KR0152056B1 - 방향족 알독심의 제조방법 - Google Patents

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Description

방향족 알독심의 제조방법

본 발명은 방향족 알독심(aromatic aldoximes), 좀 더 상세히는, 벤즈 알데히드 옥심의 제조방법에 관한 것이다.

옥심의 제조는 아세트알데히드 옥심 제조에 관한 미국 특허 제4,323,706호에 다음과 같이 일반적으로 기재되어 있다. : 옥심은 케톤 또는 알데히드를 수성 히드록실아민 함유 용액과 함께 반응(옥심화)시킴에 의하여 통상적으로 제조된다. 옥심은 수성 반응 용액으로부터 회수된다. 많은 옥심류는, 비교적 수불용성인 옥심이 수성상으로부터 분리된 상을 형성하며 딸아내기 등의 방법에 의하여 분리될 수 있으므로, 수성 옥심화반응혼합물로부터 용이하게 회수된다. 그리고, 이 특허에서는 아세트알데히드가 비교적 수용성이며, 따라서, 상 분리될 수 없기 때문에 독특한 회수 문제를 나타내는 것으로 기술하고 있다.

맥비(McBee)에 허여된 여러 미국 특허들(USP3141043, 3462488 및 3459802)에서는 옥심화 반응을 행하기 위하여 메탄올 용액내에서 히드록실아민을 사용하였다. 옥심은 에테르로 추출되고 회수될 수 있다.

일반적으로, 방향족 알독심은 히드록실 아민염으로부터 생성된 히드록실아민을 방향족 알데히드와 함께 반응시킴에 의하여 제조된다.

본 발명은 방향족 α, α-디할라이드 화합물을 히드록실 아민염과 반응시킴에 의하여 방향족 알독심을 제조하는 새롭고 간단한 방법을 제공하고자 하는 것이다. 본 발명은 비교적 불순한 방향족 디할라이드 화합물이 반응시약으로 사용되는 경우일지라도, 높은 수율로 옥심을 산출하며 고순도 산물의 단순한 회수를 제공한다.

벤즈 알데히드 옥심은 일반적으로, 상기 미국특허4,323,706호로부터 발췌 기재된 바와 같이, 벤즈알데히드로부터 제조된다. 비록 벤즈알데히드가 벤잘클로라이드의 가수분해에 의하여 제조될 수 있지만, 반응산물은 옥심으로 전환되기 전에 부산물인 염산으로부터 분리되고 정제되어야 한다. 그러나, 본 발명의 방법에서는, 벤잘 클로라이드가 불순하며 정제되지 않았더라도, 벤즈 알데히드옥심이 그러한 벤잘클로라이드로부터 직접 제조될 수 있으며, 따라서, 선행기술의 다단계 공정을 필요로 하지 않는다.

본 발명에 의하여, 과량의 수성염기(바람직하게는 무기염기)존재하에서, 히드록실아민 술페이트같은 히드록실아민염과 다음 일반식의 방향족 α, α-디할라이드 화합물을 반응시킴에 의하여 상응하는 방향족 알독심을 제조하는 방법이 제공된다.

식중, X는 Cl, Br 또는 I이고 ; R은 수소, 알킬, 알콕시, 알킬, 아릴, 알알킬, 알킬티오, 아릴옥시, 불소 및 퍼플루오로알킬로 구성된 군으로부터 선택된 라디칼이며; n은 1-5의 정수이다.

본 발명 방법에서, 과량의 수성염기의 사용은 α, α-디할라이드 화합물이 유기불순물을 포함하는 경우 특히 유용하다. 이 경우, 산출물인 방향족 알독심은 염기성 수성상(aqueous phase)내에 남아있는 반면, 방향족 α, α-디할라이드 화합물내에 존재하는 어떤 불순물은 분리층을 형성하여 쉽게 분리제거될 수 있다. 수성상이 분리되고 이어 염산 수용액의 첨가 등에 의하여 중화되면, 방향족 알독심은 별개의 상으로 분리되고 여과, 딸아내기 또는 용매추출에 의하여 회수될 수 있다.

한 실시태양에 있어서, 벤즈 알데히드 옥심은 pH가 약 12인 반응혼합물을 제공하기에 충분한 수산화나트륨을 함유하는 수용액내에서 벤잘클로라이드로부터 제조된다. 벤즈알데히드 옥심을 함유하는 수성층을 분리하여 염산수용액을 부가하여 pH 약 7로 중화시키면 벤즈알데히드 옥심 산물이 분리된다.

본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 출발물질인 방향족 α, α-디할라이드 화합물은 벤잘 클로라이드이나, 기타의 치환 방향족 α, α-디할라이드들도 옥심전구물질로 사용될 수 있다. 그러한 화합물들의 예로는 벤잘 브로마이드, 4-플로오로벤잘 클로라이드, 4-메틸벤잘 클로라이드, 3-플루오로벤잘브로마이드, 4-메틸벤잘브로마이드, 3-메틸티오벤잘 클로라이드, 3-플루오로 벤잘클로라이드, 4-트리플루오로메틸 벤잘 클로라이드, 4-메틸-2-α, α-디브로모메틸 나프탈렌, 1-α, α-디클로로메틸 나프탈렌, 2-α, α-디클로로메틸 나프탈렌, 4-메틸티오벤잘 브로마이드, 4-메톡시메틸벤잘 클로라이드, 4-페닐벤잘 클로라이드, 4-α, α-디클로로메틸디페닐 에테르, 4-벤질 벤잘 클로라이드, 2-메톡시벤잘 브로마이드, 4-메톡시벤잘 클로라이드 등이 있다.

벤잘 클로라이드는 벤즈 알데히드 옥심 제조를 위한 바람직한 출발 물질이다. 벤잘 클로라이드는 순수할 수도 있고, 벤질 클로라이드, 벤조트리클로라이드, 톨루엔 및 기타 유사 탄화수소와 같은 유기 불순물로 오염된 비정제 벤잘클로라이드 일 수도 있다. 그러한 비정제 벤잘클로라이드로부터로도 고순도의 벤즈알데히드 옥심을 제조할 수 있는 것이 본 발명 방법의 장점이다. 벤잘클로라이드는 원소염소를 사용한 톨루엔의 염화에 의하여 제조된다.

히드록실아민염은 황산염, 염산염, 인산염, 초산염등일 수 있으나, 가장 저렴한 히드록실아민 술페이트(황산염)을 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 산화질소 또는 질산의 촉매환원, 산화황 또는 아황산염과 질산염의 환원 및 그렇게 산출된 히드록실 아민 술포네이트의 가수분해, 또는 단순옥심과 수성 무기산과의 가수분해에 의하여 제조될 수 있다.

반응은 수성염기, 바람직하게는 무기염기의 존재하에서 행하여진다. 이러한 조건하에서, 반응산출물인 옥심이 수용액 내에 잔류하는 반면 벤잘 클로라이드의 불순물은, 만약 존재한다면, 별도의 유기상으로서 분리될 것이다. 알칼리 금속 및 알칼리토 금속의 수산화물이나 탄산염 같은 여러 가지 염기가 사용될 수 있는데, 바람직하게는 수산화나트륨이 사용된다. 반응혼합물의 pH를 9-13, 바람직하게는 12 정도로 조절하기에 충분한 양의 염기가 사용된다. 대표적으로, 본 발명에 따라서 벤잘 클로라이드로부터 벤즈 알데히즈옥심을 제조하는 방법은 다음 반응식으로 도시화 될 수 있다.

추후 설명되겠지만, 높은 pH를 제공하도록 부가되는 염기(수산화나트륨)는 방향족 알독심을 산출하는 반응에서 중요한 역할을 한다. 따라서, 과량의 염기가 언급되는 경우, 이것은 반응의 화학량론에 의하여 요구되는 것보다 더 많은 양의 염기가 사용되는 것을 의미한다. 중화 pH에서는 반응 혼합물에서 산출물인 옥심이 분리될 것이므로, 비정제 방향족 디할라이드가 사용되고 부산물이 분리되어야만 할 경우에는 특별히 옥심이 분리되어져야 할 때까지 용액내에 옥심 산물을 유지시키기에 충분한 염기가 사용된다. 일반적으로, 약 95% 이상의 순도 및 정량적 수율로서 옥심이 산출되는 것으로 밝혀졌다.

반응은 일반적으로 대기압에서 행하여질 수 있으나, 필요한 경우, 더 높은 압력이 사용될 수 있다. 반응 온도는 약 0-100℃, 바람직하게는 약 50-80℃이다. 반응중 pH 는 9-14, 좀 더 바람직하게는 11-13이다. 과량의 염기의 중화는 반응 혼합물의 pH를 약 6-8로 하여 산출물인 옥심이 쉽게 분리될 수 있도록 수행된다.

이하 실시예들을 통하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명한다.

온도계, 적하깔대기, 환류냉각기 및 자석 교반봉/교반판을 구비한 500ml들이 3구 플라스크에 수산화나트륨용액(50% 수용액 80g ; 1.0몰)을 넣고 교반하면서 물(50g)을 혼합하였다. 혼합용액에 벤잘 클로라이드(32.2g ; 0.20몰)를 첨가하고, 계속 교반하면서 물(150ml)/히드록실야민 술페이트(21g ; 0.128몰)용액을 첨가하였다. 2상(two-phase)혼합물을 70-75℃에서 총 5시간 동안 가열하였으며, 가열 종료시 유기상이 소멸되었다. 결과 용액의 pH는 12.2 이었다. 그 용액을 25℃로 냉각시키고 염산으로 처리하여 pH를 7로 조절하였다. 무색의 오일 상을 분리 수득하여, 기체 크로마토그라피 및 IR 스펙트로스코피를 사용하여 순수 샘플과 비교한 결과 순도 98.1%의 벤즈알데히드 옥심으로 확인되었다. 수율은 24.1g(97.7%)이었다.

[실시예 2]

500ml들이 3구 플라스크내에 비정제 벤잘 클로라이드(38.2g ; 84.3% 순도; 0.20몰), 물(200ml), 50% 수산화나트륨 수용액(80g ; 1.0몰) 및 히드록실아민 술페이트(34g ; 0.207몰)을 넣고, 그 혼합물을 60-75℃에서 4시간 동안 교반하면서 가열하였다. 실온으로 냉각시킨후, 톨루엔(60ml)을 첨가하고 10분동안 혼합하였다. 2상(two-phase) 혼합물을 500ml 분리깔대기에 옮기고 수성상을 분리, 회수하였다. 톨루엔상은 비정제 벤잘 클로라이드 내에 최초 존재하는 모든 불순물을 실질적으로 함유하였으며, 따라서, 제거하였다. 수성상(pH 12.2)을 염산으로 중화시키고, 벤즈알데히드 옥심을 담황갈색의 오일층으로서 상부로부터 분리 회수하였다.

기체 크로마토그라피로 분석한 결과 산출물의 순도는 95.1%이고 대부분의 불순물은 톨루엔이었다. 수율은 약 93.5%이었다.

[실시예 3]

적하 깔대기, 온도계 및 환류냉각기가 구비된 500ml 들이 3구 플라스크에 자석교반봉을 넣고, 플라스크를 교반판(stir-plate)상에 고정시킨다. 수산화나트륨(50% 수용액 48g ; 0.60몰)을 플라스크에 넣고 물과 혼합한 다음, 4-플루오로벤잘 클로라이드(21.5g ; 0.12몰, Aldrich)를 교반하면서 적하깔대기를 사용하여 첨가하였다. 그와는 별도로, 증류수(61.0g)에 히드록실아민 술페이트 결정(18.0g ; 0.11몰)을 용해시킨 용액을 분리깔대기를 통하여 교반하면서 5분간에 걸쳐서 서서히 플라스크에 도입하였다. 이때 온도가 43℃로 상승하였다. 플라스크 내용물(저부가 유기상인 2상 혼합물)을 교반하면서 맨틀상에서 약 80℃로 약 5시간동안 가열하였다. 가열이 계속되는 동안 격렬한 반응이 일어났으며, 유기상이 서서히 사라졌다. 이 시점에서 혼합물을 냉각시키고 진한 염산으로 중화시켰다. 갈색 고체가 저부에서 산출되었으며, 이를 여과 수집(17.2g)하였다. 이것을 메탄올로 재결정하여 무색의 결정성 고체 15.8g을 수득하였다(수율 : 94.8%). 기체 크로마토그라피, IR 및 NMR분석결과, 그 고체는 4-플루오르벤즈알데히드 옥심인 것이 확인되었다.

[실시예 4]

온도계, 환류 냉각기, 적하 깔대기 및 자석 교반장치가 구비된 250ml들이 3구 플라스크에 수산화나트륨(50% 수용액 36g ; 0.45몰)과 증류수를 첨가 혼합하고 교반하면서, 여기에 벤잘브로마이드(22.5g ; 0.09몰, Aldrich)를 첨가하였다. 결과의 혼합물에 증류수(53g)에 히드록실아민 술페이트(13.5g ; 0.08몰)을 용해시킨 용액을 적하깔대기를 통하여 첨가하고, 2상 혼합물을 약 80℃에서, 저부의 유기상이 완전히 사라질때까지, 약 6시간동안 가열하였다. 유기상이 완전히 사라졌을 때, 플라스크 내용물을 실온으로 냉각시키고, 황색 용액을 진한 염산으로 중화(pH 7)시켰다. 자갈색 유기층이 상부에 형성되는데, 이를 분리 수집(11.2g)하여 감압하 증류(즉, 105℃, 5mmHg)시켜 10.4g의 무색 액체를 수집하였다(수율 : 95.4%).

기체 크로마토그라피 및 IR 분석을 사용하여 순수 옥심 샘플과 비교한 결과, 그 액체 산출물은 벤즈 알데히드 옥심인 것이 확인되었다.

[실시예 5]

온도계, 적하 깔대기 및 환류 냉각기가 구비된 250ml 들이 3구 플라스크에 수산화나트륨(50% 수용액 32g ; 0.4몰)과 증류수(25g)의 혼합물을 넣고, 플라스크에 자석교반봉을 넣은 다음 내용물을 교반판상에서 교반하였다.

플라스크에 3-플루오로벤잘 브로마이드(21.5g ; 0.08몰, Aldrich)를 첨가하고 교반하면서, 증류수(37g)에 히드록실아민 술페이트(11.8g ; 0.07몰)를 용해시킨 용액을 첨가하였다. 유기 화합물에 의하여 저부에 맑은 상이 형성되었다. 혼합물을 교반하면서 85℃에서 6시간 동안 가열하였으며, 그 동안 유기층이 서서히 사라졌다. 결과의 맑은 황색 수용액을 냉각시키고 진한 염산으로 중화(pH 7)시켰다. 산출되는 자색 고체를 여과 수집(10.8g)하고, 이것을 메탄올로 재결정하여 9.9g의 무색 결정(기체 크로마토그라피, IR 및 NMR 분석에 의하여 3-플루오로벤즈알데히드 옥심으로 확인됨)을 수득하였다. 수율은 89.2% 이었다.

[실시예 6(비교예)]

온도계, 적하 깔대기, 환류 냉각기 및 교반장치가 구비된 500ml들이 3구 플라스크에 히드록실아민 술페이트 용액(12% 용액 100g ; 0.07몰)과 2,2-디클로로프로판(11.3g ; 0.1몰)을 넣고 교반혼합하면서, 50% NaOH수용액(16g ; 0.2몰)을 적하깔대기를 통하여 서서히 첨가 하였다.

2상 혼합물을 교반하면서 환류조건(약 70℃)하에서 6시간 동안 가열하였다.

대부분의 유기상에서 주목할 만한 변화가 일어나지 않았다. 유기상의 기체 크로마토그라피 분석은 검지할 만한 양의 아세톤옥심이 없음을 나타냈다. 수성상 시료를 염산으로 중화시키고 톨루엔으로 추출한 다음 기체 크로마토 그라피를 사용하여 분석한 결과, 측정할만한 양의 아세톤 옥심은 발견되지 않았다.

[실시예 7]

실시예 1에서와 같이 장치된 500ml 들이 3구 플라스크에 히드록실 아민 술페이트(34g ; 0.207몰)와 물(150ml)의 용액을 첨가하고 교반하면서, 벤잘 클로라이드(32.2g ; 0.20몰)를 첨가하였다. 혼합 용액을 교반하면서 50% 수산화나트륨용액(100g ; 1.25몰)을 15분간에 걸쳐 첨가하였다. 첨가동안 온도가 55℃로 상승하였으며, 그 혼합물은 2상으로 유지되었다. 혼합물을 80℃에서 5시간 동안 가열하자 유기상이 사리지고 갈색 수성상이 남았다.

결과의 수성상(pH 12.8)을 염산으로 중화시키자 벤즈알데히드 옥심의 오일상이 형성되었다. 이것을 분리 깔대기를 사용하여 수집하여 순도 98.2%의 벤즈알데히드 옥심 24.3g(수율 : 98.4%)을 수득하였다.

Claims (10)

1. (a) 생성되는 알독심을 용액 상태로 유지하기에 충분한 양의 염기성 수용액 존재하에 방향족 α, α-디할라이드 화합물을 히드록실아민염과 반응시켜 상응하는 방향족 알독심을 형성하는 단계; (b) 상기 방향족 디할라이드 화합물중에 존재하는 유기상을 상분리하여 상기 단계 (a)에서 형성된 알독심을 함유하는 수성상을 얻는 단계; (c) 상기 단계 (b)의 수성상을 중화하여, 상기 알독심을 함유하는 별도의 상으로 분리하는 단계 ; 및 (d) 상기 단계 (c)에서 분리된 알독심-함유상으로부터 알독심을 회수하는 단계;로 이루어지는 방향족 알독심의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 방향족 α, α'-디할라이드 화합물이 하기 식을 갖는 화합물임을 특징으로 하는 방법.

   상기 식중 X는 Cl, Br 혹은 I이고 ; R은 수소, 알킬, 알콕시알킬, 아릴, 아릴킬, 알킬티오, 아릴옥시, 불소 및 퍼플루오로알킬로 구성되는 그룹으로부터 선택된 기이며 ; n은 1-5의 정수이다.
3. 제1항에 있어서, 상기 단계(a)의 염기는 무기 염기임을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 방향족 α, α-디할라이드 화합물이 벤잘 클로라이드이고 산출되는 알독심이 벤즈알데히드 옥심임을 특징으로 하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 염기는 수산화나트륨임을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 히드록실아민염이 히드록실아민 술페이트임을 특징으로 하는 방법.
7. 제4항에 있어서, 상기 단계 (b)에서의 유기상이 벤잘 클로라이트내의 불순물을 포함함을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 단계 (c)에서의 중화가 수성상의 pH가 약 7이 될 때까지 산수용액을 첨가함에 의해 수행됨을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 산 수용액은 염산임을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 반응이 50-80℃의 온도에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.