KR950003332B1 - α,β-불포화 케톤의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
요약없음
Description
[발명의 명칭]
α,β-불포화 케톤의 제조방법
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은 의약품 및 농약품용 중간체로서 중요한 하기 일반식 (Ⅱ)의 α,β-불포화 케톤(이후에는 화합물Ⅱ로 언급)의 제조방법 및 상기 화합물의 합성 중간체인 하기 일반식 ( I )의 -β히드록시 케톤(이후에는 화합물 I로 언급)의 제조방법에 관한 것이다.
(상기식들에서 R은 위치 1에 측쇄를 갖는 지방족 기, 치환체를 가질수 있는 지환족 기, 치환체를 가질 수있는 헤테로 시클릭 기 또는 치환체를 가질 수 있는 페닐 기이다).
[배경기술]
통상적으로 공지된 화합물 Ⅱ의 제조방법은 알데히드의 아세톤과의 알돌축합에 의한 방법[Ber. 404764(1970)에 기술되어 있음], 촉매로서 피페리딘-아세트 산을 사용하는 아세톤과의 알데히드의 축합에 의한 방법[lndian j. Chem. 16B 970-972(1978)에 기술되어 있음] 또는 아세토아세트산의 금속염과 알데히드를 반응시킴에 의한 방법 (일본국 공개 특허 제Sho 57-4930호)이다. 그러나, α-수소를 갖거나 α-수소를 갖지 않는 알데히드가 재료 물질로서 사용될 때, 상기 방법들은 통상적으로 생산되는 대량의 부산물 또는 느린 반응 등으로 인한 낮은 수율때문에 산업적인 제조방법으로서는 부적절하다.
β-히드록시 케톤을 탈수시킴에 의한 현재의 방법은 특히 하나의 γ-수소를 갖는 β-히드록시 케톤에 적용시킬 때의 다양한 문제점 때문에 산업적으로 이용할 수 없다.
예를들면, 물내에서 옥살산과 같은 디카르복실 산 촉매를 사용하는 반응에 있어서 옥살산과 같은 비싼 화합물의 다량이 요구된다(서독특허 제840,090호에 기술되어 있음) 이것은 경제직인 면에서 문제점을 갖는다.
물 및 아세톤내에 황산과 같은 강산 촉매를 사용하는 방법 (서독공개특허 제2,426,639호에 기술되어 있음)에 있어서는 대량의 β-히드록시 케톤이 잔존하고 대량의 부산물, 특히 β,γ-불포화케톤이 대량으로 생성된다.
벤젠과 같은 유기 용매내에서 p-톨루엔설폰산을 사용하는 반응(J. Am. Chem. Soc. 81 628-632에 기술되어 있음)에 있어서, 반응은 공비탈수화(azeotropicdehydration)에 의해 평온하게 진행된다. 그러나, α,β-불포화 케톤에서 β,γ-불포화 케톤으로 이성화가 반응 종결시에 즈음하여 갑자기 중가한다. 그러므로, β,γ-불포화 케톤의 제어가 어렵다.
β-히드록시 케톤의 공지된 제조방법은 알데히드의 아세톤과의 알돌 축합에 의한 방법(Ber. 404764(1970), Ann. Chim(Paris) 6 406-86(1951)) 및 알데히드를 아세토아세트 산의 알칼리성 금속염과 반응시킴에 의한 방법(일본국 공개특허 제Sho 55-141429호)을 포함한다. 일반적으로 수율은 낮다. 후자에 있어서는 하나의 α-수소를 갖는 알데히드가 사용될 때 특히 수율이 낮다.
본 발명의 목적은 상기 방법들의 단점이었던, 특히 하나의 α-수소를 갖는 알데히드 대신에 사용될 수 있는 β-히드록시 케톤의 제조방법을 제공하는 것이고 β-히드록시 케톤으로추터 α,β-불포화 케톤을 높은 수율로 수득하기 위한 제조방법을 제공하는 것이다.
[발명의 공개]
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 다양한 연구를 하였으며, 비록 하나의 α-수소를 갖는 알데히드가 사용될지라도 수용액내에서 치환체를 함유할 수 있는 피롤리딘 및/또는 퍼히드로이소인돌의 존재하에서의 온화한 반응에 의해 상응하는 β-히드록시 케톤을 높은 수율로 쉽게 제조하는 것이 가능하며 상기 β-히드록시 케톤이 물 및 물-불용성 유기 용매의 2-상 시스템에서 산 촉매 존재하에서 반응되어서 의도하는 α,β-불포화 케톤을 수득할 수 있음을 발견했다. 그리하여, 본 발명이 완성되었다. 즉 본 발명은 하기와 같다.
(1) 물 및 물-불용성 유기 용매의 용매 혼합물내에서 산 촉매의 존재하에 하기 일반구조식 ( I )의 α,β-히드록시 케톤을 반응시키는 것으로 구성되는 하기 일반구조식 (Ⅱ)의 α,β-불포화 케톤의 제조방법 .
(상기식들에서 R은 상기 정의한 바와 같다. )
(2) -40℃ 내지 60℃에서 물 용매내에서 촉매로서 치환체를 가질 수 있는 피롤리딘 및 퍼히드로이소이돌로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 화합물의 존재하에 하기 일반구조식 (Ⅲ)의 알데히드 및 아세톤을 반응시킨 다음 아세톤을 증류시켜 제거하고 물-불용성 유기 용매를 잔류반응 용액에 첨가하여 산촉매의 존재하에 반응시키는 것으로 구성되는 일반구조식 (Ⅱ)의 α,β-불포화 케톤의 제조방법.
(상기식들에서 R은 상기 정의한 바와 같다.)
(3) -40℃ 내지 60℃에서 물 용매내에서 촉매로서 치환제를 가질 수 있는 피롤리딘 및 퍼히드로이소이돌로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 화합물의 존재하에 하기 일반구조식 (Ⅲ)의 알데히드 및 아세톤을 반응시키는 것으로 구성되는 하기 일반구조식 ( I )의 β-히드록시 케톤의 제조방법 .
(상기들에서 R은 상기 정의한 바와 같다. )
본 발명의 제조방법은 하기 반응식으로 기술된다.
반응에 사용된 일반구조식 (Ⅲ) RCHO의 알데히드(이후에는 화합물 Ⅲ으로 언급)는 α 위치에 측쇄를 갖는 알데히드, 예컨대 이소부탄알, 2-메틸부탄알, 2,2-디메틸프로판알, 2-메틸펜탄알, 2,2-디메틸부탄알, 2,3-디메틸부탄알, 2-메틸헥산알, 2-에틸펜탄알, 2,2-디메틸펜탄알, 2,3-디메틸펜탄알, 2,4-디메틸펜탄알, 2-에틸-3-메틸부탄알, 2-에틸-2-메틸부탄알, 2-메틸펩탄알 및 2-메틸옥탄알 : 지방족 알데히드, 예컨대 시클로헥산 카르브 알데히드, 2-메틸시클로헥산 카르브알데히드, 3-메틸헥산 카르브알데히드 및 4-메틸헥산 카르브알데히드 ; 헤테로시클릭 알데히드, 예컨대 3-포르밀테트라히드로피란, 4-포르밀테트라히드로피란, 3-포르밀테트라히드로티오피란, 3-포르밀테트라히드로푸란, 2-포르밀디옥산 및 3-포르밀 피페라딘 ; 벤즈알데히드, 예컨대 벤즈알데히드, p-메틸벤즈알데히드, p-메틸티오벤즈알데히드, p-클로로벤즈알데히드 및 p-니트로벤즈알데히드 ; 또는 치환체를 갖는 벤즈알데히드를 포함한다. 촉매로서 사용되는 화합물은 퍼히드로이소이돌론 및 치환될 수 있는, 하기 일반구조식의 피롤리딘(이후에는 피롤리딘으로 언급)이다.
(상기식에서, R1R2R3및 R4는 수소 또는 저급 지방족 기이다. )
피롤리딘의 구체적인 예는 피롤리딘 및 3 및/또는 4위치에 치환된 피롤리딘, 예컨대 3-메틸피롤리딘, 3-에틸피롤리딘, 3,3-디메틴피롤리딘, 3,3-디에틸피롤리딘, 3,4-디메틸피롤리딘 및 3,4-디에틸피롤리딘을 포함한다.
둘 이상의 촉매는 혼합하여 사용될 수 있다. 반응은 화합물 Ⅲ의 1몰에, 1.5 내지 20배 몰, 바람직하게는 3 내지 10배의 몰의 아세톤 ; 50 내지 2000㎖, 바람직하게는 200 내지 500㎖의 물 및 0.002 내지 0.01몰, 바람직하게는 0.01 내지 0.05몰의 촉매 피롤리딘을 혼합함으로써 실행된다.
혼합 방법에 있어서는 화합물 Ⅲ 및 아세톤을 수성 용매내에서 혼합하고, 여기에 촉매를 첨가한다. 그러나 아세톤 및 촉매가 수용액내에 혼합되는 방법은 여기에 화합물 Ⅲ을 하기 일반구조식의 불순물의 부산물비를 감소시키려는 견지에서 적가하는 것이 바람직하다.
적가시간은 바람직하게는 1 내지 5시간이고, 그후에 1 내지 7시간 동안 경화시킨다. 반응온도는 평형 반응 때문에 사용되는 알데히드 물질에 따라서 다르다. α 위치측 측쇄를 갖는 알데히드, 지방족 알데히드 또는 헤테로시클릭 알데히드에 대해서는 온도는 0 내지 60℃, 바람직하게는 20 내지 40℃이다. 벤즈알데히드 및 치환된 벤즈알데히드에 대해서는, 온도는 -40 내지 30℃, 바람직하게는 -20 내지 10℃이다. 치환된 벤즈알데히드가 사용될 때, 치환체가 보다 더 전자 공여성일수록, 평형은 보다 더 재료물질 계로 이동되므로, 반응은 보다 더 저온에서 실행되어야만 한다.
반응이 완결된 후에, 용액은 염산과 같은 것으로 중화되어 pH 1 내지 6으로 되고, 아세톤은 증류온도 100℃ 이하에서 증류하여 수득된 것을 다음 반응 b에 사용하거나, 화합물 I 이 수집된다면, 클로로포름 또는 벤젠과 같은 물-불용성 유기 용매로 추출하고 추출물을 농축시키고 진공하에서 증류시켜서 의도하는 화합물을 수득한다.
반응 b의 반응을 실행하기 위하여, 상기 반응 a에서 수득된 수용액을 사용하고 산 촉매로서 황산을 사용한다면 이를 상기 수용액에 첨가하여 황산 10내지 60중량%의 수용액으로 만들고, 만약 사용한다면 첨가하여 염산 3 내지 20중량%의 수용액을 만든다.
그후, 200내지 2000㎖, 바람직하게 300 내지 600㎖의 유기 용매를 첨가해서 0.5 내지 10시간동안 환류시킨다 .
분리된 화합물 I 이 사용될 경우, 200 내지 2000㎖, 바람직하게 300 내지 600㎖의 유기 용매를 화합물 I의 1몰에 첨가한다. 황산이 산 촉매로서 사용된다면 황산 10 내지 60중량%의 수용액 50 내지 1000g, 바람직하게는 200 내지 400g을 첨가하거나, 염산이 사용된다면 염산 3 내지 20중량%의 수용액 200 내지 400g을 첨가하고 생성된 용액을 0.5 내지 10시간 동안 환류시킨다.
산 촉매의 농도는 사용되는 용매의 유형에 의해 영향을 받는다. 일반적으로 환류온도가 낮다면 농도는 높다.
반응이 완결된 후, 용액을 분리한다. 100 내지 500g의 물을 유기 용매층에 첨가하여 알칼리성 수용액으로 pH 2 내지 9로 중화시킨다음 생성된 용액을 물층 및 유기 용매층으로 분리시킨다.
수득한 유기 용매층을 농축시키고 진공하에서 증류시켜서 의도하는 화합물 Ⅱ를 수득한다.
황산 및 염산뿐만이 아니라 인산 및 옥살 산과 같은 산들도 산 촉매로서 탈수에 사용될 수 있으나 이들은 약산이어서 다량이 필요하므로 경제적인 면에서 부적절하다.
수성층 및 유기 용매층을 형성할 수 있는 물 및 물-불용성 유기 산의 용매 혼합물을 반응촉매로서 사용한다. 클로로포름 및 디클로로에탄과 같은 할로겐화 탄화수소 용매 및 벤젠, 톨루엔 및 크실렌과 같은 방향족 탄화수소 용매가 상기 물-불용성 유기 용매로서 사용된다.
[본 발명의 최상의 실행 방법]
본 발명은 하기 실시예를 참조로 하여 더 상세하게 기술될 것이다. 본 발명의 범위는 하기 실시예에 의해 결코 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
1ℓ내부 부피의 반응 용기에 290.5g(5몰)의 아세톤, 300㎖의 물 및 2.2g(0.03몰)의 피롤리딘을 넣고, 여기에 이소부틸알데히드 72.1g(1몰)을 3℃에서 유지시키면서 한시간 동안 적가한 다음 30℃에서 2시간 동안 교반시킨다.
반응을 완결한 후, 용액을 35% 염산으로 pH 4로 하고 증류온도 100℃ 이하에서 아세톤을 증류시킨다. 325.4g의 아세톤 수용액을 증류물로서 수득한다. 아세톤 수용액의 기체크로마토그래피 분석은 221.6g의 아세톤(회수율 : 76.3% 아세톤의 1몰이 반응에 사용되는 것으로 여긴다면 회수율은 95.4%이다) 및 103.8g의 물을 보여 준다.
그후에, 아세톤 수용액이 증류된 후의 잔류 용액을 냉각시키고 200㎖의 클로로포름으로 2회 추출한다. 클로로포름 층을 농축시킨다. 수득한 오일상 생성물을 감압하에서 증류하여 12mmHg에서 80 내지 83℃의 비점 및 nD 16.51.4379의 무색의 오일상 생성물 113.3g을 수득한다(조 수율 : 87.0%).
생성물을 기체 크로마토그래피로 분석해서 의도하는 화합물, 4-히드록시-5-메틸헥산-5-메틸헥산- 2-온이 순도 95.1% 임을 발견했다. (수율 : 사용된 이소부틸알데히드에 대해서 82.7%)
증류된 아세톤 수용액에 68.9g의 아세톤 및 196.2g의 물을 첨가한 다음 2.2g의 피롤리돈을 첨가한다. 상기와 동일한 조작을 반복하여 동일한 결과를 수득한다.
[실시예 2 내지 13]
표 1에 보여진 조건하에서 다른 알데히드 및 촉매를 사용하여 반응을 실행하는 것을 제외하고는 실시예 1을 반복한다. 결과를 실시예 1을 포함하여 표 1에 나타낸다.
[표 1]
[실시예 14]
1 ℓ내부 부피의 반응 용기에 130.2g(1몰)의 4-히드록시-5-메틸-2-헥사논, 400㎖의 톨루엔 및 300g의 20중량%의 H2SO4수용액을 넣고 가열시켜서 3시간 동안 환류시킨다. 반응이 완결된 후에 용액을 실온으로 식히고 수층을 분리하여 제거한다. 150㎖의 몰을 유기층에 첨가하고 pH를 28% NaOH 수용액으로 4.5로 조정하고 톨루엔 및 수층을 분리한다. 톨루엔층을 농측시킨다. 수득한 오일상 생성물을 감압하에서 증류시켜 64 내지 67℃의 비점(30mmHg) 및 nD 191.4428의 110.5g의 밝은 노란색 오일상 생성물을 수득한다(조수율 : 98.5%)
수득한 생성물의 기체 크로마토그래피 분석은 의도하는 생성물 5-메틸-3-헥센-2-온이 94.4% 순도임을 보여준다.(수율 : 4-히드록시-5-메틸-2-헥사논에 대해서 93.0%) 잔류하는 미반응 4-히드록시-5-메틸-2-헥사논의 양은 0.1% 이하이고 부산물 5-메틸-4-헥센-2-온의 양은 4.0%이다.
[실시예 15 내지 26]
하기 표 2에 보여진 조건하에서 다른 히드록시 케톤을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 14를 반복한다. 결과를 실시예 14를 포함하여 표 2에 나타낸다.
[표 2]
[실시예 27]
1ℓ내부 부피의 반응용기내에 290.5(5몰)의 아세톤, 300㎖의 물 및 2.1g(0.03몰)의 피롤리딘을 넣고, 여기에 72.1g(1몰)의 이소부틸알데히드를 한시간 동안 적가시키고 30℃에서 1.5시간 동안 유지시킨다.
반응을 완결한 후에 용액을 C-황산으로 pH를 4.5로 만들고 가열하여 증류온도 100℃ 이하에서 증류시킨다. 323.3g의 아세톤 수용액을 증류물로서 수득한다. 아세톤 수용액의 기체 크로마토그래피 분석은 220.8의 아세톤(회수율 : 76.0% 1몰의 아세톤을 반응에 사용한다고 여긴다면 회수율은 95.0%이다) 및 102.5g의 물을 나타낸다.
그후에 잔사에 400㎖의 클로로포름 및 170.1g의 C-염산을 첨가하고 혼합물을 2시간 동안 환류시킨다. 반응후에 반응 혼합물을 실온으로 식히고 수용액층을 제거하고 클로로포름층에 150㎖ 물을 첨가한다.
혼합물의 pH를 28% NaOH로 pH 4.5로 하고 클로로포름층을 분리하고 농축시킨다. 수득한 오일상 생성물을 감압하에서 증류시켜 28mmHg에서 61 내지 64℃ 비점 및 nD 16.51.4439의 밝은 노란색 오일상 생성물 92.3g을 수득한다. (조수율 : 82.3%)
생성물을 기체 크로마토그래피에 의해 분석하여 의도하는 생성물의 순도가 95.1% 임을 발견했다.
[실시예 28 내지 39]
반응을 표 3의 조건하에서 다른 알데히드를 사용하여 실행하는 것을 제외하고는 실시예 27을 반복한다. 결과를 실시예 27을 포함하여 표 3에 나타낸다.
[표 3]
[산업적 이용성]
본 발명은 산업적으로 매우 중요한 α-수소를 갖지 않는 또는 하나의 α-수소를 갖는 알데히드로부터 온화한 반응조건하에서 의도하는 p-히드록시 케톤(화합물 I ) 및 α,β-불포화 케톤(화합물 Ⅱ)을 제조하는 경제적으로 이로운 방법을 제공한다.
Claims (3)
- 하기 일반구조식 ( I )의 β-히드록시 케톤을 물 및 물-불용성 유기 용매의 혼합물내에서 산 촉매 존재하에서 반응시키는 것으로 구성되는 하기 일반구조식 (Ⅱ)의 α,β-불포화 케톤의 제조방법.(상기식들에서, R은 1위치에 측쇄를 갖는 지방족 기, 치환체를 가질 수 있는 지환족 기, 치환체를 가질 수 있는 헤테로시클릭 기 또는 치환체를 가질 구 있는 페닐 기이다.)
- 하기 일반구조식 (Ⅲ)의 알데히드 및 아세톤을 촉매로서 치환체를 가질 수 있는 피롤리딘 및 퍼히드로이소인돌로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 화합물의 존재하에, 물 용매내에서 -40℃ 내지 60℃에서 반응시키고 아세톤을 증류시켜서 제거하고, 물-불용성 유기 용매를 잔류반응 용액에 첨가하여 산촉매 존재하에 반응시키는 것으로 구성되는 하기 일반구조식 (Ⅱ)의 α,β-불포화 케톤의 제조방법(상기식들에서 R은 상기 정의한 바와 같다.)
- 하기 일반구조식(Ⅲ)의 알데히드 및 아세톤을 촉매로서 치환체를 가질 수 있는 피롤리딘 및 퍼히드로이소인돌로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 화합물의 존재하에, 물 용매내서 -40℃내지 60℃에서 반응시키는 것으로 구성되는 하기 일반구조식(I)의 β-히드록시케톤의 제조방법.(상기식들에서 R은 상기 정의한 바와 같다.)
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