KR950000636B1

KR950000636B1 - 3-에틸벤조페논의 제조방법

Info

Publication number: KR950000636B1
Application number: KR1019860007698A
Authority: KR
Inventors: 이소오 시미즈; 야스오 마쓰무라; 시계노부 가와까미; 아쓰시 사또
Original assignee: 니혼 세끼유 가가꾸 가부시끼가이샤; 가따야마 유따까
Priority date: 1985-09-11
Filing date: 1986-09-11
Publication date: 1995-01-26
Also published as: JPS6261942A; DE3685699T2; EP0214651A3; US4731483A; KR870003044A; EP0214651A2; DE3685699D1; JPH0564937B2; EP0214651B1; CA1265158A

Abstract

내용 없음.

Description

3-에틸벤조페논의 제조방법

본 발명은 의약인 케토프로펜(Ketoprofen : 상품명)의 합성시 중요한 물질로서 다음의 구조식(Ⅰ)로 나타내어지는 3-에틸벤조페논의 제조방법에 관한 것이다 ;

3-에틸벤조페논의 제조방법으로서, 예를 들면, 염화 알루미늄의 존재하에 벤조페논과 디에틸 설페이트를 사용하여 프리델-크라프트(Friedel-Crafts) 알킬화 반응을 일으키는 방법이 알려져 있다.(스페인 특허 제 452500 호 참조). 이 스페인 특허에서는 또한 이 3-에틸벤조페논으로부터 의약의 일종인 케토프로펜이 합성된다는 것도 기재되어 있다. 그러나, 이 스페인 특허 방법으로는 고순도의 원료를 사용하여도 여러가지 부산물이 생성되므로 목적 생성물의 정제가 어렵고 그 수율도 낮다.

본 발명의 목적은 특정 물질로부터 고순도의 3-에틸벤조페논을 염가로 합성하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에서는 먼저 에틸렌으로 벤젠을 알킬화 촉매의 존재하에 알킬화시켜 주로 미반응 벤젠, 에틸벤젠, 폴리에틸벤젠 및 더 무거운 부산물로 이루어진 알킬화 생성물을 제조한다.

그 후, 이 알킬화된 생성물로부터 비점이 275 내지 310℃(대기압에서)인 유분(留分)을 회수하기 위해서 증류를 실시한다. 회수된 유분을 탈수소 촉매 존재하에 200 내지 700℃에서 탈수소시키고, 액상에서 산화시킨 후 증류시켜 고순도의 3-에틸벤조페논(이하 간단히 EBP라 한다)을 제조한다.

본 발명의 출발 물질은 부생기름, 즉 화학적 구조가 알려지지 않은 여러 화합물의 혼합물로서 아직 화학반응 물질로는 사용되지 않고 있다.

에틸벤젠을 탈수소시켜 폴리스티렌의 원료인 스티렌 단량체를 제조하기 위하여, 벤젠을 에틸렌으로 알킬화시켜 에틸벤젠을 제조하는 것이 공업적 규모로 수행되어 왔다.

에틸벤젠의 제조에 있어서는, 알킬하 촉매의 존재하에 벤젠을 먼저 에틸렌으로 알킬화시켜, 주로 미반응 벤젠, 에틸벤젠, 폴리에틸벤젠 및 1,1-(3-에틸페닐)페닐에탄(이하 간단히 EPEA라 한다)을 포함하는 더 무거운 물질로 된 알킬화 생성물을 제조한다. 이 경우, 액상 알킬화법 또는 기상 알킬화법 같은 공지의 에틸벤젠의 제조방법을 이용할 수 있다. 벤젠 대 에틸렌의 실제 몰 비는 25 : 1 내지 2 : 1로 할 수 있으며 10 : 1 내지 3 : 1로 하는 것이 바람직하다. 액상 반응에 있어서, 사용가능한 알킬화 촉매의 예로는 염화 알루미늄, 브롬화 알루미늄, 유기알루미늄 할로겐화물 등의 프리델-크라프트 촉매 ; 촉매제가 첨가된 ZnCl₂, FeCl₂, BF₃같은 루이스산 ; 황산, 술폰산, p-톨루엔-술폰산같은 브뢴스테드산 등이 있다. 상술한 알킬화 촉매는 생성된 에틸벤젠의 중량 기준으로 0.002 내지 0.050중량부, 바람직하기로는 0.005 내지 0.030중량부로 사용될 수 있으며, 벤젠은 0 내지 175℃, 바람직하기로는 20 내지 150℃ 온도범위에서 에틸렌과 반응될 수 있다. 반응온도가 0℃ 미만이면 에틸벤젠의 수율이 저하되고, 175℃보다 높아도 부반응으로 인하여 에틸벤젠의 수율이 떨어진다. 반응 압력에 있어서는 에틸렌의 용매가 용이한 고압이 바람직하지만 100㎏/㎠ 압력까지 실제적으로 가할 수 있다. 적절한 반응시간은 약 10분 내지 10시간이며, 약 20분 내지 3시간이 바람직하다.

가장 알킬화 방법에서는 약 250 내지 450℃(바람직하기로는 약 300 내지 400℃에서) 및 약 28 내지 85㎏/㎠(바람직하기로는 약 42 내지 70㎏/㎠)의 압력하에 인산이 규조토, 실리카, 알루미나 또는 규산 알루미늄에 혼합되어 있는 적절한 알킬화 촉매 위로 반응물을 보통 유량으로 유출시킬 수 있다.

이같은 반응 결과 주로 미반응 벤젠, 소망하는 에틸벤젠, 폴리에틸벤젠 및 더 무거운 물질로 구성되는 생성물이 제조된다. 필요하다면, 알킬화된 생성물중에 혼합되어 있는 알킬화 촉매를 제거할 수 있다. 이를테면, 염화알루미늄이 알킬화 촉매로서 사용될 때, 알킬화된 생성물은 사용된 염화알루미늄 촉매가 침전 및 제거될 수 있는 침전조로 옮겨진다. 필요하면 제거된 촉매를 회수하여 반응시스템 내에서 재사용할 수 있다. 반면 남은 알킬화 생성물은 물로 세척하여 중화시킨다.

다음에 주로 미반응 벤젠, 에틸벤젠, 폴리에틸벤젠 및 더 무거운 물질로 구성되어 있는 알킬화 생성물로부터 대기압에서 비점이 275 내지 310℃인 본 발명의 출발물질 유분을 회수하기 위하여 증류시킨다.

이 회수 공정에서 알킬화된 생성물로부터 상압 내지 감압하에서 미반응 벤젠(비점 80℃), 에틸벤젠(비점 135℃) 및 폴리에틸벤젠(비점 176 내지 250℃)을 증류시켜 더 무거운 물질을 얻은 후 이를 더 증류시켜 본 발명의 출발 물질 유분을 얻을 수 있다. 한편, 알킬화된 생성물을 직접 증류시켜 목적하는 본 발명의 출발 물질 유분을 얻을 수도 있다. 어떤 회수 공정을 선택하여도 된다.

증류는 이론적으로 5 이상, 바람직하기로는 10 이상의 분리판을 가진 하나 또는 여러개의 증류탑을 이용하여 100mmHg 이하의 감압하에서 바람직하게 수행될 수 있다.

이같이 증류함으로써 상술한 알킬화 생성물로부터 비점이 대기압에서 275 내지 310℃ 범위인 본 발명의 출발물질 유분을 회수할 수 있다. 비점이 310℃ 이상인 유분을 사용하면 목적 물질인 EBP의 순도와 수율이 저하된다. 그러므로, 본 발명의 출발물질에 비점이 310℃ 이상인 성분이 함유되지 않도록 하는 것이 중요하다. 역으로 비점이 275℃ 이하인 성분이 함유되면 본 발명의 목적물질인 EBP의 수율의 저하된다.

본 발명의 유분은 비점이 아직 밝혀지지 않은 1,1-(3-에틸페닐)페닐에탄을 함유한다. 유분의 비점이 밝혀지더라도 이는 다성분계와는 증류시의 유출온도에서 다를 것이다. 본 발명자들은 EPEA의 오르토 이성체인 1,1-(2-에틸페닐)페닐에탄의 비점이 EPEA와 매우 비슷하여 EPEA로부터 이를 정류시켜 분리하는 것은 절대로 불가능하다는 것을 알게 되었다. 그러므로, 오르토 이성체가 혼합되는 것을 최대한 방지하여야 한다. 그러나, 본 발명의 출발물질 유분에는 오르토 이성체가 혼합되는 것을 최대한 방지하여야 한다. 그러나, 본 발명의 출발물질 유분에는 오르토 이성체가 전혀 혼합되어 있지 않으므로 유리하다. 또 EPEA의 파라 이성체인 1,1-(4-에틸페닐)페닐에탄의 비점도 EPEA와 비슷하다는 것이 확인되었다.

그러므로, 본 발명의 유분에 파라 이성체가 혼합되지 않도록 처리하는 것은 비록 어렵기는 하지만 가능하다. 그러나 이같은 비점 범위를 가지고 파라 이성체가 포함된 유분을 본 발명의 출발 유분으로 사용하더라도 본 발명의 방법에 의하여 원하는 EBP를 고순도로 얻을 수 있다. 그러므로 상술한 바와 같이 처리하기 어려운 파라 이성체가 본 발명의 유분에 혼합되어도 좋다. 이는 본 발명의 장점중의 하나이다.

본 발명의 출발물질 유분에는 EPEA 외에도 비점이 EPEA와 매우 유사한 폴리알킬벤젠과 같은 여러 복잡한 탄화수소 화합물이 포함된다. 이들 화합물의 정확한 구조를 밝히기는 어렵고, 또 이들은 부산물이기 때문에 출발물질 유분에 포함되는 종류와 조성도 일정하지 않다. 이들 화합물을 분리시키는 것은 매우 어렵다. 상술한 유분이 화학 반응의 원료로 사용되지 않았던 이유는 이 유분이 매우 많은 종류의 화합물로 구성되어 있기 때문이다.

다음에, 본 발명의 유분은 탈수소촉매의 존재하에 200 내지 700℃의 반응온도에서 탈수소된다. 이 탈수소반응에 의하여 1,1-(3-에틸페닐)페닐에틸렌(이하 간단히 EPEL이라 함) 등과 같은 올레핀이 제조된다. 여기서 제조될 수 있는 EPEL은 본 명세서의 마지막에서 언급되는 신규화합물이다.

본 발명의 탈수소반응은 공지의 액상반응 또는 기상 반응에 의해 수행될 수 있지만 일반적으로 기상반응이 간단하여 더 유리하다.

탈수소 촉매로는 방향족 알킬을 방향족알켄으로 탈수소시킬 수만 있다면 어느 것을 사용하여도 된다. 탈수소 촉매의 예로는 철, 백금, 팔라듐, 몰리브덴, 바나듐, 알루미늄, 니켈, 크롬, 아연, 텅스텐, 구리, 세륨, 토륨, 란타늄, 네오디뮴, 이트륨, 툴륨, 에르븀, 프리세오디뮴과 같은 단순물질 ; 이들의 산화물 ; 및 이들의 혼합물이 있다. 바람직한 탈수소촉매는 산화철계 또는 크로미아-알루미나계 촉매이다.

탈수소 반응의 온도는 사용된 촉매와 반응상에 따라 200 내지 700℃의 범위 내에서 선택될 수 있다. 예를들어 기상 반응인 경우는 300 내지 700℃, 바람직하기로는 350 내지 500℃에서 반응이 진행될 수 있다. 탈수소 반응의 온도가 200℃보다 낮으면 반응속도가 떨어지고 본 발명에 따른 목적물질의 수율이 저하되며, 700℃보다 높으면 부산물이 증가하고 수율 또한 저하된다. 물질의 공급속도(SV)는 0.5 내지 10/hr 정도이다. 반응압력은 감압 내지 3㎏/㎠ 정도이다.

기상에서 탈수소시킬 때에는, 수율을 개선시키도록 코우크스화를 방지하고 유분의 분압을 저하시키기 위하여 수증기, 질소, 탄산가스, 희유가스, 저급 탄화수소(예, 메탄, 에탄, 프로판) 등의 불활성 기체로 희석시키는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 희석용 기체는 수증기이다.

탈수소후에 냉각시키고 필요하면 희석 기체를 분리시킨다. 그 다음 EPEL이 함유된 유분을 다음 방법으로 산화시킨다.

후속의 산화공정을 위하여 탈수소후에 예를들면 추출에 의하여 EPEL을 단리시키는 것은 전혀 불필요하다(어떤 증류 방법에 의해서도 단리시킬 수 없다). 그러므로 탈수소되지 않은 미반응 성분과 EPEL외의 올레핀은 혼합물로서 직접 산화공정을 거치게 된다. 이같은 혼합물의 경우에도 본 발명에 의하여 고순도의 EBP를 얻을 수 있다. 그러나 필요하면 탈수소 공정에 연관된 분해반응으로 생성된 휘발성이 더 강한 성분과 동일한 공정에서 열 중합반응으로 생성된 더 무거운 성분은 증류에 의하여 분리시킬 수 있다.

본 발명의 액상 산화 방법에는 금속 산화 촉매없이 또는 그 존재하에서 산소분자에 의한 산화반응과, 산화제(예 : 과망간산염, 크롬산염, 사초산 납, 과요오드산 염, 사산화루테늄, 사산화오스뮴, 과산화수소, 오존 및 이들의 혼합물)를 이용한 또 다른 산화반응이 포함된다.

산소분자에 의한 산화는 매우 용이하며 촉매없이도 수행될 수 있으나, 촉매를 이용하면 산화반응 속도가 빨라질 수 있다.

산소분자에 의한 산화반응에 사용되는 촉매의 예로는 주기율표의 Ⅳ-b, Ⅶ-b, Ⅷ족 금속(예 : 크롬, 망간, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 코발트 니켈, 철, 로듐, 루테늄)의 염 및 이들의 혼합물이 있다. 특히, 코발트, 철, 망간, 크롬의 염이 바람직하다. 염의 형태는 나프텐산 염이 적절하다. 사용되는 촉매의 적당한 양은 출발물질 유분의 중량 기준으로 0.05 내지 10%의 범위로 하는 것이 적절하다. 상술한 산소분자는 순수한 산소, 공기, 또는 순수 산소와 다른 불활성 가스의 혼합물 형태로 반응계에 공급될 수 있다.

산소분자에 의한 산화반응온도 30 내지 250℃, 바람직하기로는 50 내지 200℃이다. 반응온도가 30℃보다 낮으면 반응속도가 뚜렷이 저하되고, 250℃보다 높으면 원하는 EBP의 선택도가 매우 낮아져 결국 양자 모두가 바람직하지 않다.

산소분자에 의한 산화에서 압력은 특히 제한되지 않으며, 대기압 내지 50㎏/㎠의 범위내에서 선정될 수 있다.

또한, 불활성 용제가 이용될 수도 있지만, 일반적으로 불활성 용제없이 산소분자를 재료 오일에 공급하여 목적하는 산화반응을 진행시킨다.

그러나 상술한 과망간산 염 같은 산화제를 사용하여 산화시킬 때에는 산화제와의 접촉 효율을 높이기 위하여 불활성 용제를 사용하는 것이 바람직하다. 이같은 불활성 용제의 예로는 물, 아세톤, 알코올(예 : t-부틸알코올 등) 빙초산, 초산, 이소옥탄, 벤젠, 클로로포름, 피리딘 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.

상술한 산화제의 구체적인 예로는 과망간산 칼륨, 삼산화크롬, 중크롬산나트륨, 과요오드산나트륨, 과요오드산칼륨, 사초산 납, 사초산루테늄, 사초산오스뮴, 과산화수소, 오존 및 이들의 혼합물이 있다. 바람직한 산화제는 과망간산 염, 크롬산 염, 및 오존이다.

과망간산 염 등의 산화제의 양은 유분을 기준으로 적어도 1당량, 바람직하기로는 1.5당량 이상이 필요하다. 그 양의 상한은 특별히 제한되지 않으나 일반적으로 10당량 이상은 비경제적인 것만으로도 부적당하다. 산화제에 의한 산화반응온도는 0 내지 200℃, 바람직하기로는 30 내지 150℃이다. 반응온도가 0℃ 이하면 반응이 진행되지 않고, 200℃ 이상이면 부산물이 생성되어 EBP의 수율이 매우 저하된다.

EPEL과 같은 올레핀은 본 발명의 산화 과정에 의하여 탄소-탄소 이중결합 또는 올레핀에 포함된 결합에서 산화 균열이 일어난다.

산화가 끝난 후, 필요하면 사용된 산화제, 산화 용제, 산화 촉매를 여과 등의 방법으로 분리하거나, 이 대신에 탈수소 또는 산화에 사용된 용제를 제거하기 위하여 유기 용제(예 : 벤젠, 초산 에틸 또는 클로로포름)로 반응 혼합물을 추출하고, 고순도의 EBP를 회수하기 위하여 통상의 증류를 행한다.

증류 과정에서, 비점이 310℃ 내지 340℃, 바람직하기로는 320 내지 333℃ 범위(대기압에서)인 유분 EBP를 회수하면 고순도의 EBP를 제조할 수 있다.

또, EPEA의 파라 이성체가 본 발명의 출발물질 유분에 함유되더라도, 이들로부터 유도된 탈수소 물질 및 그 산화물은 상술한 EBP를 함유하는 유분을 회수하기 위한 증류 조작에 의해 쉽게 분리될 수 있고, 그 결과 고순도의 EBP를 얻을 수 있다.

이상 자세히 설명한 바와 같이 본 발명의 유분은 벤젠을 에틸렌으로 알킬화시켜 생성된 특정 유분으로서 원하는 EBP를 매우 염가로 제조할 수 있다. 또, 특정 제조방법으로 제조된 유분이 출발 물질로 이용되므로 오르토 이성체와 파라 이성체가 전혀 함유되지 않은 고순도의 EBP를 얻을 수 있다.

본 발명의 출발 물질 유분에는 화학구조가 알려지지 않은 여러 탄화수소가 함유되어 있기 때문에, 이들 성분이 특정 반응에 있어 어떻게 작용할지 예측할 수 없다. 뿐만 아니라 구조가 알려지지 않은 이들 성분은 정류에 의해서도 분리시킬 수 없다.

그러나 본 발명의 탈수소 및 후속 산화반응으로 고순도의 EBP를 제조할 수 있는 점으로 보아, 출발물질 유분내의 구조가 밝혀지지 않은 성분은 반응에 거의 관여하지 않거나 다름의 증류 과정에서 분리되는 다른 화합물로 변하는 것이라고 짐작할 수 있다. 그러므로 본 발명에 의하며 화학구조가 알려지지 않고 증류에 의하여 분리시킬 수 없는 여러 성분이 함유된 특정 유분으로부터 고순도의 EBP를 제조할 수 있다.

이제 실시예들을 참고로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.

[실시예]

[실험 1]

교반기가 설치된 반응기내에서, 염화알루미늄의 존재하에 온도 130℃, 압력 4.2㎏/㎠로 벤젠 : 에틸렌의 몰 비가 9 : 1이 되도록 벤젠을 에틸렌과 액상으로 1시간 접촉시켜 모든 에틸렌이 변환되도록 한다. 사용된 염화알루미늄의 양은 생성된 에틸벤젠의 중량 기준으로 0.0034부였다. 그결과 얻어진 알킬화 생성물로부터 염화알루미늄의 양은 생성된 에틸벤젠의 중량 기준으로 0.0034부였다. 그결과 얻어진 알킬화 생성물로부터 염화알루미늄을 제거하고 GC로 분석한다. 분석결과, 벤젠 49.0중량%, 에틸벤젠 32.9중량%, 폴리에틸벤젠 17.5중량%, 더 무거운 물질 0.5중량%로 구성되어 있음을 알았다. 벤젠, 에틸벤젠, 폴리에틸벤젠을 회수하기 위하여 알킬화 생성물을 증류시켜, 생성된 에틸벤젠을 기준으로 더 무거운 물질 0.014중량부를 얻었다. 비점(대기압하에서)이 280 내지 310℃인 유분을 얻기 위하여 더 무거운 물질을 더 증류시킨 후 수득한 유분을 GC로 분석하였다. 분석결과 이 유분은 EPEA 76중량%, EPEA의 파라 이성체 6중량%, 나머지는 폴리알킬벤젠과 여러 다른 탄화수소로 구성되어 있음을 알았다.

5mmHg의 감압하에서 상술한 증류를 진행시켰으며 이론 분리판의 수는 15이었다.

어쨌든 상술한 유분으로부터 모세관을 이용한 GC 분석으로 EPEA 자체를 분석할 수 있었다. 상술한 유분내에 존재하는 다른 성분으로부터 EPEA를 단독으로 분리할 수 없는데, 그 이유는 다른 성분의 비점이 EPEA와 유사하거나 동일하기 때문이다.

산화크롬과 알루미나를 함유하는 산화철 계열의 탈수소촉매(상표명 64C : 닛산 거들러 캄파니 리미티드)를 입경이 0.5 내지 1㎜가 되도록 제조하여 이를 내경 10㎜, 길이 60㎝인 스테인레스 강 파이프에 채운다. 상술한 유분을 40㎖/hr로 예열시킨 파이프를 통하여 물 40㎖/hr와 함께 대기압하에 400℃에서 촉매층을 통과시켜 탈수소 반응을 진행시킨다. 반응 생성물을 실온까지 냉각시킨 후, 기체와 액체를 분리시킨다. 그 다음 생성된 유기층의 반응도와 선택도를 확인하기 위하여 GC 분석을 행한다. 분석결과 반응 생성물은 EPEL 26중량%, EPEL의 파라 이성체 2중량%, 미반응 EPEA 49중량%, EPEA의 p-이성체 4중량%, 미확인 물질 19중량%로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 즉, 이같이 처리된 유분에는 탈수소 생성물 EPEL이 높은 비율로 포함되어 있다고 할 수 있다. 이 유분은 정제되지 않은 채 산화반응에 사용된다.

이밖에 탈수소 유분에 함유된 EPEL과 별도로 합성된 EPEL을 GC, 및 IR 등에 의한 분석결과로 비교하였다.

[1,1-(3-에틸페닐)페닐에탄올의 합성]

환류 응축기와 교반기가 설치된 2리터 들이 플라스크내에 금속 나트륨으로 건조시킨 에테르 50㎖와 금속 마그네슘 28g(1.15몰)을 넣는다. 그 혼합물을 실온에서 교반하면서 브롬화 벤젠 160g(1.02몰)을 포함하는 무수 에테르 용액 50㎖를 2시간에 걸쳐 생성된 혼합물에 서서히 적가한다. 반응온도는 35℃로 유지시킨다. 적가가 완료된 후 35℃에서 1시간동안 교반을 계속한다. 그 후 m-에틸아세토페논 148g(1.00몰)을 함유하는 무수 에테르 용액 500㎖를 2시간 걸쳐 서서히 적가하고, 35℃에서 1시간 더 교반한다. 이 반응용액을 얼음물에 넣은후 용액분리하여 에테르층을 회수한 다음 이를 감압하에서 증류시키면 1,1-(3-에틸페닐)페닐에탄올이 얻어진다. 이 알코올은 가열 등에 의하여 비교적 용이하게 탈수되므로 부수적으로 정제할 필요없이 후속 과정에 직접 공급될 수 있다.

[1,1-(3-에틸페닐)페닐에틸렌의 합성]

적하 깔대기가 설치되고 가지가 3개 달린 500㎖들이 플라스크에 황산수소칼륨 20g을 넣고 감압하에서 230 내지 240℃까지 가열한다. 그 후, 상기 방법으로 얻어진 알코올을 적하 깔때기를 통하여 적가한다. 그 결과 알코올이 탈수되어 올레핀이 되고 이는 즉시 증류되어 외부의 수집기에서 회수된다. 이렇게 회수된 생성물로부터 물을 분리하고 또 진공 증류하여 EPEL 150g을 72%의 수율로 얻는다. 생성물의 분석결과는 다음과 같다 :

비점 : 172 내지 174℃/3mmHg

IR(Neat)㎝^-1: 3060, 3040, 2960, 1600, 1490, 890, 800, 770, 700

¹H-NMR(CCl₄,δppm) : 6.80 내지 7.60(9H, 다중선), 5.35(2H, 단선), 2.40 내지 2.85(2H, 사중선), 1.05 내지 1.40(3H, 삼중선)

원소분석(C₁₆H₁₆) :

이론치 : C ; 92.31%H ; 7.69%.

실측치 : C ; 92.33%H ; 7.67%.

[실험 2]

교반기가 설치된 반응기내에서, 염화알루미늄의 존재하에 온도 130℃, 압력 4.9㎏/㎠로 벤젠 : 에틸렌의 몰 비가 9 : 1이 되도록 벤젠을 에틸렌과 액상으로 1시간 접촉시켜 모든 에틸렌이 변환되도록 한다. 사용된 염화알루미늄의 양은 생성된 에틸벤젠의 중량 기준으로 0.0034부였다. 그 결과 얻어진 알킬화 생성물로부터 염화알루미늄을 제거하고 GC로 분석한다. 분석결과, 벤젠 49.0중량%, 에틸벤젠 32.9중량%, 폴리에틸벤젠 17.5중량%, 더 무거운 물질 0.5중량%로 구성되어 있음을 알았다. 벤젠, 에틸벤젠, 폴리에틸벤젠을 회수하기 위하여 알킬화 생성물을 증류시켜, 생성된 에틸벤젠을 기준으로 더 무거운 물질 0.014중량부를 얻었다. 비점(대기압하에서)이 290 내지 305℃인 유분을 얻기 위하여 더 무거운 물질을 더 증류시킨 후 수득한 유분을 GC로 분석하였다. 분석결과 이 유분은 EPEA 82중량%, 나머지는 폴리알킬벤젠과 여러 다른 탄화수소로 구성되어 있음을 알았다.

산화크롬과 알루미나를 함유하는 산화철 계열의 탈수소촉매(상표명 64C : 닛산 거들러 캄파니 리미티드)를 입경이 0.5 내지 1㎜가 되도록 제조하여 이를 내경 10㎜, 길이 60㎝인 스테인레스 강 파이프에 채운다. 상술한 유분을 40㎖/hr로 대기압하에서 예열시킨 파이프를 통하여 물 40㎖/hr와 함께 촉매층을 통과시켜 탈수소 반응을 진행시킨다. 반응 생성물을 실온까지 냉각시킨 후, 기체와 액체를 분리시킨다. 그 다음 생성된 유기층의 반응도와 선택도를 확인하기 위하여 GC 분석을 행한다. 분석결과 반응 생성물은 EPEL 28중량%, 미반응 EPEA 53중량%, 미확인 물질 19중량%로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 즉, 이같이 처리된 유분에는 탈수소 생성물 EPEL이 높은 비율로 포함되어 있다고 할 수 있다. 이 유분은 정제되지 않은 채 산화반응에 사용된다.

[실험 3 내지 6]

탈수소 온도와 공급되는 물의 양만 제외하면 실험 2와 동일하게 탈수소 반응을 진행시켰다. 결과는 표 1과 같다.

[표 1]

[실험 7]

교반기가 설치된 200㎖들이 반응기내에 실험 1에서 제조된 EPEL을 함유하는 유분 72g과 나프텐산코발트 0.04g을 넣고, 반응온도를 100℃로 설정하여 대기압하에서 순수한 산소를 100㎖/min의 공급율로 10시간동안 공급하였다. 반응 생성물을 실온까지 냉각시킨 후 사용된 촉매를 제거하였다. 그 다음 GC를 이용하여 분석한 결과 EPEL의 전환률은 97%이고 EPEL에 대한 EBP로의 선택도는 89%였다. 반응 혼합물을 증류시켜 대기압에서 320 내지 333℃의 유분 14g을 얻었다. GC를 이용한 분석결과 EBP의 순도는 95%였다. EBP의 위치 이성체인 오르토 및 파라 이성체는 거의 함유되어 있지 않았다.

[실험 8]

나프텐산코발트 대신 나프텐산철 0.04g을 사용한 것을 제외하고 실험 7의 과정을 반복하였다. 이 경우 EPEL의 전환률은 86%였고, EPEL에 대한 EBP로의 선택도는 87%였다.

[실험 9]

순수한 산소 대신 공기 200㎖/min를 공급하는 것을 제외하고 실험 7의 과정을 반복하였다. 이 경우 EPEL의 전환률은 72%, EPEL에 대한 EBP의 선택도는 83%였다.

[실험 10]

교반기가 설치된 50㎖들이 반응기내에 실험 1에서 제조하여 EPEL을 함유한 유분 72g, 과망간산 칼륨 12.8g, 물 120㎖를 넣고 반응온도 30℃로 20시간 반응시켰다. 생성된 반응 혼합물에 추출을 위하여 벤젠 120㎖를 붓고, 벤젠층이 분리된 후 벤젠을 증류시킨다. 그 결과 생성된 기름상 물질을 GC를 이용하여 분석한 결과 EPEL의 전환률은 35%였고 EBP의 선택도는 73%였다. 이 기름상 물질을 증류시켜 대기압에서 320 내지 333℃의 유분 4.5g을 얻었다. GC 분석결과 EBP의 순도는 90%였다. EBP의 위치 이성체인 오르토 및 파라 이성체는 거의 함유되어 있지 않았다.

[실험 11]

실험 7에서 얻은 EBP가 함유된 유분을 이용하여 상술한 스페인 특허에 의하여 케토프로펜을 합성하였다.

[3-(1-브로모에틸)벤조페논의 합성]

환류 응축기와 교반기가 설치된 200㎖들이 반응기내에 사염화탄소 60㎖와 실험 7에서 얻은 EBP 증류액 10g을 넣는다. 이 혼합물을 실온에서 교반하면서 N-브로모숙신이미드 8.6g과 과산화벤조일 0.14g을 가한 후 반응 용액을 교반하면서 8시간동안 환류시킨다. 반응 용액을 실온까지 냉각시킨 후 숙신이미들 여과해내고, 사염화탄소를 감압하에서 여액으로부터 증류시킨다. 얻어진 생성물의 스펙트럼 데이타는 3-(1-브로모에틸)벤조페논의 스펙트럼 데이타와 일치한다.

[3-(1-히드록시에틸)벤조페논의 합성]

오토클레이브 내에 물 100㎖와 탄산 칼슘 3.3g 및 3-(1-브로모에틸)벤조페논 10g을 넣고 120℃에서 6시간동안 가열한다. 그 결과 얻어진 반응용액을 벤젠으로 추출하고 형성된 벤젠층을 무수황산나트륨으로 건조시킨 다음 용제를 증류제거시킨다. 생성물의 스펙트럼 데이타는 3-(1-히드록시에틸)벤조페논의 스펙트럼 데이타와 일치한다.

[케토프로펜의 합성]

염화수소 1.5%가 함유된 무수 에탄올 50㎖에 3-(1-히드록시에틸)벤조페논 10g을 용해시키고, [P(CH₃)₃]PdCl₂0.1g이 함유된 무수 에탄올 용액을 가한다. 이 용액을 오토클레이브에 넣고 일산화탄소 분위기에서 500 기압 및 95℃에서 5시간동안 가열한다. 반응용액을 환류 응축기와 교반기가 설치된 200㎖ 반응기로 옮긴 후 진한 염산 5㎖를 가한다. 그 다음 질소 분위기에서 4시간동안 환류시킨다. 그리고 이 반응 용액에 물을 가하고 에테르를 사용하여 추출한다. 이 에테르 층을 물로 씻은 후 5% 수산화칼륨 수용액으로 추출한다. 물층을 염산으로 산성화시킨 후 다시 에테르를 사용하여 추출한다. 에테르층을 물로 씻은 후 무수 황산나트륨으로 건조시키고 감압하에서 에테르를 증류시킨다. 원하는 α-(3-벤조일페닐)프로피온산(케토프로펜(상표명)은 벤젠/석유에테르로부터 재결정되어 얻어진다. 이렇게 얻은 케토프로펜의 스펙트럼과 융점은 실제 시료에서와 동일하다.

[실험 12]

실험 1에서 얻은 EPEL이 함유된 유분을, 산화촉매로서 나프텐산코발트 대신에 나프텐산망간, 나프텐산크롬, 나프텐산니켈을 각각 사용한 것을 제외하고 실험 7과 동일한 방법으로 산화시켰다. 결과는 다음과 같다.

1) EPEL의 전환률

2) EPEL에 대한 EBP로의 선택도

모든 경우에 있어서, 대기압에서 320 내지 333℃의 유분은 실험 7에서 얻은 EBP와 거의 동일한 순도를 가진다.

[실험 13]

실험 1에서 얻은 EPEL이 함유된 유분을, 촉매없이 산화 온도 120℃에서 산화시킨 것을 제외하고 실험 7과 동일한 방법으로 산화시켰다.

EPEL의 전환율과 EPEL에 대한 EBP로의 선택도는 각각 96%, 88%였다.

이 경우 대기압에서 320 내지 333℃의 유분은 실험 7에서 얻은 EBP와 거의 동일한 순도를 갖는 EBP를 가진다.

Claims

알킬화 촉매의 존재하에 벤젠을 에틸렌으로 알킬화시켜 주로 미반응 벤젠, 에틸벤젠, 폴리에틸벤젠 및 더 무거운 부산물로 구성되는 알킬화 생성물을 얻는 단계 ; 상기 알킬화 생성물을 증류시켜 대기압에서 비점 범위가 275 내지 310℃인 유분을 회수하는 단계 ; 탈수소 촉매의 존재하에 200 내지 700℃의 반응온도에서 상기 회수된 유분을 탈수소시키는 단계 ; 상기 탈수소 유분을 액상에서 산화시키는 단계 ; 및 이를 증류시켜 하기 구조식(Ⅰ)로 나타내어지는 3-에틸벤조페논을 회수하는 단계로 이루어진, 고순도의 3-에틸벤조페논의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 알킬화반응이 염화 알루미늄을 포함하는 알킬하 촉매 존재하에 0 내지 175℃에서 수행되는 3-에틸벤조페논의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 산화반응이 주기율표의 Ⅳ-b, Ⅶ-b 및 Ⅷ족으로부터 선택된 금속으로 이루어진 산화촉매의 존재 또는 부재하에 30 내지 250℃에서, 산소분자에 의해 수행되는 3-에틸벤조페논의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 산화촉매가 크롬, 망간, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 코발트, 니켈, 철, 로듐 및 루테늄 등의 나프테네이트로부터 선택되는 3-에틸벤조페논의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 산화반응이 불활성 용매에서 과산화물을 포함하는 산화제에 의해 0 내지 200℃에서 수행되는 3-에틸벤조페논의 제조방법.
제 5 항에 있어서, 상기 산화제가 과망간산 염, 크롬산 염, 사초산납, 과요오드산 염, 사산화루테늄, 사산화오스뮴, 과산화수소, 및 오존으로부터 선택되는 3-에틸벤조페논의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 탈수소화 촉매가 산화철계 촉매인 방법.