KR102392169B1 - Method for manufacturing substituted cyclopentadiene - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강염기 및 끓는점이 높은 에터 용매를 이용한 치환된 사이클로펜타디엔의 제조방법에 관한 것이다. 이러한 제조방법을 이용하면 고순도 알킬 치환된 사이클로펜타디엔의 경제적 대량생산이 가능하다.The present invention relates to a method for preparing a substituted cyclopentadiene using a strong base and an etheric solvent having a high boiling point. Using this production method, economical mass production of high-purity alkyl-substituted cyclopentadiene is possible.
Description
본 발명은 강염기 및 끓는점이 높은 에터 용매를 이용한 치환된 사이클로펜타디엔의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for preparing a substituted cyclopentadiene using a strong base and an etheric solvent having a high boiling point.
치환된 사이클로펜타디엔 유도체를 염기 존재 하에서 지르코늄과 같은 금속과 반응시키면 메탈로센 착화합물이 만들어 진다. When the substituted cyclopentadiene derivative is reacted with a metal such as zirconium in the presence of a base, a metallocene complex is formed.
이렇게 합성되어진 메탈로센 촉매는 유기화학 반응에서 촉매로 유용하게 사용되는 화합물이며, 또한 이 메탈로센 착화합물은 올레핀의 중합 반응에 탁월하게 촉매 역할을 해주는 것으로 알려져 있다. 알킬기가 붙은 사이클로펜타디엔 유도체를 이용하여 만든 메탈로센 촉매는 알켄의 고분자화 반응에 널리 사용되는데 그 이유는 만들어지는 고분자의 물성을 고분자 합성단계에서 조절할 수 있기 때문이다.The synthesized metallocene catalyst is a compound that is usefully used as a catalyst in organic chemical reactions, and this metallocene complex is known to play an excellent catalyst role in the polymerization of olefins. A metallocene catalyst made using a cyclopentadiene derivative with an alkyl group is widely used in the polymerization of alkene because the properties of the polymer can be controlled in the polymer synthesis step.
따라서 산업적으로 중요한 메탈로센 착화합물을 합성하기 위하여 여러 종류의 알킬기가 치환된 사이클로펜타디엔을 합성하는 방법들이 알려져 있다. 알킬기가 붙은 사이클로펜타디엔 화합물을 합성하는 방법으로 풀벤과 같이 이중결합이 있는 사이클로펜타디엔을 LiAlH4로 환원시켜 합성하는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 합성된 생성물의 분리에 많은 문제점이 있다.Therefore, in order to synthesize an industrially important metallocene complex, methods for synthesizing cyclopentadiene substituted with various kinds of alkyl groups are known. As a method of synthesizing a cyclopentadiene compound with an alkyl group, there is a method of synthesizing a cyclopentadiene having a double bond, such as fulvene, by reducing it with LiAlH 4 . However, this method has many problems in the separation of the synthesized product.
또 다른 방법은 사이클로펜타디엔을 THF 와 같은 모노 에터 용매에 녹인 후 강한 염기와 반응시켜 음이온을 만들고 이 음이온을 할로겐화 알케인 화합물과 반응시켜 얻는 방법이 있다. 강한 염기로는 소듐 금속, 그리그나드 시약 (Grignard reagent)들을 사용할 수 있다. 그러나 이 방법들은 THF와 같은 용매를 사용하기 때문에 생성물의 끓는점이 낮은 경우 용매와 생성물을 분리하는데 문제점이 있다.Another method is to obtain an anion by dissolving cyclopentadiene in a monoether solvent such as THF and reacting it with a strong base, and then reacting the anion with a halogenated alkane compound. As a strong base, sodium metal and Grignard reagents can be used. However, since these methods use a solvent such as THF, there is a problem in separating the solvent and the product when the boiling point of the product is low.
이에 본 발명자들은 경제적인 대량생산 가능한 치환된 사이클로펜타디엔 제조방법을 예의 연구 노력한 결과, 비싼 시약 대신 강염기를 사용하여 사이클로펜타디에닐 음이온을 생성하여 알킬 치환 사이클로펜타디엔 유도체를 제조하도록 하면서도 에터 용매 중 끓는점이 높은 안정한 반응 용매를 사용하면 용이하게 감압증류가 가능하여 대량으로 치환된 고순도의 사이클로펜타디엔을 생성할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors have diligently researched a method for preparing a substituted cyclopentadiene that can be mass-produced economically, and as a result, a cyclopentadienyl anion is generated using a strong base instead of an expensive reagent to produce an alkyl-substituted cyclopentadiene derivative while preparing an alkyl-substituted cyclopentadiene derivative in an ether solvent. The present invention was completed by discovering that high-purity cyclopentadiene substituted in large quantities can be produced by easy distillation under reduced pressure by using a stable reaction solvent having a high boiling point.
본 발명의 양태는 도 1을 참고하면 pKa 17 이상인 염기를 끓는점이 150℃ 이상인 에터 용매에 첨가하여 염기 용액을 제조하는 제1단계(S100); 사이클로펜타디엔을 상기 염기 용액에 첨가한 후 교반하여 사이클로펜타디에닐 음이온 혼합 용액을 생성하는 제2단계(S200); 상기 사이클로펜타디에닐 음이온 혼합 용액에 알킬 할라이드를 첨가한 후 교반하여 알킬 치환된 사이클로펜타디엔 용액을 제조하는 제3단계(S300); 및 상기 제3단계에서 제조된 용액을 감압증류하여 상기 알킬 치환된 사이클로펜타디엔을 분리하는 제4단계(S400)를 포함하는, 치환된 사이클로펜타디엔 제조방법을 제공하는 것이다. An aspect of the present invention is a first step (S100) of preparing a base solution by adding a base having a pKa of 17 or higher to an ether solvent having a boiling point of 150°C or higher with reference to FIG. 1 ; a second step (S200) of adding cyclopentadiene to the base solution and stirring to produce a cyclopentadienyl anion mixed solution; a third step (S300) of preparing an alkyl-substituted cyclopentadiene solution by adding an alkyl halide to the cyclopentadienyl anion mixture solution and stirring; and a fourth step (S400) of separating the alkyl-substituted cyclopentadiene by distilling the solution prepared in the third step under reduced pressure.
본 발명은 분자량이 높은 에터 용매 내에서 강염기 그중에서도 pKa 17 이상인 알칼리 금속 아미드 또는 알칼리 금속 하이드라이드, 알칼리 금속 실릴아미드, 알칼리 금속, 알칼리 금속 알콕사이드 또는 리튬 알킬을 이용하여 사이클로펜타디에닐 음이온을 생성시킨 후 알킬 할라이드와 반응시켜 치환된 사이클로펜타디엔을 제조하는 방법에 관한 것으로, 사이클로펜타디엔은 메탈로센 착화합물 합성 및 의약품/고분자 등의 제조 분야에서 유용하게 사용될 수 있는 치환된 사이클로펜타디엔의 경제적인 대량 생산 제조방법인 것에 특징이 있다. The present invention relates to a cyclopentadienyl anion using a strong base, among others, an alkali metal amide or alkali metal hydride, alkali metal silylamide, alkali metal, alkali metal alkoxide or lithium alkyl having a pKa of 17 or higher in an ether solvent having a high molecular weight. It relates to a method for preparing substituted cyclopentadiene by reacting with an alkyl halide, wherein cyclopentadiene is an economical mass of substituted cyclopentadiene that can be usefully used in metallocene complex synthesis and manufacturing fields such as pharmaceuticals/polymers, etc. It is characterized by a production manufacturing method.
본 발명에서 사용된 용어 "치환된"은, 상기 용어 뒤의 기가 임의의 위치에서 하나 이상의 수소 대신 하나 이상의 모이어티를 갖는다는 것을 의미하며, 상기 모이어티는 C1 내지 C10 알킬기일 수 있다.As used herein, the term “substituted” means that the group after the term has one or more moieties in place of one or more hydrogens at any position, and the moiety may be a C1 to C10 alkyl group.
본 발명의 상기 제1단계(S100)는 종래의 값비싼 사이클로펜타디에닐 음이온 공급원 대신 pKa 17 이상인 강염기를 사용하는 단계를 의미할 수 있다. The first step (S100) of the present invention may refer to a step of using a strong base having a pKa of 17 or more instead of a conventional expensive source of cyclopentadienyl anion.
상기 제1단계(S100)의 상기 pKa 17 이상인 강염기는 알칼리 금속 아미드, 알칼리 금속 하이드라이드, 알칼리 금속실릴아미드, 알칼리 금속, 알칼리 금속알콕사이드 또는 리튬 알킬일 수 있다.The strong base having a pKa of 17 or more in the first step (S100) may be an alkali metal amide, an alkali metal hydride, an alkali metal silylamide, an alkali metal, an alkali metal alkoxide, or lithium alkyl.
상기 알칼리 금속 아미드 (alkali metal amides)는 구체적으로 소듐아미드(NaNH2), 칼륨아미드(KNH2) 및 리튬아미드(LiNH2) 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 염기인 것일 수 있다. 알칼리 금속 아미드의 경우 pKa 약 38 의 강염기이다.Specifically, the alkali metal amides (alkali metal amides) may be any one base selected from the group consisting of sodium amide (NaNH 2 ), potassium amide (KNH 2 ), and lithium amide (LiNH 2 ). For alkali metal amides, it is a strong base with a pKa of about 38.
상기 알칼리 금속 하이드라이드 (alkali metal hydride)는 구체적으로 소듐하이드라이드(NaH), 리튬하이드라이이드(LiH) 및 포타슘하이드라이드(KH) 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 염기인 것일 수 있다. 알칼리 금속 할라이드의 경우 pKa 약 35 의 강염기이다. Specifically, the alkali metal hydride may be any one base selected from the group consisting of sodium hydride (NaH), lithium hydride (LiH), and potassium hydride (KH). For alkali metal halides, it is a strong base with a pKa of about 35.
상기 알칼리 금속 실릴아미드 (alkali metal silylamides)는 구체적으로 소듐헥사메틸실릴아미드(NaHMDS), 칼륨헥사메틸실릴아미드(KHMDS) 및 리튬 헥사메틸실릴아미드(LiHMDS) 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 염기인 것일 수 있다. 알칼리 금속 실릴아미드의 경우 pKa 약 25 의 강염기이다.The alkali metal silylamides are specifically sodium hexamethylsilylamide (NaHMDS), potassium hexamethylsilylamide (KHMDS) and lithium hexamethylsilylamide (LiHMDS). can For alkali metal silylamides, it is a strong base with a pKa of about 25.
상기 알칼리금속은 구체적으로 소듐(Na), 리튬(Li), 포타슘(K)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 염기인 것일 수 있다. 알칼리 금속의 경우 pKa 약 35 이상의 강염기이다.Specifically, the alkali metal may be any one base selected from the group consisting of sodium (Na), lithium (Li), and potassium (K). For alkali metals, it is a strong base with a pKa of about 35 or higher.
상기 알칼리금속알콕사이드는 구체적으로 소듐 t-부톡사이드(NaOtBu), 리튬 t-부톡사이드(LiOtBu), 포타슘 t-부톡사이드(KOtBu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 염기인 것일 수 있다. 알칼리 금속 알콕사이드 의 경우 pKa 약 19의 강염기이다.Specifically, the alkali metal alkoxide may be any one base selected from the group consisting of sodium t-butoxide (NaOtBu), lithium t-butoxide (LiOtBu), and potassium t-butoxide (KOtBu). For alkali metal alkoxides, it is a strong base with a pKa of about 19.
또한 상기 리튬 알킬은 보다 구체적으로 상기 알킬이 탄소수 1 내지 10 인 것일 수 있으며, pKa 약 50의 강염기이다.In addition, the lithium alkyl may be more specifically the alkyl having 1 to 10 carbon atoms, and is a strong base having a pKa of about 50.
상기 제1단계(S100)의 상기 에터 용매는 끓는점이 150℃이상인 것일 수 있다. The ether solvent in the first step (S100) may have a boiling point of 150° C. or higher.
상기 제1단계(S100)의 상기 에터 용매는 대표적으로 글라임(glyme) 용매인 것으로, 상기 글라임은 글리콜 디에테르라고도 하며 다른 관능기를 포함하지 않는 포화 비환형 폴리에테르이다. 이것은 극성 비양성자성 용매로서 화학적으로 안정하여 염기 조건에서도 안정적이다. 또한 글라임의 체인의 길이가 길수록 반응 속도를 향상시킬 수 있다. 이는 모노글라임에 비해 폴리글라임 등의 경우 양이온 용해 능력이 향상되기 때문일 수 있다. The ether solvent in the first step (S100) is typically a glyme solvent, and the glyme is also called glycol diether and is a saturated acyclic polyether that does not contain other functional groups. It is a polar aprotic solvent and is chemically stable, even under basic conditions. In addition, the longer the chain of glyme, the better the reaction rate. This may be because polyglyme and the like have improved cation dissolving ability compared to monoglyme.
구체적으로, 상기 글라임 용매는 다이글라임, 트라이글라임, 테트라글라임, 펜타글라임, 헥사글라임, 헵타글라임, 옥타글라임 및 폴리글라임으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 사용된 용매는 트라이글라임으로 끓는점이 약 220℃인 것이다. Specifically, the glyme solvent may be any one selected from the group consisting of diglyme, triglyme, tetraglyme, pentaglyme, hexaglyme, heptaglyme, octaglyme, and polyglyme. . The solvent used in one embodiment of the present invention is triglyme and has a boiling point of about 220°C.
상기 제1단계(S100)에서 상기 에터 용매는 끓는점이 높은 R-(-OCH2CH2-)n-OR' (R=alkyl, R'=alkyl)의 구조([화학식 1])를 가지는 화합물인 폴리에틸렌글리콜디알킬에터 인 것일 수 있다. 상기 폴리에틸렌글리콜디알킬에터는 상온, 상압에서 액체인 것을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 R 및 상기 R'은 탄소수 2 내지 6의 직쇄, 분쇄, 및 사이클릭 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이고, 상기 n은 1 내지 8의 정수인 것을 의미할 수 있다. 이는 글라임과 유사하게 끓는점이 높아 본 발명의 감압증류에 적합한 용매일 수 있다. In the first step (S100), the ether solvent is a compound having a high boiling point R-(-OCH 2 CH 2 -) n -OR' (R=alkyl, R'=alkyl) structure ([Formula 1]) The phosphorus may be polyethylene glycol dialkyl ether. The polyethylene glycol dialkyl ether may mean a liquid at room temperature and pressure. More specifically, R and R' may be any one selected from the group consisting of linear, pulverized, and cyclic alkyl having 2 to 6 carbon atoms, and n may mean an integer of 1 to 8. It has a high boiling point similar to glyme, and may be a suitable solvent for the vacuum distillation of the present invention.
상기 제1단계(S100)에서 상기 에터 용매는 끓는점이 높은 R-(-OCH2CHMe-)n-OR' (R=alkyl, R'=alkyl)의 구조([화학식 2])를 가지는 화합물인 폴리프로필렌글리콜디알킬에터인 것일 수 있다. 상기 폴리프로필렌글리콜디알킬에터는 상온, 상압에서 액체인 것을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 R 및 상기 R'은 탄소수 1 내지 6의 직쇄, 분쇄, 사이클릭 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이고, 상기 n은 1 내지 8의 정수인 것을 의미할 수 있으며, 글라임과 유사하게 끓는점이 높아 본 발명의 감압증류에 적합한 용매일 수 있다.In the first step (S100), the ether solvent is a compound having a high boiling point R-(-OCH 2 CHMe-) n -OR' (R=alkyl, R'=alkyl) structure ([Formula 2]) It may be polypropylene glycol dialkyl ether. The polypropylene glycol dialkyl ether may mean that it is liquid at room temperature and pressure. More specifically, R and R' are any one selected from the group consisting of linear, pulverized, and cyclic alkyl having 1 to 6 carbon atoms, and n may mean an integer of 1 to 8, similar to glyme. It may be a solvent suitable for the vacuum distillation of the present invention because of its high boiling point.
상기 제1단계(S100)에서 상기 에터 용매는 끓는점이 높은 R-O-R' (R=alkyl, R'=alkyl)의 구조([화학식 3])를 가지는 화합물인 디알킬에터인 것일 수 있다. 상기 디알킬에터는 상온, 상압에서 액체인 것을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 R 및 상기 R'은 탄소수 4 내지 10의 직쇄, 분쇄, 및 사이클릭 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다. 이는 글라임과 유사하게 끓는점이 높아 본 발명의 감압증류에 적합한 용매일 수 있다.In the first step (S100), the ether solvent may be a dialkyl ether, a compound having a high boiling point R-O-R' (R=alkyl, R'=alkyl) structure ([Formula 3]). The dialkyl ether may mean a liquid at room temperature and pressure. More specifically, R and R' may be any one selected from the group consisting of straight-chain, pulverized, and cyclic alkyl having 4 to 10 carbon atoms. It has a high boiling point similar to glyme, and may be a suitable solvent for the vacuum distillation of the present invention.
상기 제2단계(S200)는 염기가 사이클로펜타디엔으로 부터 사이클로펜타디에닐 음이온 중간체를 생성하도록 하는 단계를 의미할 수 있다. The second step (S200) may refer to a step of allowing the base to generate a cyclopentadienyl anion intermediate from cyclopentadiene.
상기 제2단계(S200)에서 상기 교반은 약 1시간 내지 약 2시간 동안 60 rpm 내지 300 rpm 이하로 교반 자석(magnetic bar)을 이용하여 진행할 수 있다. 교반시 온도 조건은 반응물에 따라 상이할 수 있으나, 약 0℃ 내지 30℃ 에서 이루어질 수 있다.In the second step (S200), the stirring may be performed using a magnetic bar at 60 rpm to 300 rpm or less for about 1 hour to about 2 hours. The temperature conditions during stirring may be different depending on the reactants, but may be made at about 0°C to 30°C.
상기 제3단계(S300)는 상기 사이클로펜타디에닐 음이온 혼합 용액에 알킬 할라이드를 첨가한 후 교반하여 알킬 치환된 사이클로펜타디엔 용액을 제조하는 단계로서, 구체적으로 상기 사이클로펜타디에닐 음이온이 알킬 할라이드와 친핵성 치환반응을 수행하여 알킬 치환된 사이클로펜타디엔이 포함된 용액을 수득할 수 있다. The third step (S300) is a step of preparing an alkyl-substituted cyclopentadiene solution by adding an alkyl halide to the cyclopentadienyl anion mixed solution and then stirring. Specifically, the cyclopentadienyl anion is mixed with an alkyl halide A nucleophilic substitution reaction may be performed to obtain a solution containing alkyl-substituted cyclopentadiene.
상기 제3단계(S300)에서 상기 알킬 할라이드는 상기 알킬이 탄소수 1 내지 10 인 것이고, 상기 할라이드가 F, Cl, Br, I 인 것일 수 있다. 상기 알킬은 탄소수 1 내지 10의 직쇄, 분쇄, 및 사이클릭 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 알킬인 것이고, 알킬 치환기의 비제한적인 예는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, t-부틸, s-부틸, iso-부틸, n-펜틸, t-펜틸, iso-펜틸, s-펜틸, neo-펜틸, 직쇄 및 분쇄 헥실, 사이클로펜틸, 또는 사이클로헥실을 포함한다.In the third step (S300), in the alkyl halide, the alkyl may have 1 to 10 carbon atoms, and the halide may be F, Cl, Br, or I. The alkyl is any one alkyl selected from the group consisting of linear, pulverized, and cyclic alkyl having 1 to 10 carbon atoms, and non-limiting examples of the alkyl substituent include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl , t-butyl, s-butyl, iso-butyl, n-pentyl, t-pentyl, iso-pentyl, s-pentyl, neo-pentyl, straight and branched hexyl, cyclopentyl, or cyclohexyl.
상기 제3단계(S300)에서 상기 알킬 할라이드는 약 1시간 내지 2시간에 걸쳐 서서히 첨가할 수 있다. 이는 미반응 알킬 할라이드를 최소화하고 부생성물을 최소화하기 위함이다. In the third step (S300), the alkyl halide may be added slowly over about 1 to 2 hours. This is to minimize unreacted alkyl halides and to minimize by-products.
상기 제3단계(S300)에서 상기 교반은 약 24℃ 내지 34℃ 온도에서 약 10 시간 내지 20 시간 정도 교반 자석(magnetic bar)을 이용하여 충분하게 교반을 진행할 수 있다. 교반 속도는 약 60 rpm 내지 300 rpm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the third step (S300), the stirring may be performed sufficiently at a temperature of about 24° C. to about 34° C. using a magnetic bar for about 10 to 20 hours. The stirring speed may be about 60 rpm to 300 rpm, but is not limited thereto.
상기 제4단계(S400)는 상기 제3단계(S300)에서 제조된 용액으로부터 상기 알킬 치환된 사이클로펜타디엔을 분리하는 단계로, 구체적으로 감압증류에 의해 용매를 제거하고 최종 생성물인 알킬 치환된 사이클로펜타디엔을 분리하는 단계를 의미할 수 있다. The fourth step (S400) is a step of separating the alkyl-substituted cyclopentadiene from the solution prepared in the third step (S300). Specifically, the solvent is removed by distillation under reduced pressure, and the final product is an alkyl-substituted cyclo It may refer to the step of separating pentadiene.
본 발명의 용어 상기 '감압증류'란 끓는점이 비교적 높은 액체 혼합물을 분리하기 위하여 액체에 작용하는 압력을 감소시켜 증류 속도를 빠르게 하는 방법을 의미할 수 있다. 이러한 감압증류를 통해 시간당 증류량을 높일 수 있고 저온에서 생성물을 분리할 수 있는 장점을 갖는다. As used herein, the term 'reduced distillation' may refer to a method of increasing the distillation rate by reducing the pressure applied to the liquid in order to separate a liquid mixture having a relatively high boiling point. Such distillation under reduced pressure has the advantage of increasing the distillation amount per hour and separating the product at a low temperature.
상기 제4단계(S400)에서 최종 생성된 알킬 치환된 사이클로펜타디엔의 끓는점이 대략 100℃ 이하로 낮아 예를 들어 종래 THF (끓는점 약 66℃ 용매에 용해된 경우 감압증류로 분리하더라도 용매를 포함하지 않는 고순도의 사이클로펜타디엔을 수득하기 어려운 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명은 알킬 치환된 사이클로펜타디엔과 끓는점 차이가 큰 용매를 사용함으로서 감압증류로 용이하게 분리해낼 수 있다. The boiling point of the alkyl-substituted cyclopentadiene finally produced in the fourth step (S400) is about 100° C. or less, so for example, conventional THF (when dissolved in a solvent with a boiling point of about 66° C., even if separated by vacuum distillation, no solvent is included. However, in the present invention, it can be easily separated by vacuum distillation by using a solvent having a large boiling point difference from the alkyl-substituted cyclopentadiene.
상기 제4단계(S400)의 감압증류의 진공도는 진공펌프를 이용하여 조절할 수 있으며 상기 진공도는 3 torr 내지 50 torr 인 것일 수 있다. 상기 범위와 같이 낮은 압력을 유지할 경우 끓는점이 낮아져 10℃내지 100℃온도 범위에서 최종 생성물인 알킬 치환된 사이클로펜타디엔을 분리해낼 수 있다.The vacuum degree of the vacuum distillation in the fourth step (S400) may be adjusted using a vacuum pump, and the vacuum degree may be 3 torr to 50 torr. If the pressure is maintained as low as in the above range, the boiling point is lowered, so that the final product, the alkyl-substituted cyclopentadiene, can be separated in the temperature range of 10°C to 100°C.
본 발명은 이론적으로 등몰량의 상기 pKa 약 17 이상인 염기, 사이클로펜타디엔 및 알킬기 공급원인 알킬 할라이드를 완전히 반응시키는 것이나, 일정 몰수 범위 내에서 반응 혼합물에 바람직하지 않은 불순물의 생성을 감소시키기 위해 하기와 같은 몰수 비로 반응물을 혼합할 수 있다. The present invention is theoretically to completely react an equimolar amount of a base with a pKa of about 17 or higher, cyclopentadiene, and an alkyl halide as a source of an alkyl group, but within a certain mole range, in order to reduce the production of undesirable impurities in the reaction mixture, The reactants can be mixed in equal mole ratios.
구체적으로 본 발명의 실시양태에 따르면, 고순도의 사이클로펜타디엔을 얻기 위해 Specifically, according to an embodiment of the present invention, in order to obtain cyclopentadiene of high purity,
상기 제2단계(S200)에서 pKa 약 17 이상인 염기에 상기 사이클로펜타디엔을 1 : 0.9 내지 1 : 1.1 의 몰수비로 첨가할 수 있으며, 보다 바람직하게는 1:0.9 내지 1 : 1의 몰수비일 수 있다.In the second step (S200), the cyclopentadiene may be added to the base having a pKa of about 17 or more in a molar ratio of 1:0.9 to 1:1.1, and more preferably in a molar ratio of 1:0.9 to 1:1. there is.
상기 제3단계(S300)에서 상기 사이클로펜타디엔에 상기 알킬 할라이드를 1: 0.5 내지 1 : 1 의 몰수비로 첨가하는 것일 수 있다.In the third step (S300), the alkyl halide may be added to the cyclopentadiene in a molar ratio of 1: 0.5 to 1:1.
본 발명자들은 강염기와 높은 끓는점을 갖는 에터 용매를 사용하여 고순도 알킬 치환된 사이클로펜타디엔의 대량 생산이 가능한 경제적인 제조방법을 완성하였다. 상기 제조방법으로 생산된 알킬 치환된 사이클로펜타디엔은 메탈로센 착화합물 합성에 경제적 기여가 가능하며, 의약품 및 고분자 등의 제조에도 유용하게 사용될 것이다. The present inventors have completed an economical method for mass production of high-purity alkyl-substituted cyclopentadiene using a strong base and an ether solvent having a high boiling point. The alkyl-substituted cyclopentadiene produced by the above preparation method can contribute economically to the synthesis of a metallocene complex, and will be usefully used in the manufacture of pharmaceuticals and polymers.
도 1은 알킬 치환된 사이클로펜타디엔 제조방법의 순서도이다.1 is a flowchart of a method for preparing an alkyl-substituted cyclopentadiene.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These Examples are for explaining the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by these Examples.
실시예 1. 에틸사이클로펜타-1,3-디엔의 제조Example 1. Preparation of ethylcyclopenta-1,3-diene
[반응식 1][Scheme 1]
상기 반응식 1에 나타낸 바와 같이 반응을 수행하였다. 상기 반응물들을 혼합하여 반응을 진행시켰다. NaNH2 (약 101 g, 약 2.59 mol)를 트라이글라임(약 1 L)에 넣은 후 그 용액을 약 0℃에서 교반시켰다. 사이클로펜타-1,3-디엔 (약 180 g, 약 2.73 mol)을 이 용액에 서서히 약 1.5 시간 동안 넣어 주었다. 이 과정에서 암모니아 기체가 나오는 것을 통하여 반응이 진행됨을 확인할 수 있었다. 이어서, 반응 혼합물을 약 0℃에서 약 1시간 동안 더 교반하였다. 브로모에테인 (약 267 g, 약 2,45 mol)을 약 1.5시간에 걸쳐 반응 혼합물에 첨가 하였다. (내부 온도는 약 15℃미만으로 유지됨). 반응 혼합물을 실온으로 올리고 약 15 시간 동안 교반하였다. 반응의 진행 상황은 용액 일부를 취하여 NMR로 확인 하였다. 반응을 종료 시키고, 용액을 약 12 torr의 진공 상태에서 증류하였다. 처음에는 암모니아 가스가 나오기 때문에 천천히 온도를 올려주었다. 기체온도 약 30℃ 내지 32℃에서 나오는 것을 모아 NMR 분석을 통하여 생성물이 생기는 것을 확인하였다. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 6.53-5.95 (m, 3H), 2.98-2.79 (m, 2H), 2.47-2.26 (m, 2H), 1.14 (t, J = 6 Hz, 3H).The reaction was carried out as shown in Scheme 1 above. The reactants were mixed to proceed with the reaction. NaNH 2 (about 101 g, about 2.59 mol) was added to triglyme (about 1 L) and the solution was stirred at about 0°C. Cyclopenta-1,3-diene (about 180 g, about 2.73 mol) was slowly added to this solution for about 1.5 hours. In this process, it was confirmed that the reaction proceeded through the release of ammonia gas. The reaction mixture was then stirred at about 0° C. for about 1 hour further. Bromoethane (about 267 g, about 2,45 mol) was added to the reaction mixture over about 1.5 hours. (The internal temperature is kept below about 15°C). The reaction mixture was brought to room temperature and stirred for about 15 hours. The progress of the reaction was confirmed by NMR by taking a portion of the solution. After the reaction was terminated, the solution was distilled in a vacuum of about 12 torr. At first, because ammonia gas came out, the temperature was raised slowly. It was confirmed that a product was formed through NMR analysis by collecting the products at a gas temperature of about 30°C to 32°C. 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ 6.53-5.95 (m, 3H), 2.98-2.79 (m, 2H), 2.47-2.26 (m, 2H), 1.14 (t, J = 6 Hz, 3H) .
최종적으로 에틸사이클로펜타-1,3-디엔은 약 158 g, 약 1.68 mol 수득하였고, 이는 약 69%의 수율로 계산되었다.Finally, about 158 g, about 1.68 mol of ethylcyclopenta-1,3-diene was obtained, which was calculated in a yield of about 69%.
실시예 2. 이소프로필사이클로펜타-1,3-디엔 Example 2. Isopropylcyclopenta-1,3-diene
[반응식 2][Scheme 2]
상기 반응식 2에 나타낸 바와 같이 반응을 수행하였다. NaNH2 (약 81.4 g, 약 2.09 mol)를 트라이글라임(약 870 mL)에 넣은 후 그 용액을 0℃에서 교반시켰다. 사이클로펜타-1,3-디엔(약 243 g, 약 1.98 mol)을 이 용액에 서서히 약 1시간 동안 넣어 주었다. 이 과정에서 암모니아 기체가 나오는 것을 통하여 반응이 진행됨을 확인할 수 있었다. 이어서, 반응 혼합물을 약 0℃에서 약 1시간 동안 더 교반하였다. 2-브로모프로페인 (약 243 g, 약 1.98 mol)을 1시간에 걸쳐 반응 혼합물에 첨가 하였다(내부 온도는 약 15℃미만으로 유지됨). 반응 혼합물을 실온으로 올리고 약 15시간 동안 교반하였다. 반응의 진행 상황은 용액 일부를 취하여 NMR로 확인 하였다. 반응을 종료 시키고, 용액을 약 12 torr의 진공 상태에서 증류하였다. 처음에는 암모니아 가스가 나오기 때문에 천천히 온도를 올려주었다. 기체온도 약 28℃내지 30℃에서 나오는 것을 모아 NMR 분석을 통하여 생성물이 생기는 것을 확인하였다. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ6.59-5.96 (m, 3H), 3.01-2.88 (m, 2H), 2.77-2.59 (m, 1H), 1.15 (d, J = 9 Hz, 6H). The reaction was carried out as shown in Scheme 2 above. NaNH 2 (about 81.4 g, about 2.09 mol) was added to triglyme (about 870 mL) and the solution was stirred at 0°C. Cyclopenta-1,3-diene (about 243 g, about 1.98 mol) was slowly added to this solution for about 1 hour. In this process, it was confirmed that the reaction proceeded through the release of ammonia gas. The reaction mixture was then stirred at about 0° C. for about 1 hour further. 2-Bromopropane (ca. 243 g, ca. 1.98 mol) was added to the reaction mixture over 1 h (the internal temperature was maintained below about 15° C.). The reaction mixture was brought to room temperature and stirred for about 15 hours. The progress of the reaction was confirmed by NMR by taking a portion of the solution. After the reaction was terminated, the solution was distilled in a vacuum of about 12 torr. At first, because ammonia gas came out, the temperature was raised slowly. It was confirmed that a product was formed through NMR analysis by collecting the gases from about 28°C to 30°C. 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ6.59-5.96 (m, 3H), 3.01-2.88 (m, 2H), 2.77-2.59 (m, 1H), 1.15 (d, J = 9 Hz, 6H) ).
최종적으로 이소프로필사이클로펜타-1,3-디엔은 약 131 g, 약 1.21 mol 수득하였고, 약 61% 수율로 계산되었다.Finally, about 131 g of isopropylcyclopenta-1,3-diene was obtained, and about 1.21 mol was obtained, which was calculated in a yield of about 61%.
실시예 3. Example 3. secsec -부틸사이클로펜타-1,3-디엔의 제조-Preparation of butylcyclopenta-1,3-diene
[반응식 3][Scheme 3]
상기 반응식 3에 나타낸 바와 같이 반응을 수행하였다. NaNH2 (약 84.2 g, 약 2.09 mol)를 트라이글라임(약 1 L)에 넣은 후 그 용액을 약 23℃에서 교반시켰다. 사이클로펜타-1,3-디엔 (약 150 g, 약 2.20 mol)을 이 용액에 서서히 1시간 동안 넣어 주었다. 이 과정에서 암모니아 기체가 나오는 것을 통하여 반응이 진행됨을 확인할 수 있었다. 이어서, 반응 혼합물을 23℃에서 1시간 동안 더 교반하였다. 2-브로모뷰테인 (약 280 g, 약 1.98 mol)을 1시간에 걸쳐 반응 혼합물에 첨가 하였다(내부 온도는 약 28℃미만으로 유지됨). 반응 혼합물의 온도를 실온으로 낮추고 약 15시간 동안 교반하였다. 반응의 진행 상황은 용액 일부를 취하여 NMR로 확인 하였다. 반응을 종료 시키고, 용액을 약 9 torr 진공 상태에서 증류하였다. 처음에는 암모니아 가스가 나오기 때문에 천천히 온도를 올려주었다. 기체온도 약 20℃ 내지 22℃에서 나오는 것을 모아 NMR 분석을 통하여 생성물이 생기는 것을 확인하였다 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ6.53-5.96 (m, 3H), 2.98-2.84 (m, 2H), 2.56-2.37 (m, 1H), 1.63-1.36 (m, 2H), 1.12 (d, J = 9 Hz, 3H), 0.85 (t, J = 9 Hz, 3H) The reaction was carried out as shown in Scheme 3 above. NaNH 2 (about 84.2 g, about 2.09 mol) was added to triglyme (about 1 L) and the solution was stirred at about 23°C. Cyclopenta-1,3-diene (about 150 g, about 2.20 mol) was slowly added to this solution for 1 hour. In this process, it was confirmed that the reaction proceeded through the release of ammonia gas. The reaction mixture was then stirred at 23° C. for a further 1 h. 2-Bromobutane (about 280 g, about 1.98 mol) was added to the reaction mixture over 1 hour (the internal temperature was maintained below about 28°C). The temperature of the reaction mixture was lowered to room temperature and stirred for about 15 hours. The progress of the reaction was confirmed by NMR by taking a portion of the solution. After the reaction was terminated, the solution was distilled in a vacuum of about 9 torr. At first, because ammonia gas came out, the temperature was raised slowly. It was confirmed that the product was produced through NMR analysis by collecting the gas at a gas temperature of about 20 ° C to 22 ° C. 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ6.53-5.96 (m, 3H), 2.98-2.84 (m, 2H), 2.56-2.37 (m, 1H), 1.63-1.36 (m, 2H), 1.12 (d, J = 9 Hz, 3H), 0.85 (t, J = 9 Hz, 3H)
최종적으로 sec-부틸사이클로펜타-1,3-디엔을 약 110 g, 약 0.90 mol 수득하였으며, 약 45% 수율로 계산되었다.Finally, about 110 g, about 0.90 mol of sec -butylcyclopenta-1,3-diene was obtained, which was calculated in a yield of about 45%.
상술한 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법을 통해 경제적인 염기의 사용 및 용이한 감압증류에 의해서도 치환된 사이클로펜타디엔 생성이 가능함을 확인하였으며, 상기의 새로운 제조방법을 통해 치환된 사이클로펜타디엔을 활용한 촉매, 의약물질 및 고분자 등의 제조에 유용하게 활용될 수 있다.As described above, it was confirmed that the production of substituted cyclopentadiene is possible even by economical use of a base and easy distillation under reduced pressure through the production method according to an embodiment of the present invention. It can be usefully used in the manufacture of catalysts, pharmaceuticals, polymers, etc. using pentadiene.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary skill in the art will not depart from the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later. It will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the scope of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.Accordingly, the technical scope of the present invention should not be limited to the content described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.
S100: 염기용액 제조단계
S200: 사이클로펜타디에닐 음이온 생성단계
S300: 알킬 치환된 사이클로펜타디엔 제조단계
S400: 알킬 치환된 사이클로펜타디엔 분리단계S100: base solution preparation step
S200: cyclopentadienyl anion generation step
S300: Alkyl-substituted cyclopentadiene production step
S400: Separation of alkyl-substituted cyclopentadiene
Claims (10)
사이클로펜타디엔을 상기 염기 용액에 첨가한 후 교반하여 사이클로펜타디에닐 음이온 혼합 용액을 생성하는 제2단계;
상기 사이클로펜타디에닐 음이온 혼합 용액에 알킬 할라이드를 첨가한 후 교반하여 알킬 치환된 사이클로펜타디엔 용액을 제조하는 제3단계; 및
상기 제3단계에서 제조된 용액을 감압증류하여 상기 알킬 치환된 사이클로펜타디엔을 분리하는 제4단계를 포함하고,
상기 감압증류는 3 torr 내지 50 torr 및 10℃내지 100℃에서 수행되고,
상기 pKa 17 이상인 염기는 소듐아미드(NaNH2), 칼륨아미드(KNH2), 소듐하이드라이드(NaH), 포타슘하이드라이드(KH), 소듐헥사메틸실릴아미드(NaHMDS), 포타슘헥사메틸실릴아미드(KHMDS), 소듐(Na), 포타슘(K), 소듐 t-부톡사이드(NaOtBu) 및 포타슘 t-부톡사이드(KOtBu)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 염기인, 치환된 사이클로펜타디엔 제조방법.
A first step of preparing a base solution by adding a base having a pKa of 17 or higher to a glyme solvent having a boiling point of 150°C or higher;
a second step of adding cyclopentadiene to the base solution and stirring to produce a cyclopentadienyl anion mixed solution;
a third step of preparing an alkyl-substituted cyclopentadiene solution by adding an alkyl halide to the cyclopentadienyl anion mixture solution and stirring; and
A fourth step of separating the alkyl-substituted cyclopentadiene by distilling the solution prepared in the third step under reduced pressure,
The vacuum distillation is carried out at 3 torr to 50 torr and 10 to 100 °C,
The base pKa of 17 or more is sodium amide (NaNH 2 ), potassium amide (KNH 2 ), sodium hydride (NaH), potassium hydride (KH), sodium hexamethylsilylamide (NaHMDS), potassium hexamethylsilylamide (KHMDS) ), sodium (Na), potassium (K), sodium t-butoxide (NaOtBu) and potassium t-butoxide (KOtBu) any one base selected from the group consisting of, a method for producing a substituted cyclopentadiene.
상기 글라임 용매는 다이글라임, 트라이글라임, 테트라글라임, 펜타글라임, 헥사글라임, 헵타글라임, 옥타글라임 및 폴리글라임으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 것인, 치환된 사이클로펜타디엔 제조방법.
According to claim 1,
The glyme solvent is any one selected from the group consisting of diglyme, triglyme, tetraglyme, pentaglyme, hexaglyme, heptaglyme, octaglyme and polyglyme, a substituted cyclopenta Diene manufacturing method.
상기 알킬 할라이드에서 상기 알킬은 탄소수 1 내지 10의 직쇄, 분쇄, 및 사이클릭 알킬로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이고,
상기 할라이드는 F, Cl, Br, I로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것인, 치환된 사이클로펜타디엔 제조방법.
According to claim 1,
In the alkyl halide, the alkyl is any one selected from the group consisting of linear, pulverized, and cyclic alkyl having 1 to 10 carbon atoms,
The halide is one selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, a method for producing a substituted cyclopentadiene.
상기 pKa 17 이상인 염기에 상기 사이클로펜타디엔을 1: 0.9 내지 1:1.1 의 몰수비로 첨가하는 것인, 치환된 사이클로펜타디엔 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing a substituted cyclopentadiene, wherein the cyclopentadiene is added to the base with a pKa of 17 or more in a molar ratio of 1: 0.9 to 1: 1.1.
상기 사이클로펜타디엔에 상기 알킬 할라이드를 1:0.5 내지 1:1 의 몰수비로 첨가하는 것인, 치환된 사이클로펜타디엔 제조방법.
According to claim 1,
A method for producing a substituted cyclopentadiene, wherein the alkyl halide is added to the cyclopentadiene in a molar ratio of 1:0.5 to 1:1.
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