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KR20160125115A - 3-히드록시테트라하이드로퓨란의 제조방법 - Google Patents

3-히드록시테트라하이드로퓨란의 제조방법 Download PDF

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KR20160125115A
KR20160125115A KR1020150055864A KR20150055864A KR20160125115A KR 20160125115 A KR20160125115 A KR 20160125115A KR 1020150055864 A KR1020150055864 A KR 1020150055864A KR 20150055864 A KR20150055864 A KR 20150055864A KR 20160125115 A KR20160125115 A KR 20160125115A
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hydroxytetrahydrofuran
halo
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butanediol
alcohol
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엄기남
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주식회사 비앤팜
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Abstract

본 발명은 3-히드록시테트라하이드로퓨란의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하기 반응식 1에 의해 4-할로-3-히드록시부티릭 액시드 에스터(1)로부터 3-히드록시테트라하이드로퓨란(3)을 제조하는 방법에 있어서, 4-할로-1,3-부탄디올을 C1~C4의 알콜에서 무기염기와 반응시킨 후, 생성된 염을 여과하여 제거하고 진공증류하여 3-히드록시테트라하이드로퓨란을 정제하는 것을 특징으로 하는 3-히드록시테트라하이드로퓨란의 제조방법에 관한 것이다.
[반응식 1]
Figure pat00003

이때, X=Cl, Br 또는 I이고, R=C1~C4의 알킬기 또는 아릴기.

Description

3-히드록시테트라하이드로퓨란의 제조방법{Preparation Method for 3-Hydroxytetrahydrofuran}
본 발명은 3-히드록시테트라하이드로퓨란의 제조방법에 관한 것이다.
3-히드록시테트라히드로퓨란(3-hydroxytetrahydrofuran)은 의약품 및 농약 제조 시 사용되는 중요한 중간물질로, 특히 HIV 단백질분해효소 억제제로 AIDS 치료제로 사용되고 있는 암프레나비르(Amprenavir)의 합성에 핵심 중간체로서 사용되고 있다.
3-히드록시테트라히드로퓨란의 제조방법의 하나로 파라톨루엔술폰산이나 황산기를 교환기로 갖는 강산성 양이온 교환수지의 촉매 하에서 1,2,4-부탄트리올(1,2,4-Butanetriol)을 고리화 탈수반응을 실시하여 3-히드록시테트라히드로퓨란을 제조하는 방법이 제안된 바 있다(공개특허 제10-2006-0067620호) 그러나 이 경우 출발물질로 사용되는 1,2,5-부탄트리올의 수급이 용이하지 않고 고가이기 때문에 3-hydroxytetrahydrofuran의 경제적인 생산방법으로 이용하기에 적합하지 않다.
다른 방법으로는 일본공개특허 평09-77759(1997), 미국특허 제5780649호 및 Liebigs Ann./Recl, page 1877 (1997)에는 4-할로-3-히드록시부티릭액시드 에스터(4-halo-3-hydroxybutyric acid ester)로부터 2단계의 방법에 의해 3-히드록시테트라히드로퓨란을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 보다 상세하게는, 테트라하이드로퓨란과 같이 물과 혼화되는 유기용매 내에서 4-할로-3-히드록시부티릭액시드 에스터(4-halo-3-hydroxybutyric acid ester)를 소듐 보로하이드라이드(sodium borohydride)로 환원시켜 4-halo-1,3-butanediol을 제조한 뒤, 이를 염산 수용액에서 고리화 반응시켜 3-hydroxytetrahydrofuran을 제조한다.
그러나 상기 방법에서는, 환원반응에서는 3,4-에폭시-1-부탄올이, 고리화반응에서는 2,5-디히드로푸란이 부산물로 생성되어 전체 수율이 58~68%로 매우 낮고, 불순물 정제가 어렵다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위하여 환원반응 단계에서 물과 혼화되지 않는 용매를 사용하여 부산물이 크게 감소되긴 하였으나, 반응시간이 40여 시간이 걸리고 추출공정에서 70℃에서의 연속추출과 같이 까다로운 조건이 요구되어 역시 대량생산에 적용하기는 곤란하였다. 또한 고리화반응이 수용액에서 진행되기 때문에 반응의 완결 후 수용성인 목적화합물을 분리하는 데에도 어려움이 있다.
이상과 같이, 종래기술에 의한 3-히드록시테트라하이드로퓨란의 제조방법은 대량생산에 적합하지 않고, 생산 단가가 높기 때문에 저가의 출발물질과 반응물질을 사용하여 간단한 공정에 의해 높은 수율로 고품질의 3-히드록시테트라하이드로퓨란을 제조하는 방법의 개발이 필요하다.
공개특허 제10-2006-0067620호 일본공개특허 평09-77759 미국특허 제5780649호
Liebigs Ann./Recl, 1877 (1997).
본 발명은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 저가의 4-할로-3-히드록시부티릭액시드 에스터를 출발물질로 사용하면서도 간단한 공정에 의해 높은 수율로 고품질의 3-히드록시테트라하이드로퓨란을 대량생산할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하기 반응식 1에 의해 4-할로-3-히드록시부티릭 액시드 에스터(1)로부터 3-히드록시테트라하이드로퓨란(3)을 제조하는 방법에 있어서, 4-할로-1,3-부탄디올을 알콜에서 무기염기와 반응시킨 후, 생성된 염을 여과하여 제거하고 진공증류하여 3-히드록시테트라하이드로퓨란을 정제하는 것을 특징으로 하는 3-히드록시테트라하이드로퓨란의 제조방법에 관한 것이다.
[반응식 1]
Figure pat00001
이때, X=Cl, Br 또는 I이고, R=C1~C4의 알킬기 또는 아릴기.
본 발명은 고리화 반응 시 물을 사용하지 않고, C1~C3의 알콜에서 무기염기를 사용하여 고리화 반응시키고, 생성된 염을 여과에 의해 제거하여 휘발성의 알콜을 농축한 후 진공증류하는 것에 의해 목적화합물을 수득한다. 따라서 대량생산 시 시간이 많이 소요될 뿐 아니라 농축 시 높은 온도로 승온됨에 따른 부산물을 생성시키는 물 농축 농정이 포함되지 않으므로 보다 짧은 시간에 높은 수율로 목적화합물을 수득할 수 있다. 또한, 부산물이 적은 상태에서 진공증류에 의해 3-히드록시테트라하이드로퓨란을 정제하므로 고순도의 화합물을 제조하는 것이 가능하다. 용매로는 C1~C4인 알콜인 것이 바람직하였는데, 부탄올의 경우에는 무기염기의 용해도가 낮을 뿐 아니라 비등점이 높으므로 C1~C3인 알콜을 사용하는 것이 더욱 바람직하였다.
이때 상기 무기염기로는 수산화나트륨, 수산화포타슘, 탄산나트륨, 탄산포타슘, 탄산수소나트륨 또는 탄산수소포타슘을 사용할 수 있다. 반응 온도는 5~80℃일 수 있으며, 반응온도가 너무 낮으면 반응속도가 느린 반면 반응온도가 증가함에 따라 반응속도는 빨라지지만 부산물이 증가할 수 있으므로 20~40℃인 것이 더욱 바람직하였다. 무기염기의 첨가 시에는 발열에 의해 온도가 상승할 수 있으므로 40℃ 이하를 유지할 수 있도록 천천히 첨가하는 것이 바람직하다. 반응에 의해서 생성되는 염은 여과에 의해 간단히 제거할 수 있다.
이와 더불어 본 발명에서 4-할로-1,3-부탄디올은 4-할로-3-히드록시부티릭 액시드 에스터를 C1~C4의 저급알콜을 용매로 사용하여 소듐 보로하이드라이드로 환원시키는 것이 더 바람직하다. 환원반응 시 온도는 5~60℃인 것이 바람직하며, 20~40℃인 것이 더욱 바람직하였다.
또한, 본 발명의 제조방법에서 출발물질로서 광학활성이 있는 4-할로-3-히드록시부티릭 액시드 에스터를 사용하는 경우 광학순도가 유지된 4-할로-1,3-부탄디올(2)과 3-히드록시테트라하이드로퓨란을 제조할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 수급이 용이한 저가의 4-할로-3-히드록시부티릭액시드 에스터를 출발물질로 사용하면서도 간단한 공정에 의해 총 87%의 높은 수율로 고품질의 3-히드록시테트라하이드로퓨란을 대량생산할 수 있다. 또한 광학활성이 유지된 상태로 목적화합물을 제조할 수 있기 때문에 광학활성이 있는 4-할로-3-히드록시부티릭액시드 에스터를 출발물질로 사용하면, 높은 광학순도의 3-히드록시테트라하이드로퓨란을 제조하는 것이 가능하다.
이하 첨부된 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 도면과 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.
실시예
실시예 1 : 단계별 반응에 의한 S-3-히드록시테트라하이드로퓨란의 제조
1) S-4-클로로-1,3-부탄디올의 제조
에틸 4-클로로-3-히드록시부티레이트 34g (99.5% ee)를 에탄올 60ml에 녹이고, 소듐 보로하이드라이드 22.6g을 온도 20℃ 아래로 유지하면서 천천히 첨가한 뒤 30℃에서 6시간 교반하였다. 반응 종료 후 온도를 10℃로 유지하면서 2N 염산을 넣어 pH 4로 맞추었다. 에틸 아세테이트 60ml 씩을 사용하여 3회 추출하고 유기층을 합하여 감압농축하였다. 농축잔사를 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 S-4-클로로-1,3-부탄디올 22.8g을 수득하였다(수율 92%, 99.5% ee).
2) S-3-히드록시테트라하이드로퓨란의 제조
(1) 제조예 1
S-4-클로로-1,3-부탄디올 12.4g (99.5% ee)을 메탄올 150ml에 녹이고 수산화나트륨 4.8g을 천천히 넣어 녹인 뒤 40℃에서 4시간 교반하였다. 반응 종료 후 상온으로 냉각하여 고형분을 여과하고 용매를 감암농축하여 S-3-히드록시테트라하이드로퓨란 8.45g을 수득하였다(수율 96%, 99.5% ee).
(2) 제조예 2
S-4-클로로-1,3-부탄디올 12.4g (99.5% ee)을 메탄올 150ml에 녹이고 수산화포타슘 6.2g을 천천히 넣어 녹인 뒤 40℃에서 4시간 교반하였다. 상온으로 냉각한 후 고형분을 여과하고 용매를 감압농축하여 S-3-히드록시테트라하이드로퓨란 8.54g 을 수득하였다(수율97%, 99.5% ee).
실시예 2 : 정제과정을 생략한 S-3-hydroxytetrahydrofuran의 제조
에틸 4-클로로-3-히드록시부티레이트 333.8g(99.5% ee)을 에탄올 510ml에 녹이고 온도를 20℃ 아래로 유지하면서 소듐 보로하이드라이드 226.8g을 천천히 첨가하였다. 첨가가 완료되면, 30℃로 승온하여 온도를 유지하면서 6시간 추가로 교반하였다. 반응이 완료되면 10℃ 이하에서 2N 염산을 사용하여 pH를 4로 조절하였다. 에틸 아세테이트 600ml를 사용하여 3회 반복 추출한 후 유기층을 합하여 감압농축하였다.
농축잔사에 메탄올 100ml를 넣은 뒤 다시 한번 감압농축하여 크루드 상태의 S-4-클로로-1,3-부탄디올 228g을 제조하였다. 농축잔사를 메탄올 1L에 녹인 뒤 수산화포타슘 99.3g을 천천히 넣어 녹이고 40℃에서 4시간 교반하였다. 반응이 완료되면 상온으로 냉각하여 고형분을 여과하고 세척하였다. 여액과 세척액을 합하여 감압 농축한 후 감압증류하여 S-3-히드록시테트라하이드로퓨란 154.8g (총수율 87%, 99.5% ee)을 제조하였다.

Claims (3)

  1. 하기 반응식 1에 의해 4-할로-3-히드록시부티릭 액시드 에스터(1)로부터 3-히드록시테트라하이드로퓨란(3)을 제조하는 방법에 있어서,
    4-할로-1,3-부탄디올을 C1~C4의 알콜에서 무기염기와 반응시킨 후, 생성된 염을 여과하여 제거하고 진공증류하여 3-히드록시테트라하이드로퓨란을 정제하는 것을 특징으로 하는 3-히드록시테트라하이드로퓨란의 제조방법.
    [반응식 1]
    Figure pat00002

    이때, X=Cl, Br 또는 I이고, R=C1~C4의 알킬기 또는 아릴기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기염기는 수산화나트륨, 수산화포타슘, 탄산나트륨, 탄산포타슘, 탄산수소나트륨 또는 탄산수소포타슘인 것을 특징으로 하는 3-히드록시테트라하이드로퓨란의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    4-할로-1,3-부탄디올은 4-할로-3-히드록시부티릭 액시드 에스터를 C1~C4의 알콜을 용매로 사용하여 소듐 보로하이드라이드로 환원시키는 것을 특징으로 하는 3-히드록시테트라하이드로퓨란의 제조방법.
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