KR100895141B1 - 4-아미노디페닐아민의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아닐린 또는 아닐린 유도체와 니트로벤젠 유도체를 반응성 접촉시키는 단계; 및 강염기 및 적당한 상 전이 촉매 및 옥시던트를 포함하는 혼합물의 존재하에 적당한 시간 및 온도에서 한정된 구역에서 아닐린과 니트로벤젠을 반응시켜, 4-아미노디페닐아민 중간체 생성물을 제조하는 단계를 포함하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법에 관한 것으로서, 선택적으로 상기 혼합물은 무기 강염기의 적당한 양이온인 양이온을 갖는 무기염 또는 금속 유기 염, 및 옥시던트 및 유기 염기를 포함하며, 베타인 및 무기 강염기의 반응 생성물을 포함하지 않으며, 아미노디페닐아민 중간체 생성물은 환원되어, 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체를 생성하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 4-아미노디페닐아민 중간체의 제조 방법에 관한 것이다.
4-아미노디페닐아민은 오존화 방지제 및 산화 방지제로서, 단량체 및 중합체를 위한 안정화제로서의 유용성을 갖는 알킬화 유도체를 제조하는데, 및 다양한 전문 용도에 있어서 중간체로서 널리 사용되고 있다. 예를 들면, 4-아미노디페닐아민 (4-ADPA)이 메틸이소부틸 케톤과 환원적 알킬화되면, N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌-디아민이 생성되며, 이는 여러 고무 제품들을 보호하기 위한 유용한 오존화 방지제이다.
4-아미노디페닐아민 유도체는 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 매력적인 합성 방법은 미국 특허 제5,608,111호(Stern 외 다수) 및 미국 특허 제5,739,403호(Reinartz 외 다수)에 개시된 바와 같이, 염기의 존재하에서 선택적으로 치환된 아닐린과 선택적으로 치환된 니트로벤젠의 반응이다.
미국 특허 제5,608,111호에는 선택적으로 치환된 4-ADPA의 제조 방법이 기술되어 있는데, 여기에서 첫번째 단계에서 선택적으로 치환된 아닐린과 선택적으로 치환된 니트로벤젠이 염기의 존재하에서 반응(결합)된다. 실시예에서, 아닐린과 니트로벤젠은 염기로서 테트라메틸암모늄 히드록시드의 존재하에서 반응되며, 물과 아닐린은 결합 반응중에 공비적으로 제거된다.
국제 공보 WO 00/35853에는 액체 매질내에서 아닐린과 니트로벤젠의 반응에 의해 4-아미노디페닐아민의 중간체를 제조하는 방법이 개시되어 있으며, 상기 반응 시스템은 히드록시드와 진 양쪽성 이온과의 염 용액으로 구성된다. 수산화칼륨과 베타인 수화물의 배합물이 예시되어 있다. 상기 반응은 유리 산소의 존재하에서 일어난다.
EP 공보 566 783에는 강알칼리성 반응 시스템내 극성 비양성자성 용매의 매질내에서 니트로벤젠과 아닐린의 반응에 의해 4-니트로디페닐아민을 제조하는 방법이 기술되어 있다. 테트라부틸암모늄 히드로겐 설페이트와 같은 상 전이 촉매(phase transfer catalyst)가 사용된다. 상기 문헌은 산화에 의해 야기되는 바람직하지 못한 부반응들을 예방하기 위해서 산소가 없는 대기내에서 반응이 실시되는 것을 요구하고 있다.
미국 특허 제 5,117,063호 및 국제 공보 WO 01/14312에는 크라운 에테르(crown ether)를 갖는 무기 염기, 상 전이 촉매를 사용하여 4-니트로디페닐아민 및 4-니트로소디페닐아민을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
미국 특허 제5,453,541호에는 치환된 아닐린 유도체와 니트로벤젠이 반응적으로 접촉되는, 1개 이상의 4-ADPA 중간체의 혐기성 또는 호기성 제조 방법에서 과량의 물을 흡수하는데 무수 황산나트륨과 같은 외부 건조제가 사용될 수 있는 것이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 강염기 및 상 전이 촉매의 존재, 또는 유기 염기 및 무기염 또는 금속 유기염의 존재하에서 아닐린과 니트로벤젠을 반응시킴으로써 1개 이상의 4-ADPA 중간체를 제조하는 우수한 방법을 제공하는 것이다.
발명의 요약
요컨대, 제1 구체예에서 본 발명은 하기 단계들을 포함하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체를 제조하는 방법이다:
(a)아닐린 또는 아닐린 유도체와 니트로벤젠 또는 니트로벤젠 유도체를 반응적으로 접촉시키는 단계;
(b)하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 그룹에서 선택되는 상 전이 촉매, 옥시던트(oxidant) 및 강염기를 포함하는 혼합물의 존재하에 적당한 시간, 압력 및 온도에서 한정된 구역에서 아닐린 또는 아닐린 유도체와 니트로벤젠 또는 니트로벤젠 유도체를 반응시킴으로써, 4-아미노디페닐아민 중간체 생성물을 수득하는 단계;
(상기 화학식 1에서, R1, R2, R3은 같거나 또는 다르며, C1 내지 C20을 함유하는 직쇄 또는 분지쇄 알킬기로부터 선택되며; e가 0인 경우 (R4)e는 수소이며, e가 1 또는 2인 경우 R4는 R1R2R3N+이고; Y는 알킬, 아릴, 알킬 아릴, 벤질 및 이들의 치 환된 유도체로 구성된 그룹에서 선택되며, Z는 히드록실, 할로 및 다른 헤테로 원자들로 구성된 그룹에서 선택되는 치환기이고; X는 플루오라이드, 클로라이드, 히드록시드, 설페이트, 히드로겐 설페이트, 아세테이트, 포르메이트, 니트레이트, 포스페이트, 히드로겐 포스페이트, 디히드로겐 포스페이트, 옥살레이트, 카르보네이트, 보레이트, 타르트레이트, 시트레이트, 말로네이트 또는 상기 화합물들의 혼합물들의 음이온 성분이며; a는 음이온 성분의 원자가(1, 2 또는 3)이며; b 및 c는 1, 2 또는 3의 정수이며; d는 0 내지 4의 정수이다); 및
(c)(b)단계의 4-아미노디페닐아민 중간체 생성물을 환원시켜 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체를 생성시키는 단계.
제2 구체예에서, 본 발명은 하기 단계들을 포함하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체를 제조하는 방법이다:
(a)아닐린 또는 아닐린 유도체와 니트로벤젠 또는 니트로벤젠 유도체를 반응성 접촉시키는 단계;
(b)하기 화학식 2로 표시되는 화합물들의 그룹에서 선택된 상 전이 촉매로서 기능하는 강염기 및 옥시던트를 포함하는 혼합물의 존재하에 적당한 시간, 압력 및 온도에서 한정된 구역에서 아닐린 또는 아닐린 유도체와 니트로벤젠 또는 니트로벤젠 유도체를 반응시킴으로써 4-아미노디페닐아민 중간체 생성물을 수득하는 단계;
(상기 화학식 2에서, R1, R2, R3은 같거나 또는 다르며, C1 내지 C20을 함유하는 직쇄 또는 분지쇄 알킬기로부터 선택되며, e가 0인 경우 (R4)e는 수소이며, e가 1 또는 2인 경우 R4는 R1R2R3N+이고, Y는 알킬, 아릴, 알킬 아릴, 벤질 및 이들의 치환된 유도체이며, Z는 히드록실, 할로 및 다른 헤테로 원자들로 구성된 그룹에서 선택된 치환기이고; b 및 c는 1, 2 또는 3의 정수이며; d는 0 내지 4의 정수이다); 및
(c)(b)단계의 4-아미노디페닐아민 중간체 생성물을 환원시켜, 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체를 생성시키는 단계.
제3 구체예에서, 본 발명은 하기 단계들을 포함하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체를 제조하는 방법이다:
(a)아닐린 또는 아닐린 유도체와 니트로벤젠 또는 니트로벤젠 유도체를 반응성 접촉시키는 단계;
(b)하기 화학식 3의 화합물들 그룹에서 선택되는 1개 이상의 유기 염기, 옥시던트 및 무기 강염기의 적당한 양이온인 양이온을 갖는, 무기염, 금속 유기염, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 혼합물의 존재하에서, 적당한 시간, 압력 및 온도에서 한정된 구역에서 아닐린 또는 아닐린 유도체와 니트로벤젠 또는 니트로벤젠 유도체를 반응시킴으로써 4-아미노디페닐아민 중간체 생성물을 수득하는 단계;
(상기 화학식 3에서, R1, R2, R3은 같거나 또는 다르며, 1개 내지 약 20개의 탄소 원자를 함유하는 직쇄 또는 분지쇄 알킬기로부터 선택되며, e는 0, 1, 2 또는 3의 정수이며; e가 0인 경우 (R4)e는 수소이며, e가 1, 2 또는 3인 경우 R4는 R1R2R3N+이고, X는 아닐린 또는 아닐린 유도체의 질소로부터 양성자를 추출할 수 있는 음이온이며, Y는 알킬, 아릴, 알킬 아릴, 벤질 또는 이들의 치환된 유도체로 구성된 그룹에서 선택되며, Z는 히드록실, 할로 및 다른 헤테로 원자들로 구성된 그룹에서 선택된 치환기이고; a는 음이온 성분의 원자가이며, 1, 2, 3 또는 4의 정수이며; b 및 c는 1, 2, 3 또는 4의 정수이며, d는 0, 1, 2, 3 또는 4의 정수이고, 상기 혼합물은 베타인과 무기 강염기의 반응 생성물을 포함하지 않는다); 및
(c)(b)단계의 4-아미노디페닐아민 중간체 생성물을 환원시켜, 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체를 생성시키는 단계.
본 발명의 다른 구체예는 반응 혼합물, 성분들의 비, 특히 상 전이 촉매 및 특정 강염기에 대한 상세한 설명을 포함하며, 상기 모두 본 발명의 일면들 각각을 논의하면서 개시된다.
본 발명은 상기한 바와 같이, 4-ADPA의 중간체에 대한 우수한 수득율 및 선 택성을 갖는 4-ADPA의 중간체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 중간체는 4-니트로소디페닐아민 및/또는 4-니트로디페닐아민(각각 p-NDPA 및 4-NDPA) 및 이들의 염들을 포함한다. 그후, 상기 중간체들은 수소화되어 4-아미노디페닐아민이 생성된다.
상기 화학식 1의 치환된 및 다작용성 상 전이 촉매의 예는 (2S, 3S)-비스(트리메틸암모니오)-1,4-부탄디올 디클로라이드이다. 하기 실시예에서 나타낸 것에 더해, 화학식 1의 다른 유효 상 전이 촉매는 문헌 C.M. Starks and C. Liotta, Phase Transfer Catalysis, Principles and Techniques, Academic Press, 1978 and W.E. Keller, Fluka-Compendium, Vol. 1,2,3 Georg Thieme Verlag, New York, 1986, 1987, 1992에서 알 수 있다.
상기 화학식 2 및 화학식 3의 치환된 및 다작용성 유기 염기의 예는 (2S, 3S)-비스(트리메틸암모니오)-1,4-부탄디올 디히드록시드이다. 하기 실시예에서 나타낸 것에 더해, 화학식 2 및 화학식 3의 다른 유효 유기 염기는 상기 상 전이 촉매들에서 유도될 수 있으며, 음이온은 히드록시드 또는 다른 적당한 음이온 형태에 의해 치환된다.
본 발명의 방법에 알려져 있거나, 또는 특히 유효하다고 믿어지고 있는 상 전이 촉매는 테트라메틸암모늄 클로라이드, 테트라메틸암모늄 플루오라이드, 테트라메틸암모늄 히드록시드, 비스-테트라메틸암모늄 카르보네이트, 테트라메틸암모늄 포르메이트 및 테트라메틸암모늄 아세테이트; 테트라부틸암모늄 히드로겐설페이트 및 테트라부틸암모늄 설페이트; 메틸트리부틸암모늄 클로라이드; 및 벤질트리메틸 암모늄 히드록시드(트리톤(Triton) B), 트리카프릴메틸암모늄 클로라이드(알리쿼트(Aliquat) 336), 테트라부틸암모늄 클로라이드, 테트라메틸암모늄 니트레이트, 세틸트리메틸암모늄 클로라이드 및 콜린 히드록시드를 포함한다.
본 발명의 상 전이 촉매는 18-크라운-6과 같은 크라운 에테르에 대해 여러 잇점들을 가지고 있으며, 상기는 미국 특허 제5,117,063호 및 국제 공보 WO 01/14312와 같은 문헌에서 알칼리 금속 히드록시드와 함께 유효하다고 기술되어 있다. 크라운 에테르의 가장 분명한 단점은 초기 비용이 많이 들고, 독성이 높다는 점이다. 그리고, 대부분의 크라운 에테르들은 물에 대한 용해도가 나빠서 수성 염기 스트림과의 재순환을 위해 회수될 수 없다. 그리고, 크라운 에테르의 끓는점은 여분의 증류단계없이 증류에 의해 회수될 수 없을 정도로 높다. 물속에서 양호한 용해도를 갖는 크라운 에테르의 종류에 대해서도 유기물내 용해도가 또한 양호하여 유기 생성물 스트림으로의 손실이 높을 것이다. 마지막으로, 크라운 에테르는 공지된 킬레이트제이며, 크라운 에테르와의 착화(complexation)로 인해 비싼 수소화 촉매 금속의 바람직하지 않은 손실 가능성이 높다.
본 발명의 방법에서, 상 전이 촉매 대 니트로벤젠 반응물질의 몰비는 약 0.05:1 내지 약 1.2:1 인 것이 바람직하다.
본 발명의 방법은 상기 세번째 구체예에서 유기 염기 및 무기염 또는 금속 유기염과 함께 출발할 수 있다. 유기 염기는 상기 구체예에서 화학식 3으로 정의된다.
제2 및 제3 구체예에 특히 유효하다고 알려져 있거나 또는 믿어지고 있는 유 기 염기는 테트라메틸암모늄 히드록시드, 테트라부틸암모늄 히드록시드, 메틸트리부틸암모늄 히드록시드, 벤질트리메틸암모늄 히드록시드(트리톤(Triton) B), 트리카프릴메틸암모늄 히드록시드, 세틸트리메틸암모늄 히드록시드 및 콜린 히드록시드로 구성된 그룹에서 선택된 4차 암모늄 히드록시드, 및 균등한 사차 암모늄 알콕시드, 아세테이트, 카르보네이트, 비카르보네이트, 시아나이드, 페놀류, 포스페이트, 히드로겐 포스페이트, 하이포클로라이트, 보레이트, 히드로겐 보레이트, 디히드로겐 보레이트, 설파이드, 실리케이트, 히드로겐 실리케이트, 디히드로겐 실리케이트 및 트리히드로겐 실리케이트를 포함하며, 이에 제한되지는 않는다.
무기염 또는 금속 유기염의 양이온을 의미하는 것과 관련하여 사용되는 "무기 강염기"라는 용어는 아닐린 또는 아닐린 유도체의 질소에서 양성자를 추출할 수 있는 염기를 의미하는 것으로 간주되며, 아닐린의 pKb인 약 9.4 미만의 pKb를 갖는 염기를 포함한다. 여러 아닐린 유도체들이 다른 pKb 값을 가지지만, 약 9.4의 pKb는 일반적인 지표로 사용된다. 염기는 약 7.4 미만의 pKb를 가지는 것이 바람직하다.
화학식 3에서 음이온 "X"로 언급되는 "아닐린 또는 아닐린 유도체의 질소로부터 양성자를 추출할 수 있는"이라는 용어는 무기 강염기와 관련하여 상기 개시된 pKb 값을 갖는 음이온을 의미하는 것으로 간주된다.
히드록시드에 더해, 화학식 3에서 "X"에 대해 가능한 음이온은 알콕시드(pKb
< 1), 아세테이트(pKb = 9.25), 카르보네이트(pKb = 3.75), 비카르보네이트(pKb
= 7.6), 시아나이드(pKb = 4.7), 페놀류(pKb = 4.1), 포스페이트(pKb = 1.3), 히드로겐 포스페이트(pKb = 6.8), 하이포클로라이트(pKb = 6.5), 보레이트(pKb < 1), 히드로겐 보레이트(pKb < 1), 디히드로겐 보레이트(pKb = 4.7), 설파이드(pKb = 1.1), 실리케이트(pKb = 2), 히드로겐 실리케이트(pKb = 2), 디히드로겐 실리케이트(pKb
= 2.2) 및 트리히드로겐 실리케이트(pKb = 4.1)를 포함한다.
아닐린이 대부분 니트로벤젠과 유효하게 결합하는 반면, 포름아닐리드, 페닐우레아 및 카르바닐리드 뿐만 아니라 티오카르바닐리드와 같은 아미드를 포함하는 특정 아닐린 유도체가 치환되어 4-ADPA 중간체를 생성할 수 있다.
본 발명의 방법의 반응물질이 "아닐린" 및 "니트로벤젠"으로 언급되고, 제조된 것이 4-ADPA일때 반응물질이 실제로 아닐린과 니트로벤젠인 경우, 상기 반응물질은 또한 치환된 아닐린 및 치환된 니트로벤젠을 포함할 수도 있다고 이해되고 있다. 본 발명의 방법에 따라 사용될 수 있는 치환된 아닐린의 통상적인 예는 2-메톡시아닐린, 4-메톡시아닐린, 4-클로로아닐린, p-톨루이딘, 4-니트로아닐린, 3-브로모아닐린, 3-브로모-4-아미노톨루엔, p-아미노벤조산, 2,4-디아미노톨루엔, 2,5-디클로로아닐린, 1,4-페닐렌 디아민, 4,4'-메틸렌 디아닐린, 1,3,5-트리아미노벤젠 및 그의 혼합물을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 본 발명의 방법에 따라 사용될 수 있는 치환된 니트로벤젠의 통상적인 예는 o-메틸니트로벤젠, m-메틸니트로 벤젠, o-에틸니트로벤젠, m-에틸니트로벤젠, o-메톡시니트로벤젠, m-메톡시니트로벤젠 및 그의 혼합물을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 방법은 수소화 촉매의 사용을 포함하는 수소화 반응으로 (b)단계로부터의 4-ADPA 중간체 또는 그의 치환된 유도체를 처리하는 단계를 포함한다. 수소화 반응의 촉매 선택 및 다른 측면에 대한 상세한 설명은 미국 특허 제6,140,538호에 개시되어 있으며, 이는 이후에 참고문헌으로 통합된다.
수소를 직접 사용하는 것을 포함하지 않고, 당업자에게 공지되어 있는 다른 환원 수단이 또한, 4-ADPA 중간체 또는 그의 치환된 유도체를 4-ADPA 또는 그의 치환된 유도체로 환원시키기 위해 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 4-아미노디페닐아민의 알킬화 유도체를 제조하는 방법, 특히 고무 제품을 보호하기 위해 사용가능한 4-ADPA 자체의 알킬 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법에서 선택적으로 치환된 아닐린 및 선택적으로 치환된 니트로벤젠은 본 발명의 방법에 따라 결합후 환원되며, 그후 수득된 4-아미노디페닐아민은 당 분야에 보통의 기술을 가진 자들에게 공지된 방법에 따라 4-아미노디페닐아민의 알킬화 유도체로 환원적으로 알킬화된다. 통상적으로, 4-ADPA 및 적당한 케톤, 또는 알데히드는 촉매로서 탄소-상-백금 및 수소의 존재하에서 반응된다. 적당한 케톤은 메틸이소부틸 케톤, 아세톤, 메틸이소아밀 케톤 및 2-옥탄온을 포함한다. 예를 들어 미국 특허 제4,463,191호 및 Banerjee et al., J. Chem. Soc. Chem. Comm. 18, 1275-1276 (1988)을 참조한다. 적당한 촉매는 4-ADPA를 수득하기 위해 상기 기술된 것과 동일할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 환원은 물의 존재하에서 진행되며, 예를 들어 물이 반응 혼합물에 첨가된다. 아닐린 또는 치환된 아닐린 유도체와 니트로벤젠 또는 치환된 니트로벤젠 유도체의 반응중에 사용된 적당한 염기가 수용성(water-soluble)인 경우 물을 사용하는 것이 특히 유리하다. 염기가 수용성인 경우, 첨가되는 물의 양은 유기상으로부터 염기를 추출하는데 필요한 양 이상인 것이 바람직하다. 유사하게, 수용성인 적당한 염기의 존재하에서 실시된다면, 물의 첨가가 또한 환원적 알킬화에 바람직하다.
본 발명에 따른 방법에서 아닐린 대 니트로벤젠의 몰비는 특히 중요하지 않아서, 상기 방법은 과량으로 유효할 것이다.
본 발명의 방법의 제1 구체예에서 특히 유효한 강염기는 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화세슘, 수산화루비듐 및 칼륨-t-부톡시드를 포함한다. 강염기 대 니트로벤젠의 몰비는 약 1:1 이상인 것이 바람직하다. 강염기 대 니트로벤젠의 특히 바람직한 몰비는 약 2:1 내지 약 6:1이다.
본 발명의 방법의 제3 구체예에서 유기 염기와 결합하여 사용될 수 있는 금속 유기염 및 무기염은 무기 강염기의 적당한 양이온인 양이온을 가진다. 상기 무기염 및 금속 유기염은 세슘, 루비듐, 칼륨 및 나트륨의 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 설페이트, 히드로겐 설페이트, 니트레이트, 포스페이트, 디히드로겐 포스페이트, 포르메이트, 아세테이트, 옥살레이트, 말로네이트, 시트레이트, 타르트레이트, 말레이트, 클로레이트, 퍼클로레이트, 크로메이트(chromate), 레네이트(rhenate) 및 카르보네이트 염들을 포함하며, 이에 제한되지는 않는다. 본 발명 의 방법에서, 무기염 또는 금속 유기염은 약 0.05:1 내지 약 6.5:1의 니트로벤젠에 대한 몰비로 사용될 수 있다.
본 발명의 제3 구체예에서 특히 유효하다고 알려져 있거나 또는 믿어지고 있는 금속 유기염 및 무기염은 세슘, 루비듐, 칼륨 및 나트륨의 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 설페이트, 히드로겐 설페이트, 니트레이트, 포스페이트, 포르메이트, 아세테이트 및 카르보네이트염 및 이들의 혼합물을 포함하는, 반응 매질내 무기염 또는 금속 유기염-유기 염기 배합체에 대해 허용가능한 용해도를 부여하는 것이다. 무기염 또는 금속 유기염과 함께 사용되는 유기 염기 대 니트로벤젠의 몰비는 약 1:1 이상이다. 무기 염 또는 금속 유기염 대 유기 염기의 몰비는 약 1:1 이상인 것이 바람직하다. 유기 염기 대 니트로벤젠의 특히 바람직한 몰비는 약 1.1:1 내지 약 6:1이다.
본 발명의 방법에서 사용하기에 유효한 염들중 한개가 본 발명의 방법에 의해 사용된 장비에 부식 효과를 가지는 경우에, 무기염과 금속 유기염, 2개 이상의 무기염 및/또는 2개 이상의 금속 유기염의 배합물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 배합물은 또한 1개의 염에 의해 수득된 것보다 양호한 결과를 제공한다.
유기 염기와 함께 무기염 및 금속 유기염을 사용하는 것은 바람직하지 않은 염기 분해를 감소시키는 것으로 믿어지고 있다.
본 발명의 제3 구체예에 따른 방법에서, 무기염 또는 금속 유기염과 함께 유기 염기가 균등한 무기 염기 및 상 전이 촉매를 원위치 형성시킬 것이라는 것을 주목해야하며, 상기 형성된 상 전이 촉매에 대한 화학식 1의 음이온은 염으로부터의 음이온이다. 예를 들어, 테트라메틸암모늄 히드록시드 + 브롬화 칼륨은 KOH + 테트라메틸암모늄 브롬화물을 제공할 것이다. 본 발명은 분리 성분들로서 테트라메틸암모늄 히드록시드 및 브롬화물 염 대신에, 테트라메틸암모늄 브롬화물과 같은 원위치에서 형성될 수 있는 상 전이 촉매와 함께 무기 염기를 직접 사용하는 것을 포함한다.
강염기와 상 전이 촉매의 특히 바람직한 배합물은 수산화칼륨과 테트라알킬암모늄 할로겐화물이다. 바람직한 할로겐화물은 클로라이드이다. 유기 염기와 무기염의 특히 바람직한 배합물은 테트라알킬암모늄 히드록시드 및 음이온이 할로겐화물인 염, 가령 포타슘 할라이드이다. 바람직한 할라이드 음이온은 클로라이드이다. 상기 반응은 아닐린-물 공비 혼합물의 연속 증류에 의해 수용액내에서 실시된다.
본 발명의 제1 구체예의 방법중 반응성 접촉은 옥시던트의 존재하에서 실시된다. 옥시던트(oxidant)는 유리 산소이거나, 또는 과산화물, 특히 과산화수소와 같은 산화제(oxidizing agent)를 포함한다. 니트로벤젠은 또한 산화제로서 기능할 수 있다.
본 발명의 방법에서, 옥시던트는 아닐린과 니트로벤젠의 반응기간중 일부기간동안만 존재할 필요가 있다. 상기 부분적 산화조건은 선택성을 개선시키기 위해 특히 유효하다. 상기 경우들 중 하나는 부분적 산화 조건하에서 제3 구체예의 반응 혼합물에 플루오라이드 음이온을 갖는 무기염이 사용되는 경우이다. 염 음이온이 설페이트, 카르보네이트 또는 니트레이트 및, 비교적 낮은 선택성을 제공하는 다른 음이온인 경우, 보다 나은 결과의, 전환율 및 선택성이 부분적 산화조건하에서 수득된다고 믿어지고 있다. 다른 경우는 제2 구체예를 위한 상 전이 촉매로서 또한 기능할 수 있는 강염기로서 TMAH가 사용되는 경우이다. 그리고, 본 발명의 방법의 제1 구체예에 대해 입증되지는 않았지만, 낮은 선택성을 제공하는 무기 염기와 상 전이 촉매의 배합물에 대해서도 부분적 산화조건이 또한 유효하다고 믿어지고 있다.
본 발명의 제2 및 제3 구체예에 사용된 옥시던트는 제1 구체예에서 사용된 것과 동일할 수 있다.
반응성 접촉은 약 20℃ 내지 약 150℃의 온도에서 실시된다. 반응성 접촉을 위한 다른 조건들은 약 20 mbar 내지 약 20 barg의 압력을 포함한다. 반응 시간은 약 3.5 시간 미만이다. 전체 반응동안 반응 혼합물을 교반하는 것이 유리하다.
본 발명의 방법의 제1, 제2 및 제3 구체예의 (b)단계 반응은 약 10:1 이하의 물(moles) 대 니트로벤젠(moles)의 존재하에서 실시될 수 있다. 물의 양은 공정중에 형성된 화합물 및/또는 반응물질과 수화하는 물을 포함하지 않는다. 강염기 및 상 전이 촉매, 또는 유기 염기 및 무기염 또는 금속 유기염을 포함하는 혼합물이 수용액 상태인 경우, 반응은 아닐린-물 공비 혼합물의 연속 증류에 의해 실시될 수 있다.
본 발명의 제1 구체예는 1개 이상의 무기 염기를 포함하는 강염기 및 테트라메틸암모늄 브로마이드인 상 전이 촉매로 실시될 수 있다.
수성 상은 새로운 반응 혼합물을 형성하기 위해 재사용될 수 있다. 새로운 염기 및 상 전이 촉매 또는 유기 염기 및 무기염 또는 금속 유기염은 분해에 의한 손실, 부산물 형성 및 분리된 유기상내 용해도에서 손실분을 대체하기 위해 첨가될 수 있다. 반응 생성물 혼합물로부터 증류에 의해 회수된 과량의 아닐린은 새로운 반응 혼합물을 형성하기 위해 재사용하기 위한 새로운 아닐린과 배합될 수 있다. 과량의 니트로벤젠의 회수는 분리단계에 의해 4-ADPA 중간체를 수소화하기 전에 바람직하게 실시되며, 회수된 니트로벤젠은 공정에 사용하기 위해 새로운 니트로벤젠과 배합되거나 또는 아닐린으로 수소화된다.
4-아미노디페닐아민 중간체를 제조하기 위한 본 발명의 방법은 배치 방법으로 진행되거나, 또는 당업자에게 잘 알려져 있는 수단 및 장치를 사용하여 연속적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 방법의 제1, 제2 및 제3 구체예에서 (a)단계의 반응성 접촉은 적당한 용매 시스템에서 일어날 수 있다. 적당한 용매 시스템은 극성 비양성자성 용매를 포함한다. 상기 극성 비양성자성 용매는 디메틸 설폭시드, 벤질 에테르, 1-메틸-2-피롤리디논 및 N,N-디메틸포름아미드로 구성된 그룹에서 선택되며, 이에 제한되지는 않는다.
제2 구체예에서, 본 발명은 강염기가 상 전이 촉매로서 기능하고, 반응이 알칼리금속 히드록시드의 부재하에 실시되는 방법이다. 상기 경우, 강염기/상 전이 촉매는 상기 화학식 2로 정의된다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 설명된다.
실험조건은 각 실시예에서 상술된다. 실시예 1-10에서, 반응기의 충전은 개 방된 공기중에서 수행되어, 심지어 반응기가 비교를 위해 진행되는 특정한 실험이외에 스토퍼를 구비한 경우에도 일부 유리 산소가 반응중에 존재한다. 실시예 1-10에서 반응 혼합물로부터 물을 제거하기 위한 시도는 하지 않았다.
실시예 11-16에서, 공기 흐름이 반응물질을 충전하는 내내 또는 일부동안 반응기 윗공간에 공급되고, 반응온도로 가열하고, 니트로벤젠을 공급 및 유지하여, 특정하지 않는한 유리 산소가 반응중에 존재하게 된다. 물은 아닐린에 의한 공비증류에 의해 반응 혼합물로부터 제거되었다. 그러나, 반응은 아닐린에 의한 물의 공비제거없이 유효할 수도 있다.
분석방법
각 성분들의 수득율은 외부 표준 HPLC에 의해 측정하였다. 분석되는 물질 약 0.6g을 50-㎖ 용적 플라스크에 정확히 중량을 재고, 39% v/v 물, 36% v/v 아세토니트릴, 24% v/v 메탄올 및 1% v/v pH 7 완충액을 함유하는 완충용액으로 희석하였다. 이원 구배 펌핑 시스템(binary gradient pumping system) 및 하기 용출 구배(elution gradient)를 사용하여 역상 조르박스(Zorbax) ODS HPLC 컬럼(250 ×4.6㎜)상에 1.5㎖/분의 일정한 유속으로 상기 용액을 10㎕ 루프를 통해 주입하였다:
용출액 A는 75% v/v 물, 15% v/v 아세토니트릴 및 10% v/v 메탄올이다. 용출액 B는 60% v/v 아세토니트릴 및 40% v/v 메탄올이다. 검출은 254㎚에서의 UV이다.
실시예 1-10에 대한 전환율은 분석되는 경우, 공지 성분들 + 공지되지않은 피크들의 합(216의 임의 몰중량값, 아닐린+니트로벤젠)에 의해 계산된다. 일부 경우, 합 전환율은 아닐린 단독으로부터 유도체가 형성됨으로써 100% 이상이다.
실시예 11-16에 대한 전환율은 최종 결합반응 물질내에 남아있는 반응하지 않은 니트로벤젠의 양에 기초하여 계산된다. 니트로벤젠이 검출되지 않는 경우 전환율은 100%로 추정된다.
선택성은 (p-NDPA 수득율 + 4-NDPA 수득율)/(전체 수득율)로 정의된다. 4-NDPA는 4-니트로디페닐아민이며, p-NDPA는 4-니트로소디페닐아민이다. 전체 수득율은 모든 공지된 피크와 공지되지 않은 피크의 수득율 합(216의 임의 몰중량값, 아닐린+니트로벤젠)이다.
표에서: "An Recr"이라는 용어는 아닐린이 쉽게 회수될 수 있는 화합물을 나타내며, 트랜스-아조벤젠 및 아족시벤젠의 합 전체이다. "다른 성분들"이라는 용어는 아닐린 및 니트로벤젠 결합 부산물, 예를 들어 페나진, N-옥시-페나진, 2-NDPA, 4-페나조-디페닐아민 및 공지되지 않은 성분들이다.
실험
실험 조건은 각 실시예에서 상술된다.
실시예 1
실시예 1은 비교적 마일드한 조건하에서 용매가 없는 시스템에서 무기 염기(수산화칼륨) 및 상 전이 촉매(테트라메틸암모늄 클로라이드, TMACl)의 존재하에 아닐린 및 니트로벤젠으로부터 4-ADPA 중간체가 형성된다는 것을 설명한다. 목적 생성물의 수득율은 첨가된 상 전이 촉매의 양에 따라 다르다.
자기 교반기를 구비한 50-㎖ 둥근바닥 플라스크에 아닐린(99%, 22.58g, 240mmoles), 니트로벤젠(99%, 4.97g, 40mmoles), 수산화칼륨(86% 분쇄 분말, 7.83g, 120mmoles) 및 테트라메틸암모늄 클로라이드를 하기 표 1에 개시된 양으로 채웠다. 스토퍼를 구비한 플라스크에서 60℃에서 1시간동안 상기 반응을 진행시켰다. 그후, 내용물을 샘플링하고, HPLC에 의해 분석하였다.
표 2에 개시되어 있는 바와 같이, 조건들을 조금씩 변화시키면서(동등 몰량 An/NB, 높은 반응온도, 긴 사이클 시간, 물 첨가 등) 반응을 진행시키는 경우 유사한 결과들이 수득되었다.
자기 교반기를 구비한 50-㎖ 둥근바닥 플라스크에 아닐린(99%, 2.33g, 24.8mmoles), 니트로벤젠(99%, 3.08g, 24.8mmoles), 수산화칼륨(86% 분쇄분말, 9.77g, 150mmoles), 테트라메틸암모늄 클로라이드(97%, 표 2 참조) 및 물(표 2)을 채웠다. 물의 양은 KOH로부터 14% w/w H2O를 추정하는 전체 반응기 충전량의 20중량%이었다. 개방 플라스크에서 80℃에서 2시간동안 반응을 진행시켰다. 그후, 내용물을 샘플링하고, HPLC에 의해 분석하였다.
4-ADPA 중간체의 수득율은 테트라메틸암모늄 클로라이드가 사용되지 않았을 경우 1% 미만에서, 상 전이 촉매 대 니트로벤젠의 거의 동등몰량이 첨가되었을 경우 거의 77%까지 증가했다.
두 경우에서, 4-NDPA에 대한 많은 p-NDPA가 생성될수록 테트라메틸암모늄 클로라이드 충전량이 증가했다. 또한, 과량의 아닐린의 존재하에서 보다 많은 p-NDPA가 형성되었다(실시예 7 참조).
실시예 2
실시예 2는 여러 상 전이 촉매가 KOH와 함께 사용되어 아닐린 및 니트로벤젠으로부터 p-NDPA 및 4-NDPA를 생성하는 것을 입증하고 있다. 결과는 낮은 수득율 순서로 정열되어 있다.
자기 교반기를 구비한 50-㎖ 둥근바닥 플라스크에 아닐린(99%, 22.58g, 240mmoles), 니트로벤젠(99%, 4.97g, 40mmoles), 수산화칼륨(86% 분쇄분말, 7.83g, 120mmoles) 및 하기 표 3에 제공된 지시량의 상 전이 촉매를 채웠으며, 여기에서 상 전이 촉매의 양은 제한하는 반응물질 충전량과 동일하다(주의: 일부 실험은 표시된 대로 20mmoles 또는 30mmoles 규모에서 진행한다). 반응은 스토퍼를 구비한 플라스크내에서 60℃에서 1시간동안 진행하였다. 그후, 내용물을 샘플링하고, HPLC에 의해 분석하였다.
상기 표 3의 결과는 모든 경우에 상 전이 촉매를 첨가하면 목적 생성물의 수득율이 개선된다는 것을 보여주고 있다. 테트라메틸암모늄 클로라이드, 플루오라이드, 히드록시드, 카르보네이트, 포르메이트 및 아세테이트; 테트라부틸암모늄 히드로겐설페이트 및 설페이트; 메틸트리부틸암모늄 클로라이드; 및 벤질트리메틸암모늄 히드록시드(트리톤(Triton) B)가 무기 염기와 배합하여 상 전이 촉매로서 가장 유효하다. 트리카프릴메틸암모늄 클로라이드(알리쿼트(Aliquat) 336), 테트라부틸암모늄 클로라이드, 테트라메틸암모늄 니트레이트, 및 콜린 히드록시드와 같은 다른 성분들이 적당하게 유효하다. 브롬화물 및 요오드화물 염 및 양쪽성 이온 베타인은 적당하지 않다. 일련의 불소화물에서 요오드화물로 내려갈때 수득율, 전환율 및 선택성이 모두 감소되기 때문에, 테트라메틸암모늄 염에 대해 주기적 경향이 관찰된다.
실시예 3
실시예 3은 니트로벤젠이 다양한 아닐린 유도체와 함께 결합되어 4-ADPA 중간체를 생성시킨다는 것을 보여준다.
자기 교반기를 구비한 50-㎖ 둥근바닥 플라스크에 하기 표 4에 개시되어 있는 화학량의 물질: 니트로벤젠(99%, 3.08g, 24.8mmoles), 수산화칼륨(86% 분쇄분말, 9.77g, 150mmoles), 테트라메틸암모늄 클로라이드(97%, 2.74g, 24.3mmoles) 및 물(2.84g)을 채웠다. 개방 플라스크내 80℃에서 2시간동안 반응을 진행시켰다. 그후 내용물을 샘플링하고, HPLC에 의해 분석하였다.
아닐린이 KOH-TMACl 시스템에서 니트로벤젠과 가장 유효하게 결합하는 반면, 티오카르바닐리드 뿐만 아니라 포름아닐리드, 페닐우레아 및 카르바닐리드와 같은 아미드가 치환되어 4-ADPA 중간체를 생성할 수 있다.
실시예 4
실시예 4는 4-ADPA 중간체를 생성하기 위해 테트라메틸암모늄 클로라이드와 배합된 다양한 염기들을 사용하는 아닐린과 니트로벤젠의 반응을 설명한다.
아닐린(99 %, 22.58 g, 240 mmoles), 니트로벤젠(99 %, 4.97 g, 40 mmoles), 하기의 표 5에서 나타내는 것과 같은 적당한 양의 염기, 및 테트라메틸암모늄 클로라이드(97 %, 4.52 g, 40 mmoles)를 자기 교반기가 장착된 50-㎖ 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 스토퍼가 구비된 플라스크에서 60 ℃에서 1 시간 동안 반응을 진행시켰다. 그 다음에 내용물을 샘플로 채취하고, HPLC로 분석하였다.
리튬과 칼슘 히드록시드 둘다는 상기 두개의 염기중 어느 하나에서 반응이 관찰되지 않는 것으로 선별하였다.
수산화 칼륨은 바람직한 염기이지만, 수산화 나트륨, 수산화 세슘, 칼륨 t- 부톡시드 및 테트라메틸암모늄 히드록시드도 또한 허용가능한 전환율을 수득하기 위해 테트라메틸암모늄 클로라이드와 배합하여 사용하기에 적합한 염기들이다.
실시예 5
실시예 5는 상 전이 촉매로서 테트라메틸암모늄 클로라이드와 일정한 반응 조건하에서 아닐린-니트로벤젠 결합 생성물에 수산화칼륨 충전량이 증가되는 경우 미치는 효과를 설명한다.
아닐린(99 %, 22.58 g, 240 mmoles), 니트로벤젠(99 %, 4.97 g, 40 mmoles), 하기의 표 6에서 나타내는 양의 수산화 칼륨, 및 테트라메틸암모늄 클로라이드(97 %, 4.52 g, 40 mmoles)를 자기 교반기가 장착된 50-㎖ 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 스토퍼가 구비된 플라스크에서 60℃에서 1 시간 동안 반응을 진행시켰다. 그 다음에 내용물을 샘플로 채취하고, HPLC로 분석하였다.
염기가 과량일수록 반응 선택성이 떨어지고, 부산물이 많이 형성된다. 하기 의 표 7에 기재된 것과 같은 비교적 마일드한 반응 조건하에서 반응을 진행시킬 경우에 동일한 경향이 관찰된다. 유사하게, 전환율은 사용된 염기의 양과 함수 관계에 있다.
아닐린(99 %, 32.60 g, 346.5 mmoles), 니트로벤젠(99 %, 6.16 g, 49.5 mmoles), 하기의 표 7에서 나타내는 양의 수산화 칼륨(86 % 분쇄 분말, 16.31 g, 250 mmoles), 및 테트라메틸암모늄 클로라이드(97 %, 5.48 g, 48.5 mmoles)를 테프론 패들 교반기가 장착된 100-㎖ 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 스토퍼가 구비된 플라스크에서 외부 열(반응 수(reaction water)에 KOH를 용해시킴에 의해 발생되는 발열)을 적용하지 않고 1 시간 동안 반응을 진행시켰다. 그 다음에 내용물을 샘플로 채취하고, HPLC로 분석하였다.
실시예 6
실시예 6은 수산화 칼륨/테트라메틸암모늄 클로라이드 염기-PTC 시스템을 이용할 경우 아닐린과 니트로벤젠을 p-NDPA, 4-NDPA 및 부산물로의 전환시키는데 옥시던트를 도입하여 미치는 효과를 보여준다.
아닐린(99 %, 2.33 g, 24.8 mmoles), 니트로벤젠(99 %, 3.08 g, 24.8 mmoles), 수산화 칼륨(86 %의 분쇄 분말, 9.77 g, 150 mmoles), 테트라메틸암모늄 클로라이드(97 %, 0.69 g, 6.1 mmoles) 및 물(2.32 g)을 자기 교반기가 장착된 50-㎖ 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 하기에 기재된 대기 조건하에 80 ℃에서 2 시간 동안 반응을 진행시켰다. 그 다음에 내용물을 샘플로 채취하고, HPLC로 분석하였다.
폐쇄 시스템(closed system)의 규정은 스토퍼가 부착된 플라스크이다. 개방 시스템(open system)은 스토퍼가 장착되지 않고 대기에 노출된 것이다. 가스 스윕 실험(gas sweep experiments)에 있어서는, 1구 플라스크 대신에 3구 플라스크를 사용하고, 시스템은 가스 유입 라인과 방출 라인 둘다가 장착되어 있으며, 적당한 가스가 저 유속으로 반응 물질을 통과한다.
반응이 과잉 공기에 개방되어 있는 경우에, 옥시던트 양이 제한되어 있는 실험과는 반대로 선택성은 현저하게 개선된다. 아조벤젠의 형성은 옥시던트 양이 제한된 경우에 크게 증가된다.
반응 선택성의 개선은 표 9의 실험에 의해 강화되며, 이는 반응 혼합물에서 과산화수소 첨가의 효과를 설명하고 있다.
아닐린(99 %, 22.58 g, 240 mmoles), 니트로벤젠(99 %, 4.97 g, 40 mmoles), 과산화수소(하기의 표 9에서 지적된 양, 50 % 수성), 물(추가의 물과 과산화물의 전체 총합은 2.16 g에서 일정하게 유지됨), 수산화 칼륨(86 %의 분쇄 분말, 7.83 g, 120 mmoles) 및 테트라메틸암모늄 클로라이드(97 %, 4.52 g, 40 mmoles)를 자기 교반기가 장착된 50-㎖ 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 스토퍼가 장착된 플라스크에 신속하게 KOH 및 TMACl을 첨가하기 전에 과산화물을 반응 혼합물에 넣고, 그 다음에 반응을 60 ℃에서 1 시간 동안 진행시켰다. 그 다음에 내용물을 샘플로 채취하고, HPLC로 분석하였다.
반응 내용물을 공기가 개방하기 위해 주목되는 동일한 경향은 또한 과산화물 에 있어서도 나타나며, 즉 옥시던트에 대한 노출은 선택성을 증진시킨다. 상기 관찰은 과량의 니트로벤젠이 사용되어 옥시던트로 작용하는 실험적 시도에 의해 강화된다(실시예 7 참조).
실시예 7
실시예 7은 반응에 채워진 아닐린의 양을 조정함으로써 4-ADPA 중간체의 비율이 어떻게 조절될 수 있는지를 보여준다.
아닐린(표 10에서 나타내고 있는 양, 99 %), 니트로벤젠(99 %, 4.97 g, 40 mmoles), 수산화 칼륨(86 %의 분쇄 분말, 7.83 g, 120 mmoles) 및 테트라메틸암모늄 클로라이드(97 %, 4.52 g, 40 mmoles)를 자기 교반기가 장착된 50-㎖ 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 스토퍼가 장착된 플라스크에서 60 ℃에서 1 시간 동안 반응을 진행시켰다. 그 다음에 내용물을 샘플로 채취하고, HPLC로 분석하였다.
좀더 많은 아닐린을 반응에 넣음으로써, p-NDPA가 4-NDPA와 비교해서 보다 많이 형성된다. 하기의 표 11에서와 같이 다른 반응 조건하에서도 동일한 경향이 나타난다.
아닐린(표 11에 나타낸 양, 99 %), 니트로벤젠(99 %, 3.08 g, 24.8 mmoles), 수산화 칼륨(86 %의 분쇄 분말, 9.77 g, 150 mmoles), 테트라메틸암모늄 클로라이드(97 %, 0.69 g, 6.1 mmoles) 및 물(표 11, 20 % w/w)을 자기 교반기가 장착된 50-㎖ 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 개방 플라스크내 80 ℃에서 2 시간 동안 반응을 진행시켰다. 그 다음에 내용물을 샘플로 채취하고, HPLC로 분석하였다.
4-ADPA 중간체(p-NDPA + 4-NDPA)의 수득율은 아닐린이 과량으로 사용된 경우(대략 20 %) 비교적 변동이 없지만, 아닐린이 표 11에서 지적한 것과 같은 제한된 반응물질이 될 경우에는 현저하게 증진된다(0.25 내지 1의 An/NB에서 73.8 %). 또한, 선택성은 전체적으로 물을 덜 쓰는 대신에 니트로벤젠을 과량으로 사용한 경우 증진된다(0.25 내지 1의 An/NB에서 96.1 %). 실시예 9에서 보여주는 것과 같이, 통상 물이 적을 수록 무기 염기 시스템에서 선택성이 감소한다. 여기서 과량의 니트로벤젠은 옥시던트로서 작용하여 공기와 과산화물와 함께 실시예 6에서 보여주는 것과 같이 선택성을 개선시킨다.
실시예 8
실시예 8은 테트라메틸암모늄 클로라이드와 함께 염기로서 수산화 칼륨을 사용하여 아닐린과 니트로벤젠의 반응이 넓은 온도범위에서 실행될 수 있다는 것을 설명하고 있다.
아닐린(99 %, 2.33 g, 24.8 mmoles), 니트로벤젠(99 %, 3.08 g, 24.8 mmoles), 수산화 칼륨(86 %의 분쇄 분말, 9.77 g, 150 mmoles), 테트라메틸암모늄 클로라이드(97 %, 0.69 g, 6.1 mmoles) 및 물(2.32 g, 20 % w/w)을 자기 교반기가 장착된 50-㎖ 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 개방 플라스크내 주어진 온도에서 2 시간 동안 반응을 진행시켰다. 그 다음에 내용물을 샘플로 채취하고, HPLC로 분석하였다.
증가된 반응 온도는 수득율과 전환율을 개선시키지만, 반응 선택성은 손실된다. 4-NDPA와 비교해서 p-NDPA의 양은 온도가 높아짐에 따라 증가된다.
실시예 9
실시예 9는 4-ADPA 중간체를 형성하기 위한 KOH-TMACl 염기/상 전이 시스템에 의한 아닐린과 니트로벤젠의 반응에서 물의 영향을 강조한다.
아닐린(99 %, 22.58 g, 240 mmoles), 니트로벤젠(99 %, 4.97 g, 40 mmoles), 수산화 칼륨(86 % 분쇄 분말, 7.83 g, 120 mmoles), 테트라메틸암모늄 클로라이드(97 %, 4.52 g, 40 mmoles) 및 표 14와 15에 나열된 것과 같은 물을 자기 교반기가 장착된 50-㎖ 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 스토퍼가 장착된 플라스크내 60 ℃에서 1 시간 동안 반응을 진행시켰다. 그 다음에 내용물을 샘플로 채취하고, HPLC로 분석하였다.
일반적인 선택성의 증진과 4-NDPA에 대해 p-NDPA의 높은 수준은 물의 양이 증가됨에 따라 분명해진다.
매우 많은 물의 영향은 또한 상 전이 촉매로서 테트라메틸암모늄 카르보네이트의 60 % 수용액의 유효성이 나타나 있는 표 3과 실시예 2로부터 또한 알 수 있을 것이다. 25 % 희석 용액으로부터 얻어진 이전의 기록되지 않은 데이터는 실제로는 전환이 일어나지 않는 것을 나타낸다.
실시예 10
실시예 10은 반응이 여러 용매에서 실행될 수 있다는 것을 보여준다.
아닐린(99 %, 11.29 g, 120 mmoles), 니트로벤젠(99 %, 2.49 g, 20 mmoles), 수산화 칼륨(86 % 분쇄 분말, 3.91 g, 60 mmoles), 테트라메틸암모늄 클로라이드(97 %, 2.26 g, 20 mmoles) 및 표 16에서 나타낸 20mL의 적합한 용매를 자기 교반기가 장착된 50-㎖ 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 스토퍼가 장착된 플라스크내 60 ℃에서 1 시간 동안 반응을 진행시켰다. 그 다음에 내용물을 샘플로 채취하고, HPLC로 분석하였다.
주목할 만한 것은 상 전이 촉매를 뺄 경우, 수득율이 대략 2/3로 감소한다는 것이다(TMACl가 없을때 DMSO내 26.7 %, TMACl이 있을때 71.8 %로 증가함).
선택성은 극성 용매에서 비교적 변하지 않고 유지되지만(~ 70 %), 비-극성 탄화수소, 예컨대 p-크실렌 또는 톨루엔이 아조벤젠으로 선택되는 경우 크게 떨어지고, 상기 2개의 용매들 각각에서 수득율은 40 %를 초과한다.
실시예 11
실시예 11은 아닐린-물 공비 혼합물의 연속적인 증류에 의해 테트라메틸암모늄 클로라이드와 수산화 칼륨의 수용액과 배합하는 니트로벤젠과 아닐린의 반응을 설명하고 있다.
111.8 g 아닐린(99 %, 1.19 moles), 31.2 g 수산화 칼륨 수용액(45 %, 0.250 moles) 및 50.0 g 테트라메틸암모늄 클로라이드 수용액(55 %, 0.25 moles)을 테프론 패들 교반기, 열전쌍, 니트로벤젠 공급관 및 니들 밸브(needle valve)가 장착된 500-mL 플라스크에 채웠다. 반응기를 가로질러 공기를 빼냄으로써 압력을 조절하여, 120 mm Hg로 혼합물을 진공으로 만든다. 가열을 시작하고, 목적하는 반응 온도 80 ℃에 도달할 경우에 니트로벤젠 흐름을 시작하였다(24.6 g, 99 %, 0.20 moles). 진공을 증가시킴으로써 온도를 조절하여, 60 mm Hg의 최종 압력에서 대략 1 시간내에 NB 공급을 완료하였다. 반응의 완료를 확실하게 하기 위해서 압력을 60 mm Hg에서 45 분간 유지하였다. 상기 혼합물을 물 40 mL로 식혔다. HPLC 분석: 32.1 % 아닐린, 0 % NB, 20.3 % p-NDPA, 7.6 % 4-NDPA, 0.50 % t-아조벤젠 및 0.05 % 페나진이다. 수득율은 NB의 100 % 전환율을 기본으로 하였다: 72.6 % p-NDPA, 25.3 % 4-NDPA, 1.9 % t-아조벤젠, 0.2 % 페나진.
하기의 표 17에서 보여주는 것과 같이, 공기가 없는 동일한 반응을 진행시키면 수득율이 12% 더 낮으며(97.9 % 대 85.5 %), 아조벤젠 수준이 7 배 증가한다. 상기 시리즈에서 다른 반응들의 요약은 또한 하기의 표 17에 나타내었다.
실시예 12
본 실시예는 아닐린-물 공비 혼합물의 연속 증류에 의해서 다양한 무기 염과 테트라메틸암모늄 히드록시드의 수용액과 배합하여 옥시던트의 존재하 아닐린과 니트로벤젠의 반응을 설명하고 있다. TMAH/염 배합물은 4-ADPA로 결합 반응 물질이 환원된 후 무기 염기 및 상 전이 촉매를 포함하는 방법으로부터 가능한 염기 재순환 스트림의 이온 혼합물을 나타낸다.
테프론 패들 교반기, 열전쌍, 니트로벤젠 공급관 및 공기 방출 밸브가 장착된 500-㎖ 둥근 바닥 플라스크에: 139.7 g 아닐린(99 %, 1.49 moles), 73.9 g 테트라메틸암모늄 히드록시드 수용액(35.5 %, 0.29 moles) 및 하기 표 18에 나열되어 있는 것과 같은 (니트로벤젠보다 15 % 몰초과하는, 염기에 대해) 동등량의 염을 채웠다. 상기 혼합물을 120 mm Hg에서 30 분 동안 가열하고, 그 다음에 니트로벤젠(30.8 g, 99 %, 0.25 moles) 공급을 시작하였다. 최종 압력 72 mm Hg에서 대략 75 분내에 NB 충전을 완료하고, 그리고 목적하는 온도 80 ℃를 유지하기 위해 반응 사이클이 지속되는 동안 공기 방출 밸브를 조정함으로써 상기 시스템 압력을 조절하였다. 상기 혼합물은 반응의 완료를 확실하게 하기 위해 70 mm Hg에서 30 분 동안 유지하고, 그 다음에 25 mL 물로 식혔다. 반응물을 충전하고, 반응 온도로 가열하며, 니트로벤젠을 공급하고, 반응 완료를 유지하는 전체 사이클동안 반응기의 위쪽 공간으로 공기가 들어가도록 하였다. 상기 염을 염/NB=1.15에서 니트로벤젠에 대한 동등한 몰 당량으로 충전하였다. 예를 들어, 탄산칼륨과 황산나트륨은 2당량의 무기 양이온을 가지며, 따라서 몰 비율은 0.575이다.
니트로벤젠에 대한 약간 낮은 몰 비율에서 KCl과의 결과는 아닐린-물 공비 혼합물의 연속 증류와 함께, 강 염기와 상 전이 촉매(KOH와 TMACl)를 사용하여 수득된 결과와 동일하다. 상기는 무기염과 유기 염기의 사용이 강염기와 상 전이 촉매의 사용과 같다는 것을 입증한다. 나트륨은 반응을 완료하는데 칼륨만큼의 효과 가 없다는 것이 나타날 것이다. 니트레이트와 브로마이드는 또한 상기 실시예의 조건에서 반응 완료를 위해서 덜 유효한 음이온이다. 그러나, 반응 조건의 변화, 가령 반응 온도의 증가에 의해서 상기 염에 대한 전환율을 증가시킬 수 있어야 한다. 가장 현저한 것은 반응 선택성에 있어서 염 첨가의 확실한 효과이다. 상기 표 18에서 두번째 및 세번째 실험의 비교는 KCl만 첨가함으로써, 아조벤젠은 거의 2/3로 감소되고, 비교적 소량의 "다른" 화합물, 예컨대 4-페나조-디페닐아민이 형성된다는 것을 보여준다. "TMAH만 첨가된" 실험은 N-메틸아닐린과 같은 높은 수준의 화합물 및, 트리메틸아민의 악취를 특징으로 하며, 상기 둘다 염기 분해를 보여준다.
실시예 13
본 실시예는 무기염 대 니트로벤젠의 몰 비율의 효과를 설명하고 있다. 반응 조건은 KCl 대 니트로벤젠의 몰 비율이 다양한 것을 제외하고 실시예 12의 조건과 동일하다. 표 19에서의 결과는 단지 소량의 무기 염의 첨가로 선택성이 증가되는 것을 보여주고 있다. 따라서, 높은 염 수준에 의한 부식이 관심이 되는 상황에서, 적어도 적당한 선택성의 개선이 얻어질 수 있다.
실시예 14
본 실시예는 선택성과 니트로벤젠의 전환율에 있어서 염이 없는 화합물의 첨가가 미치는 효과를 설명하고 있다. 반응 조건은 실시예 12의 조건에 상응한다. 베타인, 즉 (아세틸)트리메틸암모늄 히드록시드 내부 염은 양전하를 띤 테트라알킬암모늄기들과 갖는 아세테이트 그룹에 의해 형성된 염이다. 따라서, 이름에도 불구하고 상기 화합물은 테트라알킬암모늄기와 관련하여 히드록시드를 실제로 가지지 않는다. 그러나, 강 염기가 첨가될 경우, 베타인은 아세테이트 염 기와 테트라알킬암모늄 히드록시기 둘다를 함유하는 화합물로 전환된다. 따라서, TMAH로, 베타 인은 테트라메틸암모늄-아세테이트 기와 (아세틸)트리메틸암모늄 히드록시드 기를 갖는 화합물로 전환된다. KOH로, 상기 화합물은 상기 (아세틸)트리메틸암모늄 히드록시드 기와 포타슘-아세테이트 기를 가진다. KOH의 경우에, 화합물은 하나의 분자내 유기 염기와 금속 유기 염을 나타낸다. 베타인은 유기 상으로 무기 또는 유기 염기가 운반되는 경우, 상 전이 화합물 또는 PTC(Starks와 Liotta, 같은 문헌)라고 문헌에 공지되어 있다.
표 20의 결과는 베타인이 TMAH와의 선택성 또는 전환율에 대해 단지 적당한 효과를 가진다는 것을 보여준다. 베타인/NB = 1.15인 결과는 단지 KCl/NB = 0.25와 동등하다. 또한, 무기 양이온(암모늄 아세테이트)이 없이, 음이온을 첨가하는 것은 본래 효과적이지 않다. 따라서, 무기 염 또는 금속 유기 염을 사용하는 것이 가장 좋은 결과의 비결이다.
실시예 15
본 실시예는 부분 산화 조건을 사용하면 선택성이 현저하게 증가될 수 있다 는 것을 설명하고 있다. 반응 조건은 특정한 것을 제외하고 실시예 12의 조건과 유사하다. 상기 결과는 표 21에 나타내었다. 반응 1은 전체적으로 실시예 12와 유사한 조건을 가졌다. 반응 2에 있어서, 공기 방출은 단지 니트로벤젠 공급 중에만 사용되며, 공급의 75%가 완료될 경우 중지하였다. 반응 3에 있어서, 니트로벤젠 공급 시간은 45 분으로 줄이고, 유지 시간은 60 분으로 증가시키며, 반면에 공기 방출은 단지 니트로벤젠 공급 시간에만 사용하였다. 또한 부분 산화 조건을 사용함으로써 설페이트, 카르보네이트 및 니트레이트에 대해 높은 선택성이 수득될 것이라고 기대된다.
실시예 16
본 실시예는 상 전이 촉매로서 작용할 수도 있는, 강 염기와 옥시던트를 사용하면 선택성이 증가될 수 있다는 것을 보여준다. 상기 반응은 아닐린과 물의 공비 제거로 실시된다.
반응 1-3에서 테프론 패들 교반기, 열전쌍, 니트로벤젠 공급관 및 공기 방출 밸브가 장착된 500-㎖ 둥근 바닥 플라스크에: 145.28 g 아닐린(1.56 moles)과 87.36 g 테트라메틸암모늄 히드록시드 수용액(36.0 %, 0.345 moles)을 채웠다. 상 기 혼합물을 120 mm Hg에서 30 분간 가열하고, 그 다음에 니트로벤젠(36.93 g, 0.30 moles) 공급을 시작하였다. 상기 시스템 압력을 반응 기간 중에 70 mm Hg에서 일정하게 유지하였다. 온도는 반응 기간 중에 약 66 ℃에서 약 80 ℃로 올렸다. 니트로벤젠을 약 80 분 동안 채운후 반응 완료를 확실하게 하기 위해 상기 배치를 70 mm Hg에서 40 분간 유지하고, 그 다음에 25 mL 물에서 식혔다. 과산화수소를 니트로벤젠과 동시에 5 wt.% 수용액 20.40 g(0.03 moles)로서 충전하였다. TMAH가 분해되는 것을 막고, 반응 평형을 전이시킴으로써, 물은 또한 선택성에 영향을 줄 수 있기 때문에, 니트로벤젠과 동시에 또한 공급되는 20.40 g의 물에 의해 조절하였다. 반응 4-7은 약간 다른 조건을 갖는다. 주요한 차이는 니트로벤젠 공급 전에 반응기에 약간의 아닐린 및 물을 제거함과 동시에 25 wt.% TMAH로 개시하는 것이다. 공기는 전체 니트로벤젠 공급중에 또는 공급 시간의 반 동안에 첨가하였다.
표 22의 결과는 옥시던트의 사용이 유익할 수 있는 것을 보여주는 것으로, 과산화수소를 사용하면 물만 사용하는 것 보다 선택성이 크게 증진된다는 것을 보여준다. 상기 결과는 또한 전체 반응 사이클에 걸쳐서 옥시던트로서 공기를 첨가하는 것이 선택성에 해로운 영향을 준다는 것을 보여준다. 그러나, 부분적 산화 조건이 유익할 수 있다는 것을 보여주는 것으로, 공기 첨가가 반응 사이클의 일부로 제한될 경우에 선택성이 개선된다. 상기 반응은 표 18에서 100 % 공기의 경우보다 다소 습한 상태에서 진행되며, 이는 표 18에서 낮은 선택성을 설명한다. 반응 4와 5는 반응의 탁월한 반복성을 보여주며, 따라서 1-2 %의 선택성의 증가가 현 저하다.
Claims (86)
- 하기 단계들을 포함하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법:(a) 아닐린 또는 아닐린 유도체와 니트로벤젠 또는 니트로벤젠 유도체를 반응성 접촉시키는 단계;(b) 강염기, 퍼옥사이드 및 상 전이 촉매를 포함하는 혼합물의 존재하에, 또는 아닐린과 니트로벤젠의 반응기간중 일부기간동안만 유기 염기 또는 무기 강염기, 공기 및 상 전이 촉매를 포함하는 혼합물의 존재하에, 적당한 시간, 압력 및 온도에서 한정된 구역에서, 아닐린 또는 아닐린 유도체와 니트로벤젠 또는 니트로벤젠 유도체를 반응시킴으로써, 4-아미노디페닐아민 중간체 생성물을 수득하는 단계 (여기서, 상 전이 촉매는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 그룹에서 선택됨);(화학식 1)
(상기 화학식 1에서, R1, R2, R3은 같거나 또는 다르며, C1 내지 C20을 함유하는 직쇄 또는 분지의 알킬기로부터 선택되며; (R4)e는 수소이거나, e가 1 또는 2인 경우 R4는 R1R2R3N+이고; Y는 알킬, 아릴, 알킬 아릴, 벤질 및 이들의 치환된 유도체로 구성된 그룹에서 선택되며; Z는 히드록실 및 할로로 구성된 그룹에서 선택된 치환기이고; X는 플루오라이드, 클로라이드, 히드록시드, 설페이트, 히드로겐 설페이트, 아세테이트, 포르메이트, 니트레이트, 포스페이트, 히드로겐 포스페이트, 디히드로겐 포스페이트, 옥살레이트, 카르보네이트, 보레이트, 타르트레이트, 시트레이트, 말로네이트 및 상기 화합물들의 혼합물의 음이온 성분이며; a는 음이온 성분의 원자가(1, 2 또는 3)이며; b 및 c는 1, 2 또는 3의 정수(whole number integer)이며, d는 0 내지 4의 정수이다); 및(c) 단계(b)의 4-아미노디페닐아민 중간체 생성물을 환원시켜, 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체를 생성시키는 단계. - 제 1 항에 있어서,상기 상 전이 촉매는 테트라메틸암모늄 클로라이드, 테트라메틸암모늄 플루오라이드, 테트라메틸암모늄 히드록시드, 비스-테트라메틸암모늄 카르보네이트, 테트라메틸암모늄 포르메이트 및 테트라메틸암모늄 아세테이트; 테트라부틸암모늄 히드로겐설페이트 및 테트라부틸암모늄 설페이트; 메틸트리부틸암모늄 클로라이드; 및 벤질트리메틸암모늄 히드록시드, 트리카프릴메틸암모늄 클로라이드, 테트라부틸암모늄 클로라이드, 테트라메틸암모늄 니트레이트, 세틸트리메틸암모늄 클로라이드 및 콜린 히드록시드로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 상 전이 촉매 대 니트로벤젠의 몰비는 0.05:1 내지 1.2:1인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 아닐린 유도체는 포름아닐리드, 페닐우레아, 카르바닐리드 및 티오카르바닐리드로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 아닐린은 2-메톡시아닐린, 4-메톡시아닐린, 4-클로로아닐린, p-톨루이딘, 4-니트로아닐린, 3-브로모아닐린, 3-브로모-4-아미노톨루엔, p-아미노벤조산, 2,4-디아미노톨루엔, 2,5-디클로로아닐린, 1,4-페닐렌 디아민, 4,4'-메틸렌 디아닐린, 1,3,5-트리아미노벤젠 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되는 치환된 아닐린인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,본 발명의 방법에 따라 사용될 수 있는 치환된 니트로벤젠은 o-메틸니트로벤젠, m-메틸니트로벤젠, o-에틸니트로벤젠, m-에틸니트로벤젠, o-메톡시니트로벤젠, m-메톡시니트로벤젠, 및 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 강염기는 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화세슘, 수산화루비듐 및 칼륨-t-부톡시드로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,강염기 대 니트로벤젠의 몰비는 1:1 이상인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,강염기 대 니트로벤젠의 몰비는 2:1 내지 6:1인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,하이드로젠 퍼옥사이드를 사용하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,아닐린과 니트로벤젠의 반응기간중 일부기간동안만 존재하는 공기를 사용하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 반응성 접촉은 20℃ 내지 150℃의 온도, 20 mbar 내지 20 barg의 압력 및 3.5시간 미만의 반응시간에서 실시되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,(b) 단계의 반응은 물(moles) 대 니트로벤젠(moles)(수화물 중의 물을 제외함)의 몰비가 10:1 이하인 물과 니트로벤젠의 존재하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,강염기 및 상 전이 촉매를 포함하는 상기 혼합물은 수용액 상태이며, 상기 반응은 아닐린-물 공비 혼합물의 연속 증류에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 상 전이 촉매는 테트라메틸암모늄 브롬화물이며, 상기 강염기는 1개 이상의 무기 염기를 포함하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 반응성 접촉은 적당한 용매 시스템에서 일어나는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 적당한 용매 시스템은 극성 비양성자성 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 극성 비양성자성 용매는 디메틸 설폭시드, 벤질 에테르, 1-메틸-2-피롤리디논 및 N,N-디메틸포름아미드로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제조된 4-아미노디페닐아민은 4-아미노디페닐아민의 알킬화 유도체로 환원적으로 알킬화되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 하기 단계들을 포함하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법:(a) 아닐린 또는 아닐린 유도체와 니트로벤젠 또는 니트로벤젠 유도체를 반응성 접촉시키는 단계;(b) 강염기, 퍼옥사이드 및 상 전이 촉매를 포함하는 혼합물의 존재하에, 또는 아닐린과 니트로벤젠의 반응기간중 일부기간동안만 유기 염기 또는 무기 강염기, 공기 및 상 전이 촉매를 포함하는 혼합물의 존재하에, 적당한 시간, 압력 및 온도에서 한정된 구역에서, 아닐린 또는 아닐린 유도체와 니트로벤젠 또는 니트로벤젠 유도체를 반응시킴으로써, 4-아미노디페닐아민 중간체 생성물을 수득하는 단계 (여기서, 상 전이 촉매는 또한 강염기로서 작용하며, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물의 그룹에서 선택됨);(화학식 2)
(상기 화학식 2에서, R1, R2, R3은 같거나 또는 다르며, C1 내지 C20을 함유하는 직쇄 또는 분지의 알킬기로부터 선택되며; (R4)e는 수소이거나, e가 1 또는 2인 경우 R4는 R1R2R3N+이고; Y는 알킬, 아릴, 알킬 아릴, 벤질 또는 이들의 치환된 유도체로 구성된 그룹에서 선택되며; Z는 히드록실 및 할로로 구성된 그룹에서 선택된 치환기이고; b 및 c는 1, 2 또는 3의 정수이며, d는 0 내지 4의 정수이다); 및(c) 단계(b)의 4-아미노디페닐아민 중간체 생성물을 환원시켜, 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체를 생성시키는 단계. - 제 20 항에 있어서,상기 아닐린 유도체는 포름아닐리드, 페닐우레아, 카르바닐리드 및 티오카르바닐리드로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 아닐린은 2-메톡시아닐린, 4-메톡시아닐린, 4-클로로아닐린, p-톨루이딘, 4-니트로아닐린, 3-브로모아닐린, 3-브로모-4-아미노톨루엔, p-아미노벤조산, 2,4-디아미노톨루엔, 2,5-디클로로아닐린, 1,4-페닐렌 디아민, 4,4'-메틸렌 디아닐린, 1,3,5-트리아미노벤젠 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되는 치환된 아닐린인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 20 항에 있어서,본 발명의 방법에 따라 사용될 수 있는 치환된 니트로벤젠은 o-메틸니트로벤젠, m-메틸니트로벤젠, o-에틸니트로벤젠, m-에틸니트로벤젠, o-메톡시니트로벤젠, m-메톡시니트로벤젠, 및 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 20 항에 있어서,상 전이 촉매로서 또한 작용하는 상기 강염기는 테트라메틸암모늄 히드록시드 및 벤질트리메틸암모늄 히드록시드 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 20 항에 있어서,강염기 대 니트로벤젠의 몰비는 1:1 이상인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 20 항에 있어서,강염기 대 니트로벤젠의 몰비는 2:1 내지 6:1인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 20 항에 있어서,하이드로젠 퍼옥사이드를 사용하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 20 항에 있어서,아닐린과 니트로벤젠의 반응기간중 일부기간동안만 존재하는 공기를 사용하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 반응성 접촉은 20℃ 내지 150℃의 온도, 20 mbar 내지 20 barg의 압력 및 3.5시간 미만의 반응시간에서 실시되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 20 항에 있어서,(b)단계의 반응은 물(moles) 대 니트로벤젠(moles)(수화물 중의 물을 제외함)의 몰비가 10:1 이하인 물과 니트로벤젠의 존재하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 반응성 접촉은 적당한 용매 시스템에서 일어나는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 31 항에 있어서,상기 적당한 용매 시스템은 극성 비양성자성 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 32 항에 있어서,상기 극성 비양성자성 용매는 디메틸 설폭시드, 벤질 에테르, 1-메틸-2-피롤리디논 및 N,N-디메틸포름아미드로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 제조된 4-아미노디페닐아민은 4-아미노디페닐아민의 알킬화 유도체로 환원적으로 알킬화되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 하기 단계들을 포함하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법:(a) 아닐린 또는 아닐린 유도체와 니트로벤젠 또는 니트로벤젠 유도체를 반응성 접촉시키는 단계; 및(b) 1개 이상의 유기 염기, 퍼옥사이드, 및 무기 강염기의 적당한 양이온일 수 있는 양이온을 갖는 무기 염 또는 금속 유기염 또는 이들의 혼합물을 포함하는 혼합물의 존재하에, 또는 아닐린과 니트로벤젠의 반응기간중 일부기간동안만 1개 이상의 유기 염기, 공기, 및 무기 강염기의 적당한 양이온일 수 있는 양이온을 갖는 무기 염 또는 금속 유기염 또는 이들의 혼합물을 포함하는 혼합물의 존재하에, 적당한 시간, 압력 및 온도에서 한정된 구역에서, 아닐린 또는 아닐린 유도체와 니트로벤젠 또는 니트로벤젠 유도체를 반응시킴으로써, 4-아미노디페닐아민 중간체 생성물을 수득하는 단계 (여기서, 유기 염기는 하기 화학식 3로 표시되는 화합물의 그룹에서 선택됨);(화학식 3)
(상기 화학식 3에서, R1, R2, R3은 같거나 또는 다르며, 1개 내지 20개의 탄소원자를 함유하는 직쇄 또는 분지의 알킬기로부터 선택되며; e는 0, 1, 2 또는 3의 정수이고; (R4)e는 수소이거나 e가 1, 2 또는 3인 경우 R4는 R1R2R3N+이고; X는 아닐린 또는 아닐린 유도체의 질소로부터 양성자를 추출할 수 있는 음이온이며; Y는 알킬, 아릴, 알킬 아릴, 벤질 또는 이들의 치환된 유도체로 구성된 그룹에서 선택되며; Z는 히드록실 및 할로로 구성된 그룹으로부터 선택된 치환기이고; a는 음이온 성분의 원자가이며, 1, 2, 3 또는 4의 정수이고; b 및 c는 1, 2, 3 또는 4의 정수이며; d는 0, 1, 2, 3 또는 4의 정수이며; 상기 혼합물은 베타인과 무기 강염기의 반응생성물을 포함하지 않는다); 및(c) 단계(b)의 4-아미노디페닐아민 중간체 생성물을 환원시켜, 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체를 생성시키는 단계. - 제 35 항에 있어서,상기 유기 염기는 테트라메틸암모늄 히드록시드, 테트라부틸암모늄 히드록시드, 메틸트리부틸암모늄 히드록시드, 벤질트리메틸암모늄 히드록시드, 트리카프릴메틸암모늄 히드록시드, 세틸트리메틸암모늄 히드록시드 및 콜린 히드록시드로 구성된 그룹에서 선택되는 4차 암모늄 히드록시드, 및 균등한 4차 암모늄 알콕시드, 아세테이트, 카르보네이트, 비카르보네이트, 시아나이드, 페놀류, 포스페이트, 히드로겐 포스페이트, 하이포클로라이트, 보레이트, 히드로겐 보레이트, 디히드로겐 보레이트, 설파이드, 실리케이트, 히드로겐 실리케이트, 디히드로겐 실리케이트 및 트리히드로겐 실리케이트인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,무기 염 또는 금속 유기염과 함께 사용되는 유기 염기 대 니트로벤젠의 몰비는 1:1 이상인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,유기 염기 대 니트로벤젠의 몰비는 1.1:1 내지 6:1인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,무기 염 또는 금속 유기 염 대 니트로벤젠의 몰비는 0.05:1 내지 6.5:1인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,상기 무기 염 또는 금속 유기 염 대 유기 염기의 몰비는 1:1 이상인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,상기 아닐린 유도체는 포름아닐리드, 페닐우레아, 카르바닐리드 및 티오카르바닐리드로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,상기 아닐린은 2-메톡시아닐린, 4-메톡시아닐린, 4-클로로아닐린, p-톨루이딘, 4-니트로아닐린, 3-브로모아닐린, 3-브로모-4-아미노톨루엔, p-아미노벤조산, 2,4-디아미노톨루엔, 2,5-디클로로아닐린, 1,4-페닐렌 디아민, 4,4'-메틸렌 디아닐린, 1,3,5-트리아미노벤젠 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되는 치환된 아닐린인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,본 발명의 방법에 따라 사용될 수 있는 치환된 니트로벤젠은 o-메틸니트로벤젠, m-메틸니트로벤젠, o-에틸니트로벤젠, m-에틸니트로벤젠, o-메톡시니트로벤젠, m-메톡시니트로벤젠, 및 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,유기 염기와의 결합에서 사용되는 상기 무기 염 또는 금속 유기 염은 세슘, 루비듐, 칼륨 및 나트륨의 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 설페이트, 히드로겐 설페이트, 니트레이트, 포스페이트, 포르메이트, 아세테이트 및 카르보네이트 염 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,퍼옥사이드를 사용하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,하이드로젠 퍼옥사이드를 사용하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,아닐린과 니트로벤젠의 반응기간중 일부기간동안만 존재하는 공기를 사용하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,상기 반응성 접촉은 20℃ 내지 150℃의 온도, 20 mbar 내지 20 barg의 압력 및 3.5시간 미만의 반응시간에서 실시되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,(b)단계의 반응은 물(moles) 대 니트로벤젠(moles)(수화물 중의 물을 제외함)의 몰비가 10:1 이하인 물과 니트로벤젠의 존재하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,유기 염기 및 무기염 또는 금속 유기염을 포함하는 상기 혼합물은 수용액 상태이며, 상기 반응은 아닐린-물 공비 혼합물의 연속 증류에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,상기 반응성 접촉은 적당한 용매 시스템에서 일어나는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 51 항에 있어서,상기 적당한 용매 시스템은 극성 비양성자성 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 52 항에 있어서,상기 극성 비양성자성 용매는 디메틸 설폭시드, 벤질 에테르, 1-메틸-2-피롤리디논 및 N,N-디메틸포름아미드로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,상기 제조된 4-아미노디페닐아민은 4-아미노디페닐아민의 알킬화 유도체로 환원적으로 알킬화되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,상기 화학식 3의 X는 히드록시드, 알콕시드, 아세테이트, 카르보네이트, 비카르보네이트, 시아나이드, 페놀류, 포스페이트, 히드로겐 포스페이트, 하이포클로라이트, 보레이트, 히드로겐 보레이트, 디히드로겐 보레이트, 설파이드, 실리케이트, 히드로겐 실리케이트, 디히드로겐 실리케이트 및 트리히드로겐 실리케이트로 구성된 음이온 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 35 항에 있어서,상기 유기 염기는 테트라메틸암모늄 히드록시드이며, 상기 무기염은 할로겐화물 음이온을 포함하고, 반응은 아닐린-물 공비 혼합물의 연속 증류에 의해 수용액에서 실시되는 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
- 제 56 항에 있어서,상기 할로겐화물 음이온은 클로라이드인 것을 특징으로 하는 4-아미노디페닐아민 또는 그의 치환된 유도체의 제조 방법.
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