KR100488197B1 - Ｎ-알킬-ｎ'-니트로구아니딘의 제조방법 - Google Patents

Abstract

알킬아민을 질산으로 중화시키고, 이어서 시안아미드와 반응시키며, 형성된 알킬구아니딘 니트레이트를 탈수시켜 일반식(I)의 N-알킬-N'-니트로구아니딘을 제조하는 신규한 방법에 관한 것이다:

상기 식에서,

R은 C_1-C₄-알킬이다.

Description

Ｎ-알킬-Ｎ'-니트로구아니딘의 제조방법{Method for producing N-alkyl-N'-nitroguanidines}

본 발명은 N-알킬-N'-니트로구아니딘의 신규한 제조방법에 관한 것이다.

N-알킬-N'-니트로구아니딘은 하기 반응식에 따라 통상의 방법으로 구조식(A)의 5-메틸이소티우로늄 설페이트를 먼저 질화시키고, 이어서 제 2 반응 단계에서 메틸머캅토 그룹을 알킬아민으로 치환하여 수득된다는 것이 알려져 있다.

(참조, JACS 76, 1877(1954))

그러나, 이 방법은 두단계의 반응이라는 불리한 점을 갖는다. 양 단계에서 수율은 비교적 양호하지만, 알킬머캅탄, 특히 메틸머캅탄의 절단이, 특히 산업적 규모로 수행될 때, 기술적인 문제점을 제기한다.

또한, N-알킬-, 특히 N-메틸-N'-니트로구아니딘이 예를들어 하기 반응식에 따라 60℃에서 니트로구아니딘의 알칼리성 용액(수산화 칼륨)을 알킬(특히 메틸)아민 하이드로클로라이드와 반응시켜서 수득될 수 있다는 것이 알려져 있다:

(참조, JACS 69, 3028(1947) 및 49, 2303(1927)).

이 방법에서, 수율 및, 특히 복잡한 과정으로 정제되어야 하는 최종 생성물의 순도가 매우 만족스럽지 못하다. 가스 N₂O의 발달과 함께 부산물로서 비교적 많은 양의 알킬(메틸)우레아가 형성된다. 이것외에 많은 양의 폐수가 발생하고 니트로 구아니딘이 비교적 값비싼 출발 물질이다.

또한 N-알킬-N'-니트로구아니딘은 알킬구아니딘 설페이트의 질화에 의해 수득될 수 있다는 것이 알려져 있다(참조, JACS, 55, 731(1993)).

이 변형 방법은 수율이 불만족스럽고 폐수의 양이 비교적 많다라는 불리한 점을 갖는다.

또다른 알려진 제조방법은 황산을 이용하여 알킬구아니딘 니트레이트를 탈수시키는 것이다(참조, JACS, 55, 739(1993)).

이 방법은 비교적 양호한 수율로 진행되지만, 예를들어 메틸구아니딘 니트레이트와 같은 출발물질의 이용가능성이 매우 불량하다(참조, Zeitschrift fuer angewandte Chemie 42, 380(1929)).

질산염의 제조경우, 질산 바륨이 사용되어야 하고, 수율은 오직 40 내지 50%이다.

아민 니트레이트와 칼슘 시안아미드 또는 디시안디아미드의 반응은 만족스럽지 못한 수율로 진행된다. 기재된 방법은 다양한 단점을 갖고 있다: 재수득하기 어려운 알킬아민에 대한 과량 사용 및 (디시안디아미드와의) 높은 공정 온도(Can. J. Chem.36, 737-743(1958)).

이제, 일반식(I)의 N-알킬-N'-니트로구아니딘이, 알킬아민을, 임의로 수용액 중에서 및 임의로 유기용매의 존재하에서, 질산으로 중화시키고, 이어서 증발시켜 농축시키며, 유기 용매의 존재하에서 및 임의로 80℃ 내지 180℃의 온도에서 압력하에서, 시안아미드와 반응시키고, 형성된 알킬구아니딘 니트레이트를 탈수시킬때, 수득된다는 것이 밝혀졌다:

상기 식에서,

R은 C₁-C₄-알킬이다.

놀랍게도, 상기 신규한 방법은, 선행기술로부터 동몰량의 아민(또는 오직 매우 약간의 과량)을 사용하는 경우 오직 저수율이 예상되었지만, 간단한 방법에 의해 매우 양호한 수율 및 고순도로 일반식(I)의 N-알킬-N'-니트로구아니딘을 수득하는데에 사용될 수 있다. 결국, 170 내지 240℃에서 알킬아민염과 시안아미드로부터 저급 알킬 치환된 구아니딘염의 제조가 공지되어 있다(DOS 2 005 816). 따라서, 이들 반응이 실질적으로 저온에서 수행될 수 있다는 것은 당업자도 예측할 수 없다.

본 발명에 따른 전환은 과잉 아민 니트레이트가 전혀 없거나 소량만이 사용되어야 하고, 저온에서 공정이 수행될 수 있다는 잇점이 있다. 따라서, 보다 비용면에서 효과적이고, 에너지를 절약하며, 환경에 대한 부담을 적게한다.

본 발명에 따른 방법에 의해서 제조될 수 있는 화합물은 일반적으로 일반식(I)에 의해 정의된다. 이 일반식에서, R은 바람직하게는 탄소원자 1 내지 4개를 갖는 알킬, 특히 메틸 및 에틸이다.

예를들어, 메틸아민이 출발물질로서 사용된다면, 신규한 방법의 반응 과정은 하기 반응식에 의해 개략화 될 수 있다:

출발물질 알킬아민 및 시안아미드는 유기화학에서 일반적으로 공지된 화합물이다.

적절한 유기 용매는 반응물에 대해 불활성인 모든 유기 희석제이다. 이들에는 바람직하게는 알콜, 예를들어 메탄올, 에탄올 또는 부탄올, 및 에테르, 예를들어 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 또는 메틸 3급-아밀 에테르가 있다.

시안아미드와의 반응은 바람직하게는 1 내지 20바, 바람직하게는 5 내지 15바의 압력이 형성될 수 있도록 밀봉된 용기에서 산소를 배제하여 수행된다.

시안아미드와의 반응동안, 반응 온도는 비교적 넓은 범위에서 변할 수 있다. 반응은 일반적으로 80℃ 내지 180℃, 바람직하게는 100℃ 내지 150℃의 온도에서 수행된다.

적절한 탈수제는 원칙적으로 모든 물-제거제이다. 언급될 수 있는 바람직한 예는 술폰산, 황산 및 트리플루오로아세트 산이다.

방법은 바람직하게는 동몰량을 사용하여 수행된다. 그러나, 과량의 알킬아민(1 내지 1.5Mol) 또는 약간 과량의 시안아미드(1 내지 1.2Mol)를 경우에 따라 사용할 수 있다.

후처리는 보통의 기술과 방법으로 수행될 수 있다.알킬아민의 질산염과 시안아미드의 반응 전에, 바람직하게 증류 공비에 의해 물을 제거한다.

방법에 의해서 제조되는 일반식(I)의 N-알킬-N'-니트로구아니딘, 예를들어 특히 N-메틸-N'-니트로구아니딘은 생물학적으로 활성인 화합물, 예를들어 살충제의 제조를 위한 중간체로 사용될 수 있다(참조, EP-A 0 376 279 및 EP-A 0 428 941).

제조 실시예

실시예 1

30% 세기 메틸아민 수용액 5.2 g(0.05 몰)을 75% 세기 질산 약 4.2 g을 사용하여 중화시키고, 이어서 물을 감압하에서 증류시켰다.

n-부탄올 15 ml 및 시안아미드 2.2 g을 첨가하고, 혼합물을 50 ml 오토클레이브에 넣었다. 이어서 혼합물을 130℃의 내부 온도에서 8시간 가열하였다. 감압후, 부탄올을 증류하고, 진한 황산 8.5 ml를 냉각하면서, -5℃ 내지 +5℃에서 교반하면서 잔류물에 주의깊게 첨가하였다. 30분후, 얼음 50 g을 첨가하고, 혼합물을 여과하며, 이어서 소량의 냉각수(cold water)로 세척했다.

이로써, 융점 160℃의 N-메틸-N'-니트로구아니딘 5.5 g(이론치의 93%)을 수득하였다.

실시예 2

30% 세기 메틸아민 수용액 5.2 g(0.05 몰)을 약 4.2 g의 75% 세기 질산을 사용하여 중화시키고, 이어서 물을 감압하에서 증류시켰다.

n-부탄올 15 ml 및 시안아미드 2.2 g을 첨가하고, 혼합물을 50 ml 오토크레이브에 넣었다. 이어서, 혼합물을 140℃의 내부온도에서 8시간 동안 가열하였다. 감압후, 혼합물을 0℃ 내지 5℃로 냉각하고 여과하였다. 필터 케이크를 건조시키고, 냉각하고 -5℃ 내지 +5℃에서 교반하면서 9.5 ml의 진한 황산을 주의깊게 첨가하였다. 20분후, 얼음 50 g을 첨가하고, 혼합물을 여과하며, 이어서 소량의 냉각수로 세척했다.

이로써, 융점 160℃의 N-메틸-N'-니트로구아니딘 5.3 g(이론치의 89.6%)을 수득하였다. 실시예 3 냉각하면서 0℃에서 50% 세기의 질산 100.8g(0.8Mol)을 30% 세기의 메틸아민 수용액 82.7g(0.8Mol)에 적가하고, 0℃에서 30분동안 교반한 후, 상온으로 가온하고 물을 증류시켰다. 이어서 n-부탄올 400㎖을 첨가하고 잔류물(remaining water)이 제거될 때까지 증류하였다. 시안아미드 30g(0.72Mol)을 첨가하고 130℃에서 8h동안 교반하면서 오토클레이브에서 가열하였다. 냉각시키고, 침전 고형물을 여과하고 n-부탄올로 세척한 후 건조시켰다. 0℃으로 냉각하고 고형물을 98% 세기의 황산 250g으로 처리하였다(10 내지 15분내). 이어서 40℃으로 가열하고 5 내지 10분동안 교반하면서 이 온도로 유지하였다. 다시 0℃으로 냉각시키고 얼음 750g을 첨가하였다. 침전된 고형물을 여과하고 건조시켰다. 메틸니트로구아니딘 77.3g(사용된 시안아미드를 기준으로 이론치의 91%)을 수득하였다(수율 1t. HPLC 및 모세관 전기영동에서 100%).

Claims (4)

1. 알킬아민을 질산으로 중화시키고, 이어서 필요한 경우 물을 제거하고 시안아미드와 반응시키며, 형성된 알킬구아니딘 니트레이트를 탈수시킴을 특징으로 하는 일반식(I)의 N-알킬-N'-니트로구아니딘의 제조방법:

   상기 식에서,

   R은 C_1-C₄알킬이다.
2. 제 1 항에 있어서, 시안아미드와의 반응을 가압하의 80℃ 내지 180℃의 온도에서 무수 불활성 유기 용매중에서 수행함을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 형성된 알킬구아니딘 니트레이트를 산으로 탈수시킴을 특징으로 하는 일반식(I)의 N-알킬-N'-니트로구아니딘의 제조방법.
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