KR20040070361A - 황산 망간 (ⅱ) 촉매를 사용한 라세믹 인덴 옥시드의 제조 방법. - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아미노 인다놀 (aminoindanol) 제조에 사용되는 라세믹 인덴 옥시드 (racemic indene oxide)를 합성하는 것이다. 황산 망간 (II) (manganese II sulfate)을 촉매로하여 올레핀계(olefin) 화합물인 인덴 (indene)을 에폭시화 반응 (epoxidation)시켜 라세믹 인덴 옥시드를 합성하는 것이다. 좀 더 상세하게는 N,N-디메틸포름아미드 (N,N-dimethylformamide)와 같은 용매에 인덴과 촉매를 투입한 후 적절한 pH 하에서 과산화 수소 (hydrogen peroxide)로 에폭시화 반응 시킴으로써 라세믹 인덴 옥시드를 제조하는 방법이다. 그 결과 상기의 제조 방법은 공정이 용이하며, 저렴한 비용으로 높은 수율의 라세믹 인덴 옥시드를 합성할 수 있으므로 상업적으로 매우 유용하다. 또한, 제조된 라세믹 인덴 옥시드는 리터 반응 (Ritter reaction)을 통해 아미노 인다놀로 합성된다.
Description
본 발명은 황산 망간 (II)을 촉매로 하여 올레핀계 화합물인 인덴을 에폭시화 반응 (epoxidation)시켜 라세믹 인덴 옥시드를 합성하는 것이다. 좀 더 상세하게는 N,N-디메틸포름아미드와 같은 용매에 인덴과 촉매를 투입한 후 적절한 pH 하에서 과산화 수소로 에폭시화 반응 시킴으로써 라세믹 인덴 옥시드를 제조하는 방법이다. 본 발명의 방법은 촉매로 황산 망간 (II)을 사용함으로써 반응성이 좋고, 경제성이 있으며, 높은 수율을 갖는 라세믹 인덴 옥시드를 얻을 수 있다.
최근에 옥시드 화합물을 합성하는 연구가 활발하게 진행되어 왔는데, Sato 등은 터미널 올레핀 (terminal olefin) 화합물의 에폭시 반응을 수행하여 90 % 이상의 수율을 얻었고, 스티렌 (styrene) 옥시드의 경우 23 % 이하의 수율을 얻었다. 이 제조 방법은 부생성물로써 물이 생성되므로 환경적으로는 유익하나 3 종류의 촉매를 혼합하여 제조함으로써 경제성이 떨어지는 단점이 있다 (J. Org. Chem., Vol. 61, 8310-8311, 1996).
또한, Rudolph 등은 피리딘 (pyridine) / 메틸트리옥소니움(methyltrioxorhenium) 촉매를 이용하여 디클로르메탄 (dichloromethane) 하에서 과산화 수소로 에폭시화 반응시킴으로써 수율 92 %의 인덴 옥시드를 합성하였다. 그러나, 상기 공정은 촉매인 메틸트리옥소니움의 가격이 매우 비싼 단점이 있다 (J. Am. Chem. Soc., Vol.119, 6189-6190, 1997).
Adolfsson 등은 피리딘 등의 첨가에 의한 올레핀 화합물의 에폭시 반응을 수행하였다. 올레핀 화합물은 메틸트리옥소니움을 촉매로 과산화 수소를 산화제로 사용함으로써 에폭시드 화합물로의 합성이 가능하다. 그러나, 이 공정은 촉매의 가격이 매우 비싸고, 피리딘 사용에 의한 유해물질 발생의 단점이 있다 (Tetrahedron Letter, Vol. 40, 3991-3994, 1999).
Adam 등은 시스인단디올 (cis-indandiol)의 생성을 5 %이하로 줄일 수 있는 방법을 개발하였으나, 이 방법은 피리딘 대신 NaY 제올라이트 (NaY zeolite)/메틸트리옥소니움을 촉매로 하는 반응으로서 이 반응 역시 촉매의 가격면에서 경제성이 떨어지는 단점이 있다 (J. Org. Chem., Vol.65, 2897-2899, 2000).
한편, 망간계 (manganese) 촉매로 에폭시화 반응을 일으키는 방법이 연구되고 있는데, Mohajer와 Tangestaninejad는 이미다졸 (imidazole) 하에서 망간 (III)계 화합물을 촉매로, n-Bu4NIO4(tetra-n-butylammonium periodate)를 첨가하여 올레핀계 화합물로 부터 에폭시드를 합성하였고, 이때, 인덴의 전환율은 88 %였다 (Tetrahedron Letters, Vol.35, 945-948, 1994).
또한, Oxalate를 Mn-tmtacn (1,4,7-trimethyl-1,4,7-triazacyclononane)에첨가하여 올레핀 화합물로부터 에폭시드를 얻는 공정이 개발 되었다 (Tetrahedron Letters, Vol.39, 3221-3224, 1998).
Chatterjee 등은 새로운 망간 (III)계 촉매 2 종류를 제조하여 디클로르메탄/물 상에서 인덴을 에폭시화 반응시켰는데, 수율은 각각 36 %, 25 % 였다 (J.Molecular Cat. A: Chemical, Vol. 169, 41-45, 2001).
Mohajer와 Rezaeifard는 망간 (III)계 촉매를 이용하여 인덴을 상온에서 5분 안에 반응시킴으로써 76 %의 수율을 갖는 인덴 옥시드를 합성하였는데, 이 공정에 사용되는 TBAO (tetrabutylammonium monopersulfate)는 폭발성이 있으므로 대량 생산을 위한 공정상에 문제를 갖고 있다 (Tetrahedron Letters, Vol.43, 1881-1884, 2002).
앞서 전술한 망간 (III)계 촉매를 사용한 상기의 방법들은 모두 촉매 합성을 위한 공정상의 복잡함과 비싼 촉매의 가격으로 인해 경제성이 떨어지는 단점을 갖고 있다.
이에 반해 Benjamin 등은 황산 망간 (II) 촉매를 N,N-디메틸포름아미드 용매에 투입하여 과산화 수소로 에폭시화 반응을 시키는 공정을 개발하였으며, 이를 이용해 다양한 종류의 기질 (substrate)들을 에폭시화 반응 시키는데 성공하였다 (J. Am. Chem. Soc., Vol. 123, 2933-2934, 2001).
이 방법은 경제적으로 우수하고, 공정이 간단하며 높은 수율의 에폭시 화합물을 생산할 수 있다.
이에 본 발명자들은 Benjamin 등의 방법과 같이 N,N-디메틸포름아미드 같은 용매와 황산 망간 (II) 촉매를 이용하여 과산화 수소로 에폭시화 시키는 방법을 기초로하여 라세믹 인덴 옥시드를 인덴으로 부터 합성하는 제조 공정을 개발하였다.
본 발명의 목적은 경제적으로 우수하고, 공정이 간단하며 높은 수율을 갖는 라세믹 인덴 옥시드의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은 N,N-디메틸포름아미드 등의 용매에 인덴과 황산 망간 (II) 촉매를 투입하고, 여기에 일정한 pH와 온도를 유지하며 과산화 수소 용액을 서서히 첨가하여 라세믹 인덴 옥시드를 제조하였다.
라세믹 인덴 옥시드는 리터 반응 (Ritter reaction)에 의해 아미노 인다놀로 합성되어진다.
이하, 본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 N,N-디메틸포름아미드 등의 용매에 인덴과 황산 망간 (II) 촉매를 투입 후 교반하여 상온을 유지하였으며, 여기에 중탄산나트륨 (NaHCO3), 탄산나트륨 (Na2CO3)과 물을 혼합한 뒤 1 N 염산용액으로 pH 8.0으로 조절하여 0 ℃ 이하를 유지하며 30 % 과산화 수소를 첨가하였다. 이 용액을 N,N-디메틸포름아미드 용액에 10시간 내에 서서히 적가하여 25 ℃ 이하를 유지하며 인덴 옥시드를 제조함으로써 이루어진다.
상기 반응 후, 증류 및 유기용매 추출법에 의해 라세믹 인덴 옥시드를 분리하였고, 기체크로마토그래피 (DS 6200, 도남인스트루먼트사)를 이용하여 상기의 화합물을 정량할 수 있었다. 분석조건으로는 SGE 사의 BP-1 모세관 칼럼 (내경 0.53 mm, 길이 30 m)을 100 ℃에서 1분간 가열하고, 분당 10 ℃씩 230 ℃까지 증가시킨 후, 230 ℃에서 1분간 정치시켰다. 담체 (carrier)로는 헬륨 기체를 분당 2 ml의 속도로 흘리고, 230 ℃에서 FID (flame ionization detector)를 사용하여 검출하였다. 라세믹 인덴 옥시드는 머무름 시간 (RT)이 8.58분에서 검출되었다.
또한, 합성된 인덴 옥시드는 Ghosh 등의 결과와 비교하였다.
1H-NMR δ= 7.5(m,1H), 7.25-7.4(m,3H), 4.3(d,1H), 4.2(t,1H), 3.25(d,1H), 3.0(dd,1H) (Ghosh et al, Synthesis, 541-544, 1997).
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
인덴 (Indene 90 %, 아크로스사) 2 g을 N,N-디메틸포름아미드 28.5 ml에 녹인 후 20 ℃에서 교반하였다. 중탄산나트륨 (NaHCO3) 0.336 g과 탄산나트륨 (Na2CO3) 0.002 g을 증류수에 녹인 후 1 N 염산용액으로 pH 8.0의 수용액을 만들고, 0 ℃이하로 유지시킨 다음 30 % 과산화 수소 용액 19 ml를 혼합하였다. 이 용액을 N,N-디메틸포름아미드 용액에 10시간 동안 서서히 적가시키면서 반응하였고, 반응온도는 25 ℃ 이하로 유지하였다. 반응이 끝난 후 에틸에테르 (ethyl ether)를 이용하여 생성물을 추출한 후 식염수로 세척하였고, 에틸에테르를 휘발시켜 인덴 옥시드 1.74 g을 얻었다. 이때, 인덴 옥시드의 수율은 85 % 였다. 합성한 라세믹 인덴 옥시드는 다음과 같이 분석되었다.
1H-NMR (Bruker, 300 MHz, CDCl3) : δ= 7.52-7.55(m,1H), 7.20-7.32(m,3H), 4.3(d,1H), 4.15-4.17(t,1H), 3.22-3.28(d,1H), 2.97-3.04(dd,1H).
13C-NMR (Bruker, 75 MHz, CDCl3) δ= 125.15(s), 126.05(d), 128.52(d), 59.08(s), 57.62(s), 34.61(s).
실시예 2-3
용매인 N,N-디메틸포름아미드 대신 아세토니트릴 (Acetonitrile)과 아세톤 (Acetone)을 사용하여 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 반응 종료 후 결과는 하기 표 1과 같다.
실시예 2 | 실시예 3 | |
용 매 | 아세토니트릴 | 아세톤 |
수 율 (%) | 62 | 83 |
반응시간(hr) | 20 이상 | 20 이상 |
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 라세믹 인덴 옥시드의 제조 방법은 공정이 용이하며, 경제적으로 우수하고, 수율이 높아 산업상 매우 유용하다.
Claims (3)
- 상온에서 용매에 인덴과 황산 망간 (II) 촉매를 투입한 뒤 산화제를 첨가한 수용액을 인덴이 녹아있는 용액에 서서히 적가하여 반응 온도를 일정하게 유지하며 에폭시화 반응 시키는 것을 특징으로하는 라세믹 인덴 옥시드의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 용매로는 N,N-디메틸포름아미드, 아세토니트릴, 아세톤 을 사용하여 반응을 진행시키는 것을 특징으로하는 라세믹 인덴 옥시드의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 산화제로 과산화 수소를 사용하여 반응을 진행시키는 것을 특징으로하는 라세믹 인덴 옥시드의 제조 방법.
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KR1020030006508A Abandoned KR20040070361A (ko) | 2003-02-03 | 2003-02-03 | 황산 망간 (ⅱ) 촉매를 사용한 라세믹 인덴 옥시드의 제조 방법. |
Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR20040070361A (ko) |
-
2003
- 2003-02-03 KR KR1020030006508A patent/KR20040070361A/ko not_active Abandoned
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