KR930007995B1 - N-포스포노 메틸글리신의 정제방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
본 발명은 불순물이 함유된 수용성 N-포스포노메틸글리신 용액을 정제하고 농축시키는 방법에 있어 약염기성 이온교환수지를 사용하는 방법에 관한 것이다.
농화학분야에서 글리포세이트로 알려진 N-포스포노메틸글리신은 종자의 파종 및 발아, 성숙, 다자란 초목 및 수초의 성장을 조절하는데 매우 효과적이며 상업적으로 중요한 식물에 유독성을 지닌 물질이다. N-포스포노메틸글리신과 그 염들은 여러식물류 조절을 위한 발아후 독성을 나타내는 물질로서 통상 수성제제로 편리하게 사용된다. N-포스포노메틸글리신과 그의 염들은 광범위한 활성 즉, 수많은 식물들의 성장조절에 그 특징이 있다.
N-포스포노메틸글리신을 제조하는 여러가지 방법이 기술분야에 알려져 있다. 예를 들어 미국특허 제 3,969,398 호에는 허슈만의 활성탄소가 필수적으로 함유된 촉매하에서 산화제로 산소분자를 함유하는 기체를 이용하여 N-포스포노메틸글리신을 생성하는 방법이 기재되어 있다. 미국특허 제 3,954,848 호에는 프란츠의 황산과 같은 산 및 과산화수소로 N-포스포노 메틸이미노 디아세트산을 산화시키는 것에 대하여 기재되어 있다. 미국특허 제 4,670,190 호에는 클라이너의 아미노메틸포스폰산과 글리옥시산을 약 1 : 2의 몰 비율로 수성 매체나 또는 수성의 유기 매체내에서 30℃-100℃의 온도로 반응시켜 N-포스포노메틸글리신을 제조하는 방법이 기재되어 있다.
본 기술분야에는 N-포스포노메틸글리신을 제조하는 여러가지 방법이 알려져 있으므로 이러한 참고문헌은 단지 설명하기 위한 것이다.
N-포스포노메틸글리신이 어떠한 방법으로 제조되느냐에 관계없이, 이러한 모든 방법들은 N-포스포노메틸글리신, 여러가지의 부산물 및 예를 들어 N-포스포노 메틸 이미노디아세트산, N-포밀-N-포스포노메틸글리신, 인산, 아인산, 헥사메틸렌테트라아민, 아미노메틸포스포닉산, 이미노디아세트산, 포름알데히드, 포름산 등의 반응안된 출발물질로 구성된 페스트림을 포함하는 수성 스트림(aqueous stream)을 생성한다. N-포스포노메틸글리신의 가격이 비싸므로, 본 기술분야의 당입자들은 N-포스포노메틸글리신을 정제하고 다른 생성물들은 원하는 N-포스포노메틸글리신으로 더 전환되도록 더 앞의 단계로 재순환시키거나 또는 이러한 수성 스트림을 폐물처리 설비로 배출시키는데 그렇게 배출되기 전에 N-포스포노메틸글리신을 회수하는 방법에 의해 이러한 수성 스트림으로부터 값비싼 N-포스포노메틸글리신을 회수하는 것이 필요함을 알 수 있을 것이다.
이제, 본 발명에 의해 수성스트림내에서 보다 산성인 화합물과 보다 염기성인 화합물의 존재하에 N-포스포노메틸글리신을 농축시키고 정제하는 방법이 제공된다. 본 발명의 하나의 구체적 표현으로는 N-포스포노메틸글리신보다 강 산성인 성분을 먼저 분리하고 그후 N-포스포노메틸글리신보다 약 산성인 성분으로부터 N-포스포노메틸글리신을 분리시킴에 의해 수성 스트림에서 N-포스포노메틸글리신을 정제하고 농축시키는 방법을 제공하는 것이다.
여러가지 이점들은 N-포스포노메틸글리신보다 강 산성인 수용액에서 불순물을 제거하기 위해 약 염기성이온교환수지가 부착된 이온교환 컬럼을 통해 통과시킨 불순물을 함유하는 수용액으로부터 정제된 N-포스포노메틸글리신을 얻는 방법으로 얻어진다.
본 발명에 따르면, N-포스포노메틸글리신을 제조하는 방법중 수성스트림이나 또는 N-포스포노메틸글리신 제조방법으로부터의 수성 페스트림을 수성 스트림의 온도와 기타 요소에 따라 변환된 양의 N-포스포노메틸글리신을 함유할 것이다. 25℃에서 N-포스포노메틸글리신은 물에 약 1.3% 용해된다. 이러한 수성스트림은 제조방법중의 원치않는 부산물이나 반응안된 초기물질 같은 불순물을 함유하고 있을 것이다. 본 발명에 따르면, 이러한 불순물을 함유하는 수성스트림내의 N-포스포노메틸글리신과 산도가 상이한 불순물을 제거하기 위해 수성스트림을 약 염기성 이온교화수지가 부착된 이온교환 칼럼으로 통과시켰다. 칼럼을 통과한 수성트림내의 N-포스포노메틸글리신은 제초제로 직접 쓰일 수 있거나 또는 더욱 반응시킬 수도 있다. 약 염기성 이온교환수지의 남아있는 불순물은 본 기술분야의 당업자들에게 잘 알려져 있듯이 칼럼을 통해 황산이나 염산 등의 강한 무기산의 희석액을 통과시켜 제거시킬 수 있다.
제조방법 중 수성스트림이나 또는 폐기류로서의 수성스트림은 사용되는 제조방법에 따라 N-포스포노메틸글리신외에 많은 수의 불순물을 포함할 수 있다. 이러한 불순물의 예로는, 비록 제한된 것은 아니나, N-포스포노 메틸이미노디아세트산, N-포밀-N-포스포노메틸글리신, 인산, 아인산 등과 같은 N-포스포노메틸글리신보다 강 산성인 화합물을 포함한다. 수성스트림은, 제한된 것은 아니나, 아미노메틸포스폰산, 이미노디아세트산, 포름알데히드, 글리산, 글리옥실산 및 포름산과 같은 N-포스포노메틸글리신보다 약 산성인 불순물을 함유한다.
본 발명의 바람직한 구체적 표현은, N-포스포노메틸이미노디아세트산, N-포말-N-포스포노메틸글리신, 인산, 아인산, 아미노메틸 포스폰산, 아미노디아세트산, 포름알데히드, 글리신, 글로옥실산 및 포름산 중에서 선택된 불순물을 함유하는 수성스트림내의 N-포스포노메틸글리신을 정제하고 농축시키는 방법을 제공하는 것이다. 이때 이 방법에는 다음과 같은 단계들이 포함된다. (a) N-포스포노메틸이미노디아세트산, N-포밀-N-포스포노메틸글리신, 인산, 아인산 등 중에서 선택된 N-포스포노메틸글리신보다 강 산성인 불순물을 보유하고 있는 반응스트림을 약 염기성 이온교환수지가 부착된 첫번째 이온교환칼럼으로 통과 (b) N-포스포노메틸글리신이 누출점에 올때까지 약 염기성 이온교환수지로 된 둘째번 이온교환 칼럼을 통해 첫번째 칼럼의 유출액 통과 (c) 분자량이 약 300이하인 1차나 또는 2차 유기아민, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리금속 탄산염, 수산화 암모늄, 탄산암모늄으로 구성된 군으로부터 선택된 염기를 둘째번 이온교환칼럼으로 통과시켜 N-포스포노메틸글리신을 회수, N-포스포노메틸글리신은 또한 둘째번 이온교환 수지에 황산이나 염산의 무기산을 통과시켜 회수될 수 있다. 이때 바람직한 산은 염산이다.
본 기술분야의 당 업자간에는 이온교환 칼럼이 잘 알려져 있다. 대표적인 이러한 이온교환 컬럼으로는 상층부에 주입구와 하층부에 출구가 있으며, 또한 컬럼의 중앙부 근체에 있는 전형적으로 수지를 재생시키기 위해 컬럼으로 화학물질을 통과시키는데 사용되는 또 다른 입구가 있는 폐쇄된 실린더형 용기가 있다. 이러한 이온교환 컬럼은 보통 사용되거나 또는 재생됨에 따라 수지를 확장시키고 수축시킬 수 있도록 이온교환컬럼부피의 1/2에서 2/3사이에 이온교환 수지를 장치한다. 이러한 이온교환 컬럼의 크기와 사용되는 수지량은 사용할 물질의 부피와 관계있다. 본 발명법에서는 이온교환 컬럼의 크기와 사용되는 수지량은 사용할 물질의 부피와 관계있다. 본 발명법에서는 이온교환 컬럼의 특별한 배치가 필요없으며, 본 기술분야의 당업자들은 본 기재물에서 알 수 있듯이, 이온교환 컬럼의 크기나 입자 배치 등은 측정될 물질의 부피에 따라 기술자들에 의해 측정될 수 있다.
본 발명법에 사용되는 이온교환 수지는 본 기술분야의 당업자간에 알려져 있는 것이다. 대략적으로 설명하면, 이온교환이란 이온교환 물질구조내에 영구적 변화가 없는 고체와 액체간의 가역적인 이온의 교환을 말한다. 1935년, 합성 유기이온 교환수지의 도입은 가역적으로 양이온이나 음이온의 교환에 쓰일 수 있는 술폰이나 아민기를 함유하는 페놀릭 축합 생성물(phenolic conedensation products)의 합성에서 초래되었다. 근래에는 약 염기성 이온교환 수지는 아민 관능기의 성질에 따라 여러가지 세기의 염기에서 얻어진다. 1차, 2차 및 3차 아민기나 이들의 혼합물은 에피클로로하이드린-아민 축합체 및 아크릴 축합체에서 스티렌-디비닐벤젠 공중합체에 이르는 범위의 여러 구조들에 넣어질 수 있다. 산을 흡수하는 이러한 약 염기수지의 능력은 관련된 산의 pKa와 자신의 염기도에 관계된다. N-포스포노메틸글리신의 pKa는 약 2.2이기 때문에, N-포스포노메틸글리신을 흡수하기에 충분한 염기도와 대략 2.2보다 작은 pKa를 가지는 산을 포함하는 약 염기성 이온교환수지가 본 발명법에서 사용될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 상업적으로 유용한 이온교환수지는 암버리트 IRA-93, 암버리트 IRA-94, 암버리트 IRA-68, 암버리트 IRA-35 등의 암버리트 상표명인 롬 앤 하스 사(필라델피아, PA) 제품, 듀오리트 A-392라는 상표면의 다이아몬드 샴록크 사(달라스, TX) 제품, 이오나크 305, 이오나크 365, 오나크 380의 이오나크 상표명의 시브론 케미칼스 사(버밍염, NJ)제품의 약 염기성 이온교환 수지 등이 있다. 이외의 또 다른 상업적 이온교환 수지는 본 기술분야의 당업자들이 알 것이다.
본 발명법에서는 수성스트림이 약 염기성 이온교환 수지를 통과함에 따라, N-포스포노메틸이미노디아세트산, N-포밀-N-포스포노메틸글리신, 인산, 아인산 및 그 동등물과 같은 N-포스포노메틸글리신보다 더욱 산성인 불순물이 약 염기성 이온교환 수지에 흡착된다. 수성스트림의 부가양을 수지에 통과시킴에 따라, N-포스포노메틸글리신은 더욱 산성인 불순물로 치환되고 글리포세이트 이온교환 수지의 유출액과 아미노메틸포스폰산, 아미노디아세트산, 포름알데히드, 포름산, 글리신 등의 보다 약 산성인 불순물이 남는다. 이 방법은 전도도 측정, pH변환 등에 의해 측정됨에 따라 N-포스포노메틸글리신보다 더욱 산성인 불순물의 누출이 발생될 때까지 계속된다. 한편, 이 방법은 이온교환 컬럼에 들어가는 수성스트림의 부피조절에 의해 실시될 수도 있다.
누출이 생기면, 컬럼은 물 및 황산이나 염산같은 강한 무기산의 희석수용액으로 차례로 수세하여 재생될 수 있다. 본 기술분야의 당업자들에게 알려져 있듯이, 강한 질산이나 크롬산/질산 혼합액과 같이 산화를 강하게 일으키는 산은 재생에서 삼가해야 하며, 철, 망간, 구리 등의 금속은 산화액에서 그 양을 최소화해야만 한다. 그런 후, 수산화나트륨의 희석액 같은 희석염기로 컬럼을 통과시켜 완전한 재생이 이루어지도록 한다.
본 발명의 또다른 설명으로, N-포스포노메틸글리신과 여러 불순물을 함유하는 수용액을 N-포스포노메틸글리신보다 강 산성인 불순물의 누출이 나타날 때까지 약 염기성 이온교환 수지가 부착된 이온교환 컬럼으로 통과시켰다. 컬럼으로부터의 유출액은 모아서, 분리 컬럼일 수도 있는 약 염기성 이온교환수지나 또는 상술된 바와 같이 재생될 수 있는 그러한 컬럼이 부착된 이온교환 컬럼으로 통과시킬 수 있다. 유출액은 유출액내에 N-포스포노메틸글리신의 누출이 생길때까지 통과시켰다. 그런후 N-포스포노메틸글리신의 수용성 염을 형성하기 위해 염기나 강한 무기산을 이온교환 컬럼으로 통과시키면 N-포스포노메틸글리신이 이온교환 수지로부터 회수된다.
사용될 수 있는 적당한 염기로는 수산화리륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 알칼리금속 수산화물의 수용액, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등의 알칼리금속 탄산염의 수용액 또는 수산화암모늄 수용액이나 탄산암모늄 수용액 등이 있다. 분자량이 약 300이하인 분자를 포함하는 유기아민도 역시 사용될 수 있다. 이러한 유기아민으로는 메틸아민, 에틸아민, n-프로필아민, 이소프로필아민, n-부틸아민, 이소부틸아민, sec-부틸아민, n-부틸아민, 이소-아밀아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 운데실아민, 도데실아민, 트리데실아민, 테트라데실아민, 펜타데실아민, 헥사데실아민, 헵타데실아민, 옥타데실아민, 메틸에틸아민, 메틸아소프로필아민, 메틸헥실아민, 메틸노닐아민, 메틸펜타데실아민, 메틸옥타데실아민, 에틸부틸아민, 메틸헵틸아민, 에틸옥틸아민, 헥실헵틸아민, 헥실옥틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 디-n-프로필아민, 디이소프로필아민, 디-n-아밀아민, 디이소아밀아민, 디헥실아민, 디헵틸아민, 디옥틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리-n-프로필아민, 트리이소프로필아민, 트리-n-부틸아민, 트리이소부틸아민, 트리-sec-부틸아민, 트리-n-아밀아민, 에탄올아민, n-프로판올아민, 이소프로판올아민, 디에탄올 아민, N,N-디에틸에탄올아민, N-에틸프로판올아민, N-부틸에탄올아민, 알릴아민, n-부테닐-2-아민, n-펜테닐-2-아민, 2,3-디메틸부테닐-2-아민, 디-부테닐-2-아민, n-헥세닐-2-아민 및 프로필렌디아민 등과 같은 2차 아민, 아닐린, 메톡시아닐린, 에톡시아닐린, o, m, p-톨루이딘, 페닐렌디아민, 2,4,6-트리브로모아닐린, 벤지딘, 나프틸아민, o,m,p-클로로아닐린 등의 1차 아릴아민, 피리딘, 모르포린과 같은 헤테로 환상아민, 피페리딘, 피롤리딘 인돌린, 아세핀 등을 포함하는 알킬아민, 알킬렌 아민 및 알칸올 아민이 있다.
본 발명의 바람직한 양태로는 N-포스포노메틸이미노디아세트산, 아인산, 헥사메틸렌테트라아민, 아미노메틸스폰산, 이미노디아세트산, 포름알데히드, 글리신, 포름산 중에서 선택된 불순물을 함유하는 수용액내의 N-포스포노메틸글리신을 정제하고 농축시키는 방법을 제공하는 것이다. 이때 이 방법에는 다음과 같은 단계들이 포함된다.
(a) N-포스포노메틸이미노디아세트산, N-포닐-N-포스포노메틸글리신, 인산, 아인산 등 중에서 선택된 N-포스포노메틸보다 더욱 산성인 불순물을 보유하고 있는 약염기성 이온교환 수지가 부착된 첫번째 이온교환 컬럼을 통해 수성스트림을 통과. (b) N-포스포노메틸글리신이 누출점에 올때까지 약염기성 이온교환 수지로 된 둘째번 이온교환 칼럼을 통해 첫번째 컬럼의 유출액 통과, (c) 분자량이 약 300이하인 아민이나 알칼리 금속 수산화물의 수용액을 둘째번 컬럼으로 통과시켜 약염기성 이온교환 수지로부터 N-포스포노메틸글리신을 회수.
기술분야의 당업자들은 본 명세서에서 알 수 있듯이, 약염기성 이온교환 수지는 수지에 흡착된 불순물을 제거하기 위해 수지에 묽은 황산을 통과시켜 묽은 수산화나트륨으로 수지를 처리하는 것과 같은 기술분야의 당업자들에게 알려진 기술을 이용해 재생시킬 수 있다. 만일 원한다면 불순물은 N-포스포노메틸을 생산하는 방법에 다시 적용시킬 수도 있고 또는 버릴 수도 있다.
본 발명은 다음의 실시예에 의해 제한받지 않으며 더욱 상세히 설명될 것이다. 모든 퍼센트는 다른 지시가 없는 한 무게를 기준으로 한다.
[실시예]
상대적인 N-포스포노메틸글리신(글리포세이트)의 양이 1.89%, 1.41%인 수용액(1098.7g, 1078.8g, 592.2g)을 한개의 암버리트
IRA-93 이온교환수지 80ml컬럼과 3개의 암버리트 IRA-68 80ml 컬럼으로 구성된 이온교환 시스템으로 통과시켰다. 둘째번 암버리트 IRA-68 컬럼의 유출액의 전도도가 4840 마이크로오옴이 될때 멈추게 하였다. 비이온화 물(600ml)로 3개의 암버리트 IRA-68컬럼을 통과시키고 물내의 이소프로필아민(3.3%) 용액(258.5g)으로 첫번째 암버리트IRA-68컬럼을 통과시켰다. 용액이 모두 소모되었을 때, 첫번째 암버리트 IRA-68 컬럼에 부가적인 물을 첨가시켰다. 생성물이 (300ml)얻어졌으며, 3.66%의 글리포세이트를 함유하는 유출액의 전도도로 조절되었다. 첫번째 암버리트 IRA-68 컬럼에 부가적인 물이 첨가되었고 흘러내린 액(250g)은 모았다.
밸브를 변화시켜 첫번째 암버리트 IRA-68 컬럼이 배열상 셋째번이 되도록 하고 둘째번은 첫째번으로, 셋째번은 둘째번이 되도록 하였다. 상대적인 글리포세이트 양이 1.49%와 1.35%인 여과액을 둘째번 컬럼의 전도도가 특정한 값에 이를 때까지 4개의 컬럼으로 통과시켰다. 상술된 바와 같이 배열상 첫번째인 암버리트 IRA-68컬럼에 물, 이소프로필아민 용액과 부가적인 물을 첨가했다. 이것은 4.34% 글리포세이트가 함유된 생성물(300ml)을 만들었다.
상술된 실험도중의 암버리트 IRA-98컬럼 유출액의 진도도는 이 유출액이 황산으로 포화되었음을 지적하여 주었다. 물, 묽은 염산, 3% 수산화나트륨용액과 부가적인 물을 암버리트 IRA-30 컬럼으로 통과시켜 다시 사용하기 위해 되돌려졌다.
분석결과는 표 1에 나타나 있다.
[표 1]
비록 설명이 상세한 설명을 중점으로 한 특별한 양태로 기술되었으나 이것은 단지 설명만을 위한 것이며, 또 다른 양태나 조작기술에 대하여 기술분야의 당업자들은 명백히 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 상술된 조건과 방법을 변화시키고 수용액으로부터 N-포스포노메틸글리신을 농축시키고 정제시키기 위해 강염기성 이온교환 수지를 사용할 수도 있을 것이다. 즉, 상술된 발명의 취지를 이탈하지 않은 채 변형이 가능한 것이다.
Claims (15)
- N-포스포노메틸글리신보다 강 산성인 수용액으로부터의 불순물을 제거하기 위해 약이온성 이온교환수지가 장치된 이온교환 컬럼으로 수용액을 통과시킴을 특징으로 하는 여러가지 불순물과 N-포스포노메틸글리신을 함유하는 수용액에서 정제된 N-포스포노메틸글리신의 회수방법.
- 제 1 항에 있어서, 약염기성 이온교환 수지는 pKa값이 2.2보다 작은 산을 흡수함을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, N-포스포노메틸글리신보다 강 산성인 불순물은 N-포스포노메틸이미노디아세트산, N-포밀-N-포스포노메틸글리신, 인산 및 아인산으로 구성된 군에서 선택됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항에 있어서, 불순물은 강한 무기산이 희석액을 컬럼으로 통과시켜 약염기성 이온교환 수지로부터 제거됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 4 항에 있어서, 강한 무기산의 희석액은 묽은 염산임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 다음의 하기 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.A. 약염기성 이온교환 수지가 장치된 첫번째 이온교환 컬럼으로 수용액을 통과시키는 단계.B. N-포스포노메틸글리신의 누출의 둘째번 컬럼으로부터의 유출액인 수용액내에 나타날 때까지 약염기성 이온교환 수지가 부착된 둘째번 이온교환 컬럼으로 첫번째 이온교환 컬럼으로부터의 유출액인 수용액을 통과시키는 단계.C. 염기나 또는 강한 무기산을 컬럼으로 통과시켜 둘째번 이온교환 컬럼의 약염기성 이온교환 수지로부터 N-포스포노메틸글리신을 회수하는 단계.
- 제 6 항에 있어서, 첫번째 및 둘째번 이온교환 컬럼의 이온교환수지는 pKa값이 2.2보다 큰 산을 흡수함을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 첫번째 약염기성 이온교환 수지는 N-포스포노메틸아미노디아세트산, N-포밀-N-포스포노메틸글리신, 인산 및 아인산으로 구성된 군에서 선택되는 불순물을 수용액으로부터 흡수함으로 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서, N-포스포노메틸글리신은 둘째번 컬럼으로부터의 유출액인 수용액내에 N-포스포노메틸글리신보다 강 염기성인 불순물을 남기기 위해 둘째번 이온교환 컬럼의 약 염기성 이온교환 수지로 흡수됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서, 강한 무기산은 염산임을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서, N-포스포노메틸글리신을 회수하기 위해 염기는 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 금속 탄산염, 수산화암모늄 및 탄산암모늄의 수용액으로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 알칼리 금속 수산화물은 수산화나트륨임을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 염기는 수산화암모늄의 수용액임을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서, N-포스포노메틸글리신을 회수하기 위해 염기는 분자량이 300이하인 유기 아민임을 특징으로 하는 방법.
- 제 14 항에 있어서, 유기아민은 이소프로필아민임을 특징으로 하는 방법.
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