는 3-포르밀-4-하이드록시 테트라하이드로티오피란을 제조하는 방법에 관한 것이다.

3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란은 -10℃에서 구리 가루 및 트리에틸아민의 존재하에서 아크롤레인과 황화수소로부터 제조될 수 있다는 것이 다음 문헌(Z.Lebensm. Unters.Forsch. 170(1980), 34-35)에 기술되었다. 또한, 독일공개공보 DAS 1,919,504에서는 -10 내지 +150℃에서 염기 및 용매의 존재하에서 반응시키고 이어서 60 내지 160℃에서 생성물을 강산과 반응시키는 것으로 이루어진 두단계 제조방법을 기술하고 있다. 그 실시예들은 초대기압하에서 수행되고 사용되는 용매가 클로로포름 및 메탄올이고 사용되는 염기가 3차 아민이고 사용되는 산이 인산 및 황산인 경우의 과정을 예시한다.

오늘날까지, 영국특허 1,479,916호만이 포화 알데히드 3-포르밀테트라하이드로티오피란의 제조를 기술하였다. 이러한 특허문헌에 있어서, 우선 3-클로로프로피온알데히드 디에틸 아세탈 및 황화수소나트륨을 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란으로 전환시킨 후 탄소 담체상의 팔라듐 촉매위에서 수소화 반응시켜 포화 알데히드를 얻는다. 실시예들은 다량의 촉매가 필요함을 보여주고 있으며 ; 탄소상에 10%의 팔라듐으로 이루어진 1.5g의 촉매가 3.2g의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란에 대해서 사용되었다.

팔라듐/목탄 촉매의 존재하에 수소화 반응시켜 불포화 술파이드를 포화 술파이드로 전환하는 것이 알려져 있다. 높혀진 온도 및 초대 기압하에서와 같은 통상의 조건하에서 중금속 촉매의 존재하에서의 수소화반응은 실제적인 가수소분해를 결과한다는 것을 알아야 한다(J.Chem.Soc.(1958년), 2888-2890페이지 참조).

또한, 팔라듐 촉매가 α,β-불포화 알데히드를 포화 알데히드로 부분적인 수소화 반응시키는데 있어 바람직하게 사용됨이 다음 문헌(Ralander, Catalytic Hydrogenation over Platinum Metals, Academic Press, New York, 1967, pages 107-108)에 공지되어 있다. 독일공개공보 DOS 2,832,699호에서는 희토류 금속의 화합물과 팔라듐으로 구성되는 촉매가 기술되어 있으며, 그리고 이러한 조합물을 사용할 때에는, 민감한 알데히드 그룹에도 불구하고, 올레핀적으로 불포화된 알데히드가 상응하는 포화알콜로 과수소화 반응하는 것이 회피된다는 것을 기술하고 있다. 상기 문헌에는, 팔라듐 촉매가 불포화 지방족 알데히드의 경우에서도 적합하긴 하지만, 팔라듐 촉매만이 카르보닐그룹의 실제적인 감소를 일으킴이 없이 올레핀 그룹을 선택적으로 감소시키므로, 팔라듐 촉매가 모든 경우에 있어서 엄선된 촉매라고 가리키고 있다. 이것은, 팔라듐 촉매가 올레핀 이중 결합을 공격하지만 니켈촉매가 카르보닐 그룹을 공격하는, 시트로넬랄의 환원에 의해 예시 된다.

니켈촉매는 예를들어 티오펜과 같은 술포 화합물에 의해 빠르게 유독해진다(참조. H.D.Hartough, Thiophend and its Derivatives. Interscience Publishers, New York, 1952, pages 167-168). 유기 화합물들의 탈황을 위해 니켈 촉매 및 코발트 촉매가 사용되는데, 황화수소가 형성된다는 것을 알아야 한다. 백금 촉매도 티오펜에 의해 유독해진다. 티오펜 화합물과 티오란 화합물 양쪽 모두는 구리, 백금 및 니켈촉매의 존재하의 수소화 반응동안에 분열을 받을 수 있다. 또한, 다음 문헌(Angew. Makromol.Chem.52(1976), 63-70)은 니켈촉매가 효과적인 탈황 촉매임을 보여준다. 또한, 다음 문헌[Freifelder, Practical Catalytic Hydrogenation(Wiley Interscience, New York, 1971), pages 153-154]은 불포화된 알데히드의 수소화반응을 위해 팔라듐 촉매를 추천하였고, 백금 및 니켈촉매는 부적당하고 니켈촉매가 과수소화 반응을 증진한다는 것을 보여주고 있다.

독일공개공보 DAS 1,919,504호에서는 유기염의 존재하에서와 유기용매의 존재 또는 부재하에서 아크롤레인과 황화수소를 반응시킨 후 반응생성물을 강산으로 처리함으로써 3-포르밀테트라 하이드로티오피란(1-티아시클로-

³

본 발명자들은 하기 일반식(Ⅱ)의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란을 니켈, 코발트, 백금, 구리 및/ 또는 은을 함유하는 촉매의 존재하에서 수소화반응시키는 경우, 촉매의 존재하에 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란의 수소화반응에 의해 하기 일반식(Ⅰ)의 3-포르밀테트라히드로티오피란이 유리하게 얻어진다는 것을 발견하였다 :

상기식에서 개개의 R¹은 각각 수소 또는 지방족기를 나타낸다.

또한, 본 발명자들은, 제 1 단계에서, 하기 일반식(Ⅲ)의 비스-(포르밀에틸)술파이드 및/ 또는 하기 일반식(Ⅳ)의 3-포르밀-4-하이드록시테트라하이드로티오피란을 산성촉매의 존재하에서 전환시키고, 이어서, 제 2 단계에서, 얻어지는 하기 일반식(Ⅱ)의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란을 니켈, 코발트, 백금, 구리 및/ 또는 은을 함유하는 촉매의 존재하에서 수소화반응시키는 경우에 상기의 제조방법이 유리하게 수행될 수 있다는 것을 발견하였다 :

상기식에서 R¹은 전술한 바와 같다.

또한, 본 발명자들은 제 1 단계에서, 하기 일반식(Ⅴ)의 아크롤레인을 a) 염기성 촉매의 존재하에서와 그리고 용매로서 메틸렌 클로라이드, 방향족 탄화수소 및/ 또는 1,1,2-트리클로로 에탄의 존재하에서 및/ 또는 b) 카르복시아미드의 존재하에서 황화수소와 반응시키고, 이어서, 제 2 단계에서, 하기 일반식(Ⅲ)의 비스-(β-포르밀에틸)술파이드와 하기일반식(Ⅳ)의 3-포르밀-4-하이드록시테트라하이드로티오피란을 산성촉매의 존재하에서 전환시키고, 이어서, 제 3 단계에서, 얻어지는 하기 일반식(Ⅱ)의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란을 니켈, 코발트, 백금, 구리 및/ 또는 은을 함유하는 촉매의 존재하에서 수소화 반응시키는 경우, 상기의 제조방법이 유리하게 수행될 수 있다는 것을 발견하였다 :

상기식에서, R¹은 상기의 의미와 같다.

또한, 본 발명자들은 사용된 수소화반응촉매가 니켈, 코발트, 백금, 구리 및/ 또는 은을 함유하고 부가적으로 염기성 산화물을 함유하는 촉매인 경우, 유리하게 상기 제조방법이 수행될 수 있다는 것을 발견하였다.

아크롤레인이 본 발명에 따라 3단계 과정에서 사용되는 경우, 그 반응은 하기의 식으로 표시할 수 있다. :

통상적으로 방법과 비교하여, 본 발명에 따른 방법은 더욱 간단하고 더욱 경제적인 경로에 의해 더 좋은 수율 및 순도로서 3-포르밀테트라하이드로티오피란을 제공한다. 종래 기술을 고려해 볼 때, 이들 모두의 유리한 결과들은 놀라운 것이다. 예를들어, 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란의 수소화반응에 있어서, 팔라듐 촉매가 빠르게 중독되는데 반하여(비교 실시예 6) 새로운 촉매, 특히 니켈촉매는 매우 선택적인 수소화반응을 달성하고 활성도를 별로 떨어뜨림이 없이 반복하여 사용될 수 있다는 것을 예견하지 못했다. 하터치(상기 문헌인용)에 따르면, 새로운 니켈 촉매의 급속한 중독이 일어난다고 추정되었다. 독일공개 공보 DOS 2,832,699호 및 프래이펠더(상기 문현인용)에 의한 문헌에 관련하여, 상응하는 알콜로의 티오피란의 실제적인 과수소화반응이 일어나지 않는다는 것은 특히 놀라운 것이다. 어떠한 경우에 있어서, 이러한 문헌, 하터치의 논문 및 Angew.Makromol.Chem.(상기 문헌인용)를 고려해 볼때, 촉매 활성도에 있어서 실제적인 감소, 티오피란 고리의 분해, 그리고 황화수소의 형성 및 많은 수의 분해 생성물과 부생성물들의 불균일 혼합물의 형성이 예상되지 못했었다.

3차 아민의 존재하에서 비스-(β-포르밀에틸)술파이드(Ⅲ)과 3-포르밀-4-하이드록시테트라하이드로 티오피란(Ⅳ)의 혼합물을 얻기 위한 황화수소와 아크롤레인의 반응은 처음에 아크롤레인을 취하여 황화수소안에 도입하거나 또는 더 유리하게는 10-60℃사이의 온도 및 대기압하에서, 반응공간내로 황화수소와 아크롤레인을 동시에 도입하여 수행할 수 있으며 ; 이러한 과정은 독일공개공보 DAS 1,919,504호를 고려해볼 때 놀라운 것이다. 또한 새로운 방법에 있어서, 메틸렌클로라이드, 방향족 탄화수소 및, 바람직하게, 1,1,2-트리클로로에탄이 용매로서 사용될 수 있는 한편 알콜이 불충분한 결과를 제공하며, 그리고, 놀랍게도, 이성체화합물 1,1,2-트리클로로에탄에 비교하여 1,1,1-트리클로로에탄이 실제적인 양의 출발물질(Ⅲ) 및 (Ⅳ)을 제공하지 못하고 원치않은 중합생성물(비교 실시예 2)을 제공한다는 것은 종래의 문헌으로부터는 추론할 수 없다.

반응(수소화)는 화학양론적 양 또는 과량의 수소, 유리하게는, 1몰의 출발물질(Ⅱ) 당 1 내지 50, 특히 1 내지 10몰의 수소를 사용하여 수행할 수 있다. 적합한 출발물질(Ⅱ)와 화합물(Ⅲ), (Ⅳ) 및 (Ⅴ), 그리고 이에 따른 적합한 최종생성물(I)은, 상기 일반식에서, 개개의 기 R¹이 각기 수소 또는 C₁-C₈, 특히 C₁-C₄의 알킬인 것들이다. 이러한 기들은 반응조건하에서 불활성인 그룹, 예컨대 C₁-C₄의 알킬에 의해 더욱더 치환될 수 있다.

예를들어, 출발물질(Ⅱ)로서 사용할 수 있는 티오피란은 아래와 같다 :

2-메틸-, 2-에틸-, 2-프로필-, 2-이소프로필-, 2-부틸-, 2-이소부틸-, 2-sec.-부틸-그리고 2-3차-부틸-3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란 ; 2 위치대신에 6 위치에서 상기 그룹에 의해 치환된 3-포르밀-5,6-디하이드로-2-티오피란 ; 그리고 상기 그룹에 의해 2위치 및 6위치에서 이중치환된 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란. 이중에서 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란이 바람직하다.

반응(수소화)은 대체로 10 내지 180℃, 바람직하게 50 내지 150℃에서 및 대기압 또는 감압하에서 수행될 수 있지만, 바람직하게는 초대기압하에서, 편리하게는 1과 300bar사이에서, 유리하게는 1과 205bar사이에서, 바람직하게는 1과 155bar사이에서, 더 바람직하게는 1과 100bar사이에서, 특히 바람직하게는, 5 내지 50bar사이에서 연속식 또는 회분식으로 수행될 수 있다.

유리하게, 반응조건하에서 불활성인 유기용매가 사용된다. 바람직한 용매의 실례로는 에테르, 예를들어, 에틸프로필에테르, 메틸 3차-부틸에테르, n-부틸 에틸 에테르, 디-n-부틸 에테르, 디이소부틸 에테르, 디이소프로필 에테르, 디에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 테트라하이드로푸란 또는 디옥산, 알카놀 및 시클로알카놀, 예를들어 에탄올, 메탄올, n-부탄올, 이소부탄올, 3차-부탄올, 글리콜, 3-메톡시프로판올, 2차-부탄올, n-프로판올, 이소프로판올, 시클로헥사놀, 에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 2-에틸렉사놀, 메틸글리콜, n-헥산올, 이소헥실 알콜, 도데실알콜 또는 메틸 시클로헥사놀, 특히 1에서 4의 탄소수를 가지는 것, 3차아민, 예를들어 N-메틸피페리딘 또는 N-메틸모르폴린, 카르복시아미드, 예를들어 N,N-디메틸벤즈아미드, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸페닐아세트아미드, N,N-디메틸시클로헥산카르복시아미드, N,N-디메틸프로피온아미드 및 동족 N-메틸카르복실산피페리디드와 N-메틸카르복실산 피페리디드, 대응하는 N,N-디에틸, N,N-디프로필, N,N-디이소프로필, N,N-디이소부틸, N,N-디벤질, N,N-디페닐, N-메틸-N-페닐, N-시클로헥실-N-메틸 및 N-에틸-N-3차-부틸혼합물, N-메틸포름아닐리드, N-에틸피페리드-6-온, N-메틸피롤리돈 및 테트라메틸우레아, 그리고 바람직하게 에스테르, 예를들어 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 이소부틸 포름에이트, 메틸 프로피온에이트, n-부틸 아세테이트, 에틸포름에이트, 메틸프탈레이트, 메틸 벤조에이트, 또는 페닐아세테이트, 그리고 적절한 혼합물등이 있다. 유리하게, 용매는 출발물질(Ⅱ)에 근거하여 10내지 10,000 중량%, 바람직하게는 10 내지 1,000 중량%의 양으로 사용된다.

본 발명에 따른 방법에 의한 수소화 반응을 위한 촉매를 제조하기 위해 사용된 금속은 아래와 같다 :

촉매는 라니 니켈 또는 라니 코발트와 같이 담체없이 사용될 수 있거나 또는 지지된 촉매의 형태로 사용될 수 있다. 또한 담체없이 촉매는 본 발명에 따른 금속들의 화합물일 수 있으며 바람직하게는 이들의 산화물이다. 적합한 담체의 실례로는 탄소, 실리카겔, 알루미늄 실리케이트 또는 알루미나가 있다. 이러한 지지된 촉매는 어떠한 원하는 방식으로 제조될 수 있으며, 예를들어 금속염기의 적절한 용액으로서 담체를 함침하여 제조되거나, 또는 성분들의 분쇄와 함께 혼합 또는 반죽하여 제조될 수 있다. 촉매제조의 사항들에 관하여는, 특히 지지된 촉매의 제조의 사항들에 관하여는, 다음 문헌(hHouben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Volume 4/2, page 137이후부터)을 참조할 수 있다. 지지된 촉매에 있어서, 금속함량은 담체의 중량에 근거하여 대개는 0.05 내지 19.5중량%, 바람직하게는 0.05 내지 15중량%이다. 수소화 반응촉매에 있어서 본 발명에 따른 금속(Ni, Co, Cu, Pt 또는 Ag)은 출발물질(Ⅱ)에 근거하여, 일반적으로 0.1 내지 100중량%, 특히 0.5 내지 20중량%의 양으로 사용된다.

적합한 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 금속 또는 금속 화합물외에도, 촉매는 염기성 산화물을 함유하며, 일반적으로는 주기율표의 그룹(Ⅱa) 및 (Ⅲa)의 금속의 염기성산화물, 유리하게는 칼슘의 산화물, 마그네슘의 산화물 및/ 또는 희토류 금속의 산화물, 특히 프라세오디뮴 또는 세륨의 산화물을 함유한다. 이러한 그룹들의 배열은 다음 문헌(D'"ans-Lax, Tascherbuch fur Chemiker und Physiker(Springer, Berlin, 1967), Volum 1, page 63)에 근거한다. 촉매중의 염기성 금속산화물의 함량은, 촉매 또는 지지된 촉매에 근거하여, 유리하게는 0.5에서 90중량% 사이, 바람직하게는 0.5 내지 30중량%이며, 그리고 염기성 금속산화물, 예를들어 산화마그네슘은 담체 또는 이것의 일부분을 구성할 수 있다.

연속식 또는 회분식 과정에 있어서, 촉매 또는 지지된 촉매는 압출물의 형태로서 또는 분말의 형태로서 유리하게 사용된다.

반응은 아래와 같이 수행될 수 있다. 출발물질(Ⅱ), 수소, 촉매와, 만일 필요하다면 용매의 혼합물은 반응온도에서 및 반응압력하에서 반응한다. 수소가 반응을 위해 연속식으로 또는 회분식으로 도입될 수 있고 및/ 또는 촉매 그 자체는 특정의 반응시간후에 새로운 양의 수소와 함께 재충전될 수 있다. 일반적으로, 수소는 반응온도에서 항상 적절한 반응압력이 유지되도록 하는 양으로, 반응의 시작 및 경과도중에 반응혼합물에 도입된다. 적절한 반응압력을 확립하기 위해, 수소외에도 질소와 같은 불활성 가스를 사용하는 것도 가능하다. 예를들어, 출발물질(Ⅱ)과 용매가 반응기내로 도입되고, 수소화촉매가 첨가되고, 그리고 반응공간이 질소로서 채워진다. 이어서 상기의 반응압력에 달할때까지 수소가 첨가된 후, 반응혼합물을 상기한 온도까지 조절하고, 수소의 통과를 지속하면서, 반응의 결과로서 수소가 더이상 소모되지 않을 때까지 상기의 온도에서 유지한다. 이어서 반응혼합물은 냉각 및 여과되고, 증류와 같은 통상적인 방법에 의해 최종생성물이 여액으로부터 단리된다.

출발물질(Ⅱ)은 어떠한 원하는 방식으로 제조될 수 있으며, 예를들어 독일공개공보 DAS 1,919,504호에 기술된 방법에 의해 제조될 수 있다. 두가지의 바람직한 구현예에 있어서, 아크롤레인(V)는 황화수소와 반응하는데, 이것은 구현예(a)에서는 용매메틸렌 클로라이드, 방향족 탄화수소 및/ 또는, 바람직하게, 1,1,2-트리클로로에탄과 함께 염기성 촉매의 존재하에 수행되며, 그리고 구현예(b)에서는 염기성 촉매 및 용매로서 동시에 작용하는 카르복시 아미드의 존재하에 수행된다. 유리하게, 과정(a) 및 과정(b) 양쪽 모두는 -15 내지 +60℃ 바람직하게는 -8 내지 +40℃에서 대기 압력, 초대기압력 또는 감압하에서, 연속적이거나 또는 회분으로 수행된다. 과정(a) 또는 (b)에 대하여 지정된 용매는 단독으로 혹은 적절한 혼합물의 형태로 사용한다. 유리하게, 용매 또는 용매 혼합물은 출발물질(Ⅴ)에 근거하여 10 내지 10,000중량%의 양으로 사용하며, 바람직하게는 10 내지 1,000중량%의 양으로 사용한다. 출발물질(Ⅴ)과 황화수소는 화학양론적 양 또는 과량으로 사용하여 반응시킬 수 있으며 ; 유리하게 아크롤레인(Ⅴ)의 몰당 0.3 내지 10몰, 바람직하게는 0.5 내지 2몰의 황화수소가 사용된다.

과정(a)에서의 반응은 촉매로서 염기성 화합물의 존재하에서 수행되며, 이러한 화합물은 1몰의 출발물질(Ⅴ)당 유리하게는 0.001 내지 0.1당량, 바람직하게는 0.005 내지 0.05당량의 양으로 사용된다. 바람직한 염기성 화합물은 3차 아민이지만, 알칼리토금속 화합물, 암모늄화합물, 알칼리금속화합물 또는 1차 또는 2차아민을 사용하는 것도 가능하다. 적당한 염기성 화합물의 실례로는 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 수산화칼슘, 산화칼슘, 산화바륨, 수산화마그네슘, 산화마그네슘, 수산화바륨, 탄산칼슘, 의산나트륨, 아세트산염나트륨, 의산칼슘, 아세트산염칼륨, 메탈화나트륨, 에틸화나트륨, 메틸화칼륨, 에틸화칼륨, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리이소프로필아민, 트리부틸아민, 트리이소부틸아민, 트리-2차-부틸아민, 트리-3차-부틸아민, 트리벤질아민, 트리시클로헥실아민, 트리아밀아민, 트리헥실아민, N,N-디메틸아닐린, N,N-디에틸아닐린, 디메틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디이소프로필아민, 디부틸아민, 디이소부틸아민, 피롤리돈, 피페리딘, 피롤리딘, 이미다졸, 피로, N,N'-디메틸에틸렌디아민, N,N'-디에틸에틸렌디아민, 모르폴린, 헥사메틸렌아민, 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 이소프로필아민, 부틸아민, 2차-부틸아민, 3차-부틸아민, 아닐린, N-메틸피롤리돈, N-에틸피롤리돈, N-메틸피페리딘, N-에틸피페리딘, N-메틸피롤리딘, N-에틸피롤리딘, N-에틸피롤, N-메틸모르폴린, N-에틸모르폴린, N-메틸헥사메틸렌아민, N-에틸헥사메틸렌아민, 피리딘, 퀴롤린 및 피리미딘이 있다.

과정(b)에 있어서 카르복사미드는 유리하게는 추가의 용매의 부재하에 개별적으로 또는 혼합물 형태로 이용된다. 필요하다면 이들은 과정(a)에 대하여 이미 지정되었던 비율(아크롤레인 V에 근거)로서 방향족 탄화수소, 1,1,2-트리클로로에탄 및/또는 염화메틸렌과 함께 사용될 수 있거나, 또는 a)에 대하여 언급한 반응 조건하에서 염기성 촉매 및 과정(a)의 한가지 용매 또는 두가지 용매와 함께 사용될 수도 있다. 적당한 카르복사미드는 방향족, 아르지방족, 시클로지방족, 또는, 특히 지방족 또는 고리형 카르복사미드, 또는 비치환, 단일치환 또는 바람직하게, 질소원자에서 이중치환된 카르복사미드이다. 바람직한 아미드는 하기 일반식(Ⅳ)을 갖는 것이며,

상기식에서 개개의 R²와 R³는 같거나 또는 서로 다르고 각각 수소, 1에서 4탄소수의 알킬, 시클로헥실, 7에서 12탄소수의 아르알킬 또는 페닐이며, 이웃한 탄소원자 및 질소원자와 함께 R²및 R³는 5-원자고리 또는 6-원자고리 헤테로고리의 멤버일 수 있으며, 또는 이들 두 기에 이웃한 질소원자와 R²는 5-원자고리 또는 6-원자고리 헤테로고리의 멤버일 수 있으며, 그리고 R³는 R²가 상기한 바와 같은 경우의 기

을 나타낸다. 기 및 고리들은 1 내지 3의 탄소수의 알킬과 같은, 반응조건하에서 불활성인 그룹에 의해 더욱더 치환될 수 있다.

적당한 아미드의 예로는 N,N-디메틸벤즈아미드, N,N-디메틸 부틸아미드, N,N-디메틸페닐아세트아미드, N,N-디메틸시클로헥산 카르복시아미드, N,N-디메틸프로피온아미드와 동족의 카르복실산 피페리디드 및 카르복시산 피롤리디드 ; 상응하는 N,N-디메틸, N,N-디프로필, N,N-디이소프로필, N,N-디이소부틸, N,N-디벤질, N,N-디페닐, N-메틸-N-페닐, N-시클로헥실-N-메틸 그리고 N-에틸-N-3차-부틸화합물 ; N-메틸포름아닐리드, N-에틸피페리드-6-온 및 테트라메틸우레아, 그리고 적절한 혼합물등이 있다. 디메틸포름아미드, 디에틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디에틸아세트아미드 및 N-메틸피롤리돈이 바람직하다.

a) 또는 b)에 따른 반응은 1몰의 출발물질(Ⅳ)(3-포르밀-4-하이드록시테트라하이드로티오피란) 당 0.1 내지 1몰의 출발물질(Ⅲ)(비스-(β-포르밀-에틸)술파이드)의 비율로 출발물질(Ⅲ)과 (Ⅳ)의 혼합물을 제공하며 ; 이들 출발물질들은 예를들어 분별 증류에 의한 단리와 같은, 통상의 방식으로 단리할 수 있으며, 그리고 개별적으로 또는 서로간의 혼합물 형태로 두번째 단계의 산처리를 위해 도입될 수 있다. 그렇지만, 반응 a) 또는 b)로부터의 반응혼합물을 그대로 다루기 보다는, 이 반응혼합물에 산을 첨가한 후 두번째 단계의 반응을 수행하는 것이 유리하다. 일반적으로, 강산이 사용된다. 본 발명의 목적을 위하여, 강산은 반응조건하에서 불활성인 유기 또는 무기산이고 -7 내지 +2.16의 pK_a지수를 가진다. 산지수의 정의 또는 pK_a값의 정의에 관하여는 다음 문헌(Ullmanns Encyklopadie der technischen Chemie, Volume 15, page 2)을 참조한다. 적당한 화합물의 예로는 황산, 인산, 염화수소가스, 포름산, 붕산, 술폰산, 예를들어 벤젠술폰 및 p-톨루엔술폰산, 그리고 트리클로로아세트산 ; 다음 문헌(Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Volume I/1, page 528)에서 기술된 산성 이온교환제와 같은 이온교환제, 바람직하게는 폴리스티렌술폰산 수지, 페놀술폰산 수지, 및 폴리플루오로 에틸렌술폰산 수지 ; 그리고 적절한 혼합물등이 있다. 바람직한 산은 황산, 톨루엔술폰산 및 인산이다. 유리하게 산은 1몰의 출발물질(Ⅴ)당 0.005 내지 2당량, 바람직하게는 0.05 내지 1당량의 양으로 사용한다.

두번째 단계의 반응은 일반적으로 30 내지 150℃, 유리하게는 70 내지 120℃에서와 대기압력 또는 초대기압력하에서 연속적이거나 또는 회분식으로 수행된다. 바람직하게, 반응은 첫번째 단계에서 과정 a) 또는 b)에 의해 수행되고, 필요하다면, 메틸렌 클로라이드, 지방족탄화수소 및/ 또는 유리하게 1,1,2-트리클로로메탄을 첫번째 단계중에 사용하여 수행하며, 그리고 용매는 두번째 단계동안 혼합물중에 유지된다. 또한 용매는 산의 첨가 이전 또는 이후에 제거할 수 있으며, 그리고 이어서 부가적인 용매를 첨가할 수 있다. 또한, 제 1 단계로부터 추가의 용매를 제거함이 없이 그 단계에서 얻은 반응 혼합물에 추가의 용매를 첨가할 수도 있다. 필요한 경우의 적당한 추가의 용매는 방향족 탄화수소, 즉 톨루엔, 실렌, 클로로벤젠, 플루오로벤젠 또는 0-. p- 또는 m-디-클로오로벤젠, 플루오로벤젠, 또는 적절한 혼합물과 같이, 반응조건하에서 불활성인 유기용매이며 ; 유리하게, 용매는 출발물질(Ⅲ)와 (Ⅳ)에 근거하여 100 내지 10,000중량%의 양으로 사용된다.

반응은 아래와 같이 수행될 수 있다. 출발물질(Ⅴ)의 혼합물, 용매 그리고, 필요하다면 염기는 반응온도에서 유지된다. 이어서 산을 첨가하며, 필요하다면 1단계로부터의 용매는 2단계동안 다른 것으로 교체하며, 그리고 2단계에서의 반응은 일반적으로 2-상인 반응 혼합물중에서 수행하며 ; 출발물질(Ⅲ),(Ⅳ) 그리고 (Ⅱ)는 주로 유기상으로 존재하는 한편 수성상은 산성 촉매를 함유한다. 이어서 출발물질(Ⅱ)는, 예를들어 유기상의 분리, 수성상의 추출 그리고 화합된 유기상을 분별증류로 처리하는 것과 같은 통상적인 방식으로 단리되고, 본 발명에 따른 수소화반응을 위해 제 3 단계에서 이용된다. 산성촉매를 함유하는 수성상은 반응이 완결될때 분리할 수 있으며, 다음의 배치(batch)를 위하여 재사용될 수 있다.

또 하나의 구현예에 있어서, 또 다른 경로에 의해 제조된 출발물질(Ⅲ) 및/ 또는 (Ⅳ)는 상기의 방식중으로 2단계에서 산 처리될 수도 있으며, 그리고 얻어지는 출발물질(Ⅱ)는 상기에 기술한 방식으로 수소화반응할 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 의해 수득할 수 있는 화합물은 염료, 의약품 및 농약의 제조를 위한 유용한 출발물질이며, 예를들어 이것을 이용한 제초제가 유럽특허 출원제 0 071 707호에 기술되어 있다. 상기 화합물의 사용에 관하여는, 상기의 문헌들을 참고로 할 수 있다.

[실시예 1]

a) 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란의 제조 :

2000ml의 1,1,2-트리클로로에탄과 1.3ml의 피리딘의 혼합물을 21℃에서 황화수소로서 포화시킨다. 이어서 507g의 아크롤 레인을 첨가함과 동시에 황화수소를 통과시키고, 온도는 냉각에 의해 35℃에서 유지시킨다. 이어서, 황화수소를 포화할때까지 최종의 혼합물에 통과시키고, 총 365g의 황화수소를 흡수시켰다. 이어서 그밖의 507g의 아크롤레인을 황화수소의 도입없이 32℃에서 한방울씩 첨가하고, 얻어지는 용액을 22℃에서 12시간 동안 교반시킨 후, 1000ml의 37중량% 농도의 인산을 반응 혼합물에 첨가했다. 이 혼합물을 85℃에서 7시간 동안 교반한 후 냉각하였으며, 유기상을 분리하고, 수성상을 500ml의 1,1,2-트리클로로에탄으로 두번 추출하였고, 결합된 유기상들을 황산나트륨에 대해 건조시키고, 용매를 감압하에서 제거하였고, 남아있는 잔류물을 박막 증발기에서 감압하에 증류시켜 고비등 부생성물로부터 분리하고 ; 얻어지는 비등점 75∼78℃/0.25mbar 및 융점 31℃의 1.060g의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란을 수소화반응에 직접 사용했다.

b) 3-포르밀테트라하이드로티오피란의 제조

실시예 1a)에서 기술한 바와 같이 제조된 1,792g의 3-포르밀디하이드로-2H-티오피란, 200ml의 에틸아세테이트 및 220g의 라니 니켈을 3.000ml의 용량을 가지는 회전 오오토클래이브내로 도입하였다. 오오토클래이브를 밀폐하고, 질소로서 채우고, 이어서 수소를 총압력이 20bar에 달할때까지 가하고, 혼합물을 90℃까지 가열하고 압력이 일정해질때까지 수소를 도입하면서 상기의 반응조건하에서 수소화반응시켰다. 이어서 혼합물을 냉각하고, 촉매를 여과하고 여액을 감압하에서 증류하여 정제했다. 비등점이 94∼95℃/10mbar인 1,658g(이론치의 91%)의 3-포르밀 테트라하이드로티오피란을 수득했다. 촉매를 활성도의 손실없이 17회 연속반응 1b)에서 사용하였고 같은 수율의 순수한 목적 생성물을 얻었다.

[실시예 2]

a) 용매로서 메틸렌클로라이드를 사용한다는 것을 제외하고 실시예 1a)에서 기술한 것과 유사한 방법에 의해 반응을 수행하며, 그 용매는 수성인산을 첨가시킨 후 증류하고, 같은 양의 톨루엔으로 대체되었다. 이어서 반응을 실시예 1a)에 유사하게 산성매질에서 계속했다. 비등점이 75∼78℃/0.25mbar이고 융점이 31℃ 974g의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란을 수득했다.

b) 이러한 방식으로 수득한 출발물질(Ⅱ)를 사용하여, 수소화반응을 실시예 1b)에서 기술한 것과 유사한 방법으로 수행했다. 촉매의 결과 및 활성도는 실시예 1b)에서와 같았다.

[실시예 3(비교)]

a) 용매로서 1,1,1-트리클로로메탄을 사용한다는 것을 제외하고 실시예 1a)에서 기술한 것과 유사한 방법에 의해 반응을 수행했다. 아크롤레인을 한방울씩 첨가할때, 실시예 1a)와 비교하여 고도로 발열반응이 일어나고, 용해되지 않는 기름기 있는 백색 중합체를 형성했다. 반응혼합물을 더 진행시켜서, 단지 고무와 같은 고분자량의 생성물을 수득했다.

b) 따라서 실시예 1b)에서 기술한 방식에 유사하게 반응을 수행하는 것은 불가능했다.

[실시예 4]

32g의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란, 100mg의 에틸 아세테이트 및 3.2g의 촉매(조성 : 알루미나상에 7.9중량% 니켈, 7.9중량% 코발트 및 3.2중량% 구리)를 300ml의 용량을 가지는 교반 오오토클래이브에 도입했다. 이어서 혼합물을 압력이 일정해질때까지 20bar의 수소압력하에서 140℃에서 수소화 반응시켰다. 28g(이론치의 86%)의 3-포르밀테트라하이드로티오피란을 감압하에서 증류에 의해 단리했다. 촉매를 결과에 있어서의 어떠한 퇴보도 없이 다음의 17회의 반응에서 재사용하였다.

[실시예 5]

촉매로서 3.2g의 라니코발트를 사용한다는 것을 제외하고 실시예 4에 기술한 것에 유사한 방법에 의해 반응을 수행하며, 그리고 수소화반응온도는 120℃이다. 이러한 조건하에서, 3-포르밀테트라하이드로티오피란을 이론치의 88%에 해당하는 수율로 수득하였다.

[실시예 6(비교)]

활성탄에 10%의 팔라듐을 함유하는 3.2g의 촉매를 사용한다는 것을 제외하면, 실시예 4에 기술한 것에 유사한 방법에 의해 반응을 수행했다. 가스 크로마토그래피에 의한 분석에 따라 아래와 같은 조성을 가지는 25g의 반응생성물을 수득하였다 :

7%의 3-메틸테트라하이드로티오피란,

86%의 3-포르밀테트라하이드로티오피란 및

7%의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2HO-티오피란. 촉매는 2번에 걸친 반응에 사용하였고, 활성도의 실제적인 손실을 발견하였으며, 수율은 이론치의 단지 12%에 불과했다.

[실시예 7]

38.4g의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란, 100g의 메탄올 및 6.5g의 촉매(조성 : 알루미나상에 5중량%의 백금, 2.5중량%의 프라세오디뮴 산화물)를 300ml의 용량을 가지는 교반 오토클래이브내에 도입시켰다. 이어서 혼합물은 압력이 일정해질때까지 50bar의 수소압력하에서와 130℃에서 수소화 반응시킨다. 가스 크로마토그래피에 의한 분석에 의한 분석에 따라 다음과 같은 조성을 가지는 37g의 반응생성물을 수득하였다 :

3%의 3-메틸테트라하이드로티오피란,

92%(이론치의 87%)의 3-포르밀테트라하이드로티오피란 및

5%의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란.

촉매를 결과에 있어서의 어떠한 퇴보없이 다음의 17회 반응에서 재사용하였다.

[실시예 8]

알루미나상에 5중량%의 백금 및 1중량%의 은을 함유하는 6.5g의 촉매를 사용한다는 것을 제외하고 실시예 7에 기술한 것에 유사한 과정을 사용했다. 사용된 용매는 테트라하이드로푸란이었다. 가스 크로마토그래피에 의한 분석에 따라 다음과 같은 조성을 가지는 반응 생성물을 상기 조건하에서 수득하였다 :

88%(이론치의 83.6%)의 3-포르미레트라하이드로티오피란,

3%의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란 및

9%의 3-하이드록시메틸테트라하이드로티오피란.

촉매를 결과에 있어서의 어떠한 퇴보도 없이 다음의 17회 반응동안 재사용하였다.

[실시예 9]

19.4중량%의 산화마그네슘과 80.6중량%의 알루미나로 구성되는 담체상에 5중량%의 백금을 점유하는 6.5g의 촉매를 사용한다는 것을 제외하고, 실시예 7에 기술한 바에 유사한 과정을 이용했다. 상기 조건하에서, 가스 크로마토그래피에 의한 분석에 따라 아래와 같은 결과를 얻었다 :

5%의 3-메틸테트라하이드로티오피란,

91%(이론치의 86.5%)의 3-포르밀테트라하이드로티오피란, 1%의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란 및

3%의 3-하이드록시메틸테트라하이드로티오피란.

촉매를 결과에 있어서 어떠한 퇴보도 없이 이후의 17회 반응동안 재사용하였다.

[실시예 10]

a) 130g의 황화수소를 3시간 동안에 -5℃에서 420g의 아크롤레인과 42g의 디메틸포름아미드의 용액내에 도입하여 직접적인 반응을 일으킨다. 60ml의 톨루엔과 100ml의 75중량% 농도의 인산을 20℃에서 상기 혼합물에 첨가하고, 혼합물을 2시간 동안 115℃에서 가열하면서 동시에 물을 분리한다. 65ml의 물이 분리되었을때, 혼합물을 증류시켜 430g(이론치의 89%)의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란을 수득한다.

b) 이렇게 수득한 출발물질(Ⅱ)를 실시예 1b)에 유사하게 반응을 수행하기 위해 사용했다. 비등점 94∼95℃110mbar인 1.658중량부(이론치의 91%)의 3-포르밀테트라하이드로티오피란을 수득했다. 촉매를 활성도의 손실이 없이 그리고 같은 수율의 순수 목적 생성물로서 17의 연속적인 반응에서 사용하였다.

[실시예 11]

a) 3-포르밀-5,6-디하이드로-2,6-디메틸-2H-티오피란의 제조 :

17g의 황화수소를 30℃에서 500ml의 톨루엔, 70g의 크로톤알데히드와 10ml의 트리에틸아민의 혼합물에 도입하고, 이어서 혼합물은 실온에서 12시간 동안 교반시킨 후, 300ml 37중량% 진하기의 인산을 첨가한다. 90℃에서 8시간 동안 교반을 지속시킨후, 혼합물을 실온까지 냉각하고 유기상을 분리한다. 수성상을 톨루엔으로 한번 추출하여, 결합한 유기상은 물로서 한번 세척하고 황산나트륨에 대해 건조시키고, 용매를 감압하에서 제거하고 잔류물을 0.6mbar하에서 증류시켜, 비등점 73∼76℃인 64g(82% 이론치)의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2,6-디메틸-2H-티오피란을 수득했다.

b) 3-포르밀-2,6-디메틸테트라하이드로티오피란의 제조 :

실시예 11a)에 기술한 바와 같이 제조한 100g의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2,6-디메틸-2H-티오피란, 60ml의 에틸 아세테이트와 라니 니켈을 300ml의 용량을 가지는 교반 오오토클래이브내에 도입했다. 오오토클래이브를 밀폐하고 질소로서 채웠다. 수소를 총 압력이 30bar에 달할때까지 가하고, 다음에 혼합물을 90℃까지 가열하고 압력이 일정해질때까지 상기 조건하에서 수소화반응시킨다. 이어서 냉각하고, 촉매를 여과시키고 여액을 감압하에서 증류하여 정제했다. 89g(이론치의 88%)의 3-포르밀-2,6-디메틸테트라하이드로티오피란, 비등점 127∼129℃/10mbar를 수득하였다.

[실시예 12]

a) 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란의 제조를 실시예 1a)에 기술한 것과 유사한 방법을 사용하여 수행했다.

b) 3-포르밀테트라하이드로티오피란의 제조 :

실시예 1a)에 기술한 바와 같이 제조된 1.792g의 3-포르밀디하이드로-2H-티오피란, 200ml의 N,N-디메틸포름아미드와 75g의 라니 니켈을 3,000ml의 용량을 가지는 교반 오오토클래이브내에 도입했다. 오오토클래이브를 밀폐하고 질소로서 채웠다.

소수를 총 압력이 200bar에 달할때까지 가하고, 혼합물을 130℃까지 가열하고, 수소의 도입을 지속하는 동안, 압력이 일정해질때까지 상기 조건하에서 수소화반응시켰다.

이어서, 혼합물을 냉각하고, 촉매를 여과하고 여액을 감압하에 증류시켜 정제한다.

163g(이론치의 90%) 3-포르밀-테트라하이드로티오피란, 비등점 94∼95℃/10mbar를 수득했다.

[실시예 13]

a) 출발물질(Ⅱ)의 제조와 b) 수소화반응을 실시예 12와 유사하게 수행하며, 150bar의 압력이 수소화반응을 위해 사용되었다. 비등점 94∼95℃/10mbar인 1676g(이론치의 92%)의 3-포르밀테트라하이드로티오피란을 수득하였다.

Claims (18)

1. 촉매의 존재하에서 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란을 수소화반응시켜 하기 일반식(Ⅰ)의 3-포르밀테트라하이드로티오피란을 제조하는 방법에 있어서, 하기 일반식(Ⅱ)의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란을 니켈, 코발트, 백금, 구리 및/ 또는 은을 함유하는 촉매의 존재하에서 수소화반응시킴을 특징으로 하는, 3-포르밀테트라하이드로티오피란의 제조방법 :

   

   상기식에서 개개의 R¹은 각기 수소원자 또는 지방족기를 나타낸다.
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 단계에서는 하기 일반식(Ⅲ)의 비스-(-포르밀에틸)술파이드 및/ 또는 하기 일반식(Ⅳ)의 3-포르밀-4-하이드록시테트라하이드로티오피란을 산성촉매의 존재하에서 전환시키고, 이어서, 제 2 단계에서는 얻어지는 하기 일반식(Ⅱ)의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란을 니켈, 코발트, 백금, 구리 및/ 또는 은을 함유하는 촉매의 존재하에서 수소화반응시키는 것을 특징으로 하는 방법 :

   

   

   상기식에서 R¹은 상기한 바와 같다.
3. 제 1 항에 있어서, 제 1 단계에서는 하기 일반식(Ⅴ)의 아크롤레인을 a) 염기성촉매의 존재하에서 및 용매로서 메틸렌클로라이드, 방향족 탄화수소 및/ 또는 1,1,2-트리클로로에탄의 존재하에서 및/ 또는 b) 카르복사미드의 존재하에서 황화수소와 반응시키고, 이어서, 제 2 단계에서는 하기일반식(Ⅲ)의 비스-(β-포르밀에틸)술파이드와 하기 일반식(Ⅳ)의 3-포르밀-4-하이드록시 테트라하이드로티오피란의 얻어지는 혼합물을 산성 촉매의 존재하에서 전환시키고, 그리고 제 3 단계에서는 얻어지는 하기 일반식(Ⅱ)의 3-포르밀-5,6-디하이드로-2H-티오피란을 니켈, 코발트, 백금, 구리 및/ 또는 은을 함유하는 촉매의 존재하에서 수소화반응시키는 것을 특징으로 하는 방법 :

   

   상기식에서 R¹은 상기에 정의한 바와 같다.
4. 제 1 항에 있어서, 사용된 수소화반응촉매가 니켈, 코발트, 백금, 구리 및/ 또는 은을 함유하고 부가적으로 염기성 산화물을 함유하는 촉매임을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 1몰의 출발물질(Ⅱ)당 1 내지 50몰의 수소를 사용하여 수소화반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 수소화반응이 10 내지 180℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 50 내지 150℃에서 수소화반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 1 내지 300bar 사이의 압력하에서 수소화 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 1 내지 205bar 사이의 압력하에서 수소화 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 1 내지 155bar 사이의 압력하에서 수소화 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 1 항에 있어서, 1 내지 100bar 사이의 압력하에서 수소화 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 1 항에 있어서, 유기 용매의 존재하에서 수소화 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 1 항에 있어서, 출발물질(Ⅱ)에 근거하여, 0.1 내지 100중량%의 금속을 함유하는 수소화반응 촉매를 사용하여 수소화반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 1 항에 있어서, 촉매 또는 지지된 촉매에 근거하여 0.5 내지 90중량%의 염기성 금속산화물을 함유하는 촉매를 사용하여 수소화반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 3 항에 있어서, -15 내지 +60℃에서 제 1 단계의 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 3 항에 있어서, 1몰의 아크롤레인(Ⅴ)당 0.3 내지 10몰의 황화수소를 사용하여 제 1 단계의 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 3 항에 있어서, 1몰의 출발물질(Ⅴ)당 0.001 내지 0.1당량의 염기성 화합물을 사용하여 제 1 단계의 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 3 항에 있어서, 30 내지 150℃에서 2단계의 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.