KR950009747B1 - 2-아미노 에탄 설폰산의 개량된 제조방법 - Google Patents

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Description

2-아미노 에탄 설폰산의 개량된 제조방법

제1도는 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트와 제조한 탄산소자 및 중아황산소다와의 몰비에 따른 반응시간과 반응율의 관계를 나타낸 그래프이다.

2-아미노 에탄 설폰산은 의약품으로서 해독, 피로회복, 자양강장 등의 약리작용이 있음이 알려져 있으며 계면활성제, pH 환충제 등의 중간원료로서 극히 유용한 화합물이다.

2-아미노 에탄 설폰산의 제조법은 하기의 여러 방법이 있다.

본 발명은 공업적으로 보다 유리한 방법에 관한 것으로 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트를 출발물질로 먼저 탄산소다와 중아황산소다를 사용하여 용해성을 좋게하여 환류 반응시키고 또한 부산물인 황산염(주로 망초)의 분리에서 2-아미노 에탄 설폰산과 망초를 무수 망초로하여 분리시키고, 폐기하여야 할 여액을 다시 다음 반응에 투입하여 수율을 향상시키는 것이 특징이다.

2-아미노 에탄 설폰산의 종래의 합성법은 다음과 같다.

1). 에틸렌 이민으로부터 아황산가스와 물의 반응(JP 65-23 007 ; JP 72-16 807).

2). 에틸렌 옥사이드와 중아황산소다를 반응시켜 가압하에 암모니아와 반응시키는 방법(GP 569 148 ; USP 1 999 614).

3). 에틸렌 디클로라이드와 아황산소다를 반응시켜 가압하에서 무수 암모니아 혹은 27% 암모니아수와 아황산암모늄의 혼합물을 가열하고 산처리하는 방법(Ind. Eng. Chem., 39 906(1947)).

4). 2-아미노 에틸 할라이드. 하이드로 할라이드(할라이드 ; Cl^-, Br^-, I^-)와 아황산염(M₂SO₃, M ; Na⁺, K⁺, NH₄ ⁺)을 반응시키는 방법(J. Am. Chem. Soc., P 58, 191(1936) ; WO 84/00958).

5). 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트와 아황산염(M₂SO₃, M ; Na⁺, K⁺, NH₄ ⁺)을 반응시키는 방법(J. Chem. Soc., 1943.4 ; Jour. of Indian Chem. Soc., Ind. & News ED., Vol. 13., No. 2&3. 150-156, 1950).

등이 있는데 공업적인 면에서 여러가지의 단점이 있다.

즉 1)의 방법에서는 출발물질인 에틸렌 이민이 인체에 독성이 있고 아황산가스는 호흡기장애를 일으키고 극히 발열반응이라 온도상승억제의 문제가 있다.

2), 3)의 방법은 암모니아를 고압하에 가열 반응 후 강산처리가 있어 조작상 위험이 따르며,

4)의 방법은 출발물질이 공업적으로 고가이고 부산물 분리가 용이하지 않다.

5)의 방법은 비교적 양호한 방법으로 많이 검토되고 있다.

원료가 비교적 사고 구하기 용이하며 제조시 취급이 안전한 점이 있으나 반응이 지연성이 있고 부산물인 황산염 분리에 어려움이 있어 수율에 영향을 준다. 상기 5)의 반응은 가압반응과 환류반응의 두 방법이 있는데 가압반응이 반응율은 좋으나 장치가 고가이고 조작상 어려움이 있어 환류반응이 유리하다. 이 경우 환원제로 아황산염을 사용하면 반응중 황산염이 생성되어 이를 분리해야 한다. 분리법으로 염산 추출법이 있으나 강산 및 용매 사용으로 취급상 안전성에 문제가 있다. 또한 23% 염화칼슘 처리법은 취급은 쉽지만 큰 장치가 필요하고 분리조작 공정이 한번 더 있어 조작상 어려움이 있고 품질면에서 떨어진다. 또 다른 방법은 용해성에서 차이가 비교적 큰 K⁺및 Na⁺의 아황산염을 이용한 방법이 있는데, 반응중 생성된 K⁺의 황산염이 분리가 유리하나 가격면에서 비싸 Na⁺의 황산염인 망초를 무수 망초로 분리하는 것이 유리해 Na⁺의 아황산염인 아황산 소다를 환원제로 사용하는 것이 보다 유리하다. 그러나 이 방법에 있어서도, 아황산염이 용해성이 높지않고, 따라서 반응시간이 너무 길어서 문제가 있으며, 수율이 그다지 높지않고 또한 반응후의 폐반응액의 처리에 문제가 있었다.

본 발명자들은 5)의 방법, 즉 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트를 아황산염과 반응시키는 방법에 관하여 오랜 연구를 행한 결과 공지의 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트를 사용하는 방법에 있어서 아황산염으로서는 아황산염을 직접 사용하지 않고 반응시에 탄산소다와 중아황산소다를 사용하면 반응시간이 크게 단축될 뿐만아니라, 수율이 높아지고, 또한 반응폐액을 반응액에 첨가하여 순환하여 사용하면 그 수율이 더욱 높아짐과 동시에 반응시간도 더욱 단축되는 놀라운 사실을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 아미노 에탄 설폰산의 개량된 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서는 출발물질로서 제조하기 쉽고 가격이 저렴한 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트를 사용하고 탄산소다와 중아황산소다를 사용함으로써 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트의 용해성을 향상시키고 가격면에서도 유리하게 하며 반응시간도 단축된다. 이에 대한 반응을 다음식 (1) 및 (2)에 나타내었다.

이와 같이 용해반응성을 좋게 함으로써 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트가 반응식(3)과 같이 물과 가수분해되는 현상을 억제하는 효과도 있다.

환류반응에서 용매인 물의 양과 환원제의 몰량에 따라 반응에 영향을 주므로 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트의 고체 분할 첨가 방법도 있으나 공업적으로 어려운 점이 있다. 용매인 물의 양은 각 원료의 용해도를 고려하여 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트 1몰당 480-520ml가 적당하였다. 물의 양이 많으면 용해성은 좋아지나 반응 후 농축하는 것이 불리하다. 탄산소다와 중아황산소다를 적량의 물로 반응시키는 방법이 아황산소다를 고체로 사용하였을 때보다 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트의 용해반응성이 좋음을 알 수 있었다. 또한 탄산소다와 중아황산소다의 반응에 의하여 미세 기포상으로 발생되는 탄산가스가 양반응물질인 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트와의 접촉계면을 넓혀주어서 반응시간을 짧게 하여주는 것으로 생각된다. 환원제의 몰량으로 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트와 제조한 탄산소다 및 중아황산소다와의 몰비에 따른 반응율을 제1도에 나타내었다. 공업적으로 반응율은 몰비 1 : 1.3인 경우 95% 이상으로 적당하였으며 반응시간은 종전 고체아황산소다를 사용했을 때 32시간에서 28시간 이하이었다. 몰비가 1 : 1.3보다 낮을 경우 반응율이 저하되고 그 이상의 경우 반응식(3)의 가수분해 현상을 억제하는 효과는 있으나 경제적이지 못하다.

환류반응을 시킨 후 95℃에서 황산염(주로 무수 망초)의 포화될 때까지 감압 농축하고 부산물인 무수 망초를 90℃에서 여과하고 여액을 상온으로 냉각해 2-아미노 에탄 설폰산 조결정을 여과해 얻었다. 여기서 나온 여액은 여액농축 등 상기 조작을 하여 더 이상 조결정이 안나올 때까지 2회 정도 실시하였다. 종래의 방법은 결정이 안나오는 겔상의 여액을 폐기하였는데, 본 발명에서는 이 여액을 다음 반응공정에서 물의 일부로 대체 투입함으로써 수율을 향상시켰다. 또한 폐기 여액의 처리가 용이해 환경면에서 유리하게 되었다. 즉, 폐기 여액중 고상이 50% 정도로 이는 SO₃혹은 SO₄염의 형태로 반응에 작용하여 반응율이 제1도에 나타난 바와 같이 몰비 1 : 1.5와 근사치를 보여, 탄산소다와 중아황산소다의 다량 사용없이 반응성을 향상시킴을 알 수 있고 반응식(3)과 같은 가수분해현상도 억제하였다. 또한 SO₃혹은 SO₄염의 결정화시 접종효과(seeding effect)도 있는 것으로 보인다. 이런 관계로 반응시간도 전체적으로 종래의 32시간에서 16시간 이하로 단축하는 효과가 있었다.

다음, 2-아미노 에탄 설폰산의 조결정을 열수와 소량의 활성탄, 이디티에이(EDTA), 아연말로써 처리 정제하고 이 결정을 소량의 70% 메탄올로 세척 건조하여 순품인 백색 결정 2-아미노 에탄 설폰산을 얻었다.

이상에서 기술한 바와 같이 2-아미노 에탄 설폰산의 제조방법은 여러 방법이 있으나 공업적으로 제조방법을 선택시 압력 및 온도조건, 장치규모 및 부식대응, 원료취급용이 및 안전, 환경관계, 저렴한 원료구입 등을 고려하여야 한다. 본 발명은 이런 점에서 제조가 용이하고 가격이 싼 탄산소다와 중아황산소다를 적량의 물의 존재하에 반응시킴으로써 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트와의 용해반응성을 향상시켰다. 또한 반응후 95℃에서 감압 농축하여 2-아미노 에탄 설폰산과 망초를 무수 망초로하여 분리하고 더 이상 여액이 나오지 않는 폐기할 여액을 다음 반응에 투입함으로써 반응성을 향상시켜 수율향상이 되었다. 또한 폐기할 여액처리가 용이해 환경면에서 무해하고 반응시간도 단축하는 등 공업적으로 안전하고 단순화한 것이 특징이다.

다음에 실시예와 비교예로써 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예 1]

온도계, 환류냉각기, 가열장치, 교반기를 설치한 100ml 4구 플라스크에 99.2% 탄산소다 69.5g을 물 150ml에 녹이고 37% 중아황산소다액 365.7g을 기포를 주의하며 서서히 가하였다. 30분간 교반한 후 80℃에서 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트 141g을 넣었다. 물 100ml를 넣은 다음 온도를 올려 환류온도에서 28시간 동안 반응시켰다. 다음 95℃에서 감압농축하여 망초가 포화될 때까지 농축하고 반응액을 90℃에서 여과하여 무수 망초를 분리하였다. 여액을 상온으로 냉각하여 2-아미노 에틸 설폰산 조결정 63g을 얻었다. 이 여액을 상기와 같이 감압농축하여 무수 망초 및 조결정의 분리를 3회하여 조결정 52g을 더 얻고 그 이상 조작에서는 겔현상이 있어 결정이 더 이상 나오지 않았다. 이때 나온 폐기 여액은 55ml였다. 상기에서 얻은 조결정 115g을 열수와 소량의 활성탄, 이디티에이(EDTA), 아연말로 정제하고 이 결정을 70% 메탄올로 세척하여 양질인 2-아미노 에탄 설폰산 72.5g(수율 57.9)을 얻었다.

상기 목적물질의 IR분석 및 NMR분석 결과 표준물질과 일치하였다.

융점 316.1℃(기준치 300-328℃), 원소분석은 N 11.11%(계산치 11.19%), C 19.22%(계산치 19.19%), H 5.92%(계산치 5.64%), S 25.25%(계산치 25.62%)이었다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일한 기구조작으로 탄산소다와 중아황산소다액을 반응시키고 실시예 1에서 나온 폐기 여액 55ml를 넣은 다음 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트 141g을 넣는다. 다음 물을 45ml 넣고 온도를 올려 환류온도에서 16시간 동안 반응시킨 후 실시예 1과 같이 조작하여 2-아미노 에탄 설폰산 조결정 82g을 얻었고 여액 처리조작을 하여 조결정 61g을 더 얻어 2-아미노 에탄 설폰산 조결정을 총 143g 얻었다. 더 이상 결정이 나오지 않는 여액은 보관하였다가 다음 반응에서 사용한다. 조결정을 상기 실시예 1과 같이 정제하여 백색 결정 2-아미노 에탄 설폰산 95.9g(수율 76.6%)을 얻었다.

상기 물질의 IR분석 및 NMR분석 결과 표준물질과 일치하였다.

융점은 318.6℃(기준치 300-328℃)이고 원소분석 결과 N 11.16%(계산치 11.19%), C 19.24%(계산치 19.19%), H 5.97%(계산치 5.64%), S 25.42%(계산치 25.62%)이었다.

[비교예]

[공지방법]

상기 실시예와 같이 기구조작을 하고 물 500ml에 98% 아황산소다 167.2g을 넣고 30분간 교반 후 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트 141g을 넣고 32시간 환류시키고 반응용액의 불순물을 제거하기 위해 여과한다. 여액은 감압농축하여 63℃에서 425ml가 된 농축액을 망초 여과를 하고 여액을 상온 냉각하여 2-아미노 에탄 설폰산 조결정 45g을 얻었다. 다음 여액을 85℃에서 감압농축하여 망초 분리 후 여액을 상온 냉각하여 2-아모노 에탄 설폰산 29g을 얻는다. 앞의 조작을 2회 더 실시하여 조결정 35g을 추가로 얻었고 그 이상 조작에서는 결정을 더 얻지 못해 여액을 폐기하였다. 위에서 얻어진 조결정 109g을 열수 및 활성탄 등으로 정제하여 양질인 백색 결정 2-아미노 에탄 설폰산 66.4g(수율 53.1%)을 얻었다.

상기 물질의 IR분석 및 NMR분석 결과 표준물질과 일치하였다.

융점은 316.5℃(기준치 300-328℃)이고, 원소분석 결과 N 11.04%(계산치 11.19%), C 19.47%(계산치 19.19%), H 5.77%(계산치 5.64%), S 25.42%(계산치 25.62%)이었다.

이상의 실시예 및 비교실시예에서 확인되는 바와 같이 본 발명의 방법은 공지방법에 비하여 반응시간이 크게 단축되고 수율이 향상될 뿐만아니라, 폐기물의 생성량이 극히 적어져서 폐기물의 처리도 간편함을 알 수 있다.

Claims (7)

1. 탄산소다를 중아황산소다와 반응시키고 여기에 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트를 반응시킴을 특징으로 하는 2-아미노 에탄 설폰산의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 탄산소다를 중아황산소다와 액상으로 반응시킨 다음, 여기에 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트를 환류반응시키고 생성된 망초를 여과하고 여액을 농축시킨 후 냉각시켜서 2-아미노 에탄설폰산 결정을 여과하고 여액을 다시 농축하여 망초와 2-아미노 에탄 설폰산을 더 얻고, 폐여액을 원래의 탄산소다와 중아황산소다와의 반응액에 첨가하고 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트와 반응시킴을 특징으로 하는 2-아미노 에탄 설폰산의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에서, 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트 1몰당 용액인 물의 양이 480-520ml임을 특징으로 하는 2-아미노 에탄 설폰산의 제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에서, 2-아미노 에틸 하이드로젼 설페이트와, 탄산소다 및 중아황산소다와의 반응액의 몰비가 1 : 1.3임을 특징으로 하는 2-아미노 에탄 설폰산의 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에서, 부산물인 황산염 즉 망초를 분리할 때 추가 약품(염산 및 에탄올, 염화칼슘 등)의 사용 없이 용해성을 이용하여 무수 망초로 분리하는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에서, 반응후 황산염인 무수 망초로 포화시킬 때 95℃에서 감압농축하고 90℃에서 무수 망초를 분리하고, 그 여액을 상온으로 냉각하여 2-아미노 에탄 설폰산을 여별함을 특징으로 하는 2-아미노 에탄 설폰산의 제조방법.
7. 제1항 또는 제2항에서, 2-아미노 에탄 설폰산의 조결정을 열수와 소량의 활성탄, 이디티에이(EDTA), 아연말을 사용하여 정제하고 다시 소량의 70% 메탄올로 세척함을 특징으로 하는 2-아미노 에탄 설폰산의 제조방법.