KR100645669B1

KR100645669B1 - 고수율 및 고순도로ｔｍｈｑ-디에스테르를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR100645669B1
Application number: KR1020010061179A
Authority: KR
Inventors: 김정수; 이시준; 이상훈; 유익상
Original assignee: 에스케이 주식회사
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2006-11-13
Also published as: KR20030028892A

Abstract

본 발명은 고수율 및 고순도로 TMHQ-디에스테르를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 4-옥소이소포론과 아실화제를 에스테르화 및 전위 반응을 통해 TMHQ-DA를 제조하는 방법에 있어서, 황산 촉매 존재하에서 4-옥소이소포론과 아실화제를 상온에서 3시간 이내로 반응시키고, 반응 혼합물을 물로 세척하여 반응 생성물을 전량 고체화시킨 후, 추출용매로 추출하는 고수율 및 고순도로 TMHQ-DA를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 촉매로 미량의 황산을 사용하여 반응 시간을 단축시키고, 또한 간단한 추출 과정을 통한 분리 정제 공정으로 상업화가 용이하고, 경제적인 공정을 제공한다.

4-옥소이소포론, 아실화제, TMHQ-DA, 황산, 추출

Description

고수율 및 고순도로 ＴＭＨＱ-디에스테르를 제조하는 방법{Method for preparing trimethylhydroquinone(TMHQ) diester with high yield and high purity}

본 발명은 고수율 및 고순도로 트리메틸하이드로퀴논 디아세테이트(trimethylhydroquinone diacetate, 이하 TMHQ-DA)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 아실화제 존재하에서 브뢴스테드산인 황산을 촉매로 사용하여 하기 반응식 1과 같이 반응물인 4-옥소이소포론(4-oxoisophorone)으로부터 고수율의 TMHQ-DA를 제조하고, 고체화 및 적정 용매를 이용한 추출을 통한 분리정제 공정에 의해 상업적으로 유용한 TMHQ-DA를 고수율 및 고순도로 제조할 수 있는 개선된 제조 방법에 관한 것이다.

TMHQ 또는 TMHQ-DA는 이소파이톨(isophytol)과 적절한 촉매 조건하에서 축합을 통해 α-토코페롤을 만드는 중요한 물질이다. 이때, TMHQ 또는 TMHQ-DA의 제조방법은 반응 출발물질에 따라 TMP(trimethylmethylphenol)를 사용하는 방법과 α-IP(α-isophorone)를 사용하는 2가지 방법으로 나뉜다.

TMP를 사용하는 방법은 하기 반응식 2와 같이 2단계의 반응에 의해 TMHQ가 제조되는데, TMP 자체가 α-IP에 비하여 상대적으로 고가이며, 하기 반응식 2에서 첫 단계인 산화 단계의 수율이 높지 않고, 또한 산화시 부산물이 다량 발생하기 때문에 반응이 2단계로 간단함에도 불구하고 상업화 공정상에는 큰 장점이 없는 것으로 판단된다.

반면에, 반응 출발물질로 α-ISP을 사용하는 반응은 하기 반응식 3에서 나타낸 바와 같이, 이성체화, 산화 및 에스테르화의 3단계가 필요하나 출발물질인 α-IP가 TMP 보다 훨씬 저렴하여, 각 반응의 수율을 높일 경우 원가 측면에서 상대적으로 경쟁력이 있다.

또한 TMP를 사용하는 경우, 이로부터 제조되는 α-토코페롤은 불안정하기 때문에 축합 반응 이후에 α-토코페릴 아세테이트로 만들어 주기 위한 아실화 반응이 추가로 필요하나, TMHQ-DA를 사용한 경우에는 이소파이톨과의 축합반응에 의해 α-토코페릴 아세테이트가 직접 제조되므로 한 단계의 제조 단계를 생략할 수 있다. 이는 전체적으로 반응 단계 측면에서 TMP 제조 단계와 반응 단계수로는 동등하나, 축합반응 이전과 이후에 화합물의 분자량 차이에 의한 반응기의 크기 차이가 발생할 뿐만 아니라(축합반응 전의 분자량이 작음), 축합 반응자체도 TMHQ-DA를 사용할 경우가 TMHQ보다 수율 및 순도 측면에서 우수한 것으로 알려져 있다.

한편, 4-옥소이소포론으로부터 TMHQ-DA를 제조하는 방법은 최근 들어 많이 연구되고 있다. 다이셀(Daicel)사는 유럽공개특허 제0850910A1호에서 산성 이온교환 수지(Amberyst 15, Nafion NR50)를 촉매로 사용하여 아세트산 무수물 존재 하, 4-옥소이소포론을 60∼100℃에서 6시간 동안 반응시켜 TMHQ-DA를 제조하였으며, 이때 반응 수율은 84∼88%, 분리 수율은 55∼60% 수준이었다. 또한, 상기 방법에서 양성자성 Y-형 제올라이트와 황산화 지르코니아를 촉매로 사용하여 반응 수 율 74∼75%, 분리 수율 52%의 결과로 TMHQ-DA를 제조하였다. 그러나 상기 방법의 경우, 우선 반응 수율이 다소 낮으며, 특히 분리 수율이 매우 낮은 단점이 있다. 분리수율이 낮은 원인으로는 TMHQ-DA를 재결정 방법으로 얻는데 있어서 사용된 혼합용매(에틸아세테이트 및 n-헥산) 시스템에 부산물과 TMHQ-DA의 용해도 차이가 크지 않기 때문에 혼합 용매 쪽으로 부산물 외에 최종 생성물인 TMHQ-DA도 상당부분 녹아, 손실된 양이 큰 것으로 판단된다.

데구사(Degussa)사의 경우에는 미국특허 제5,969,176호에서 트리플루오로메탄설폰산을 촉매로 사용하여 수율 88.35%∼92.8%로 TMHQ-DA를 제조하였으며, 붕산 및 황산을 촉매로 사용하여 87.5∼90.2%의 수율로 TMHQ-DA를 제조하였다.

또한, 데구사(Degussa)사는 미국특허 제6,063,968호에서 클로로술폰산 및/또는 발열황산(30∼65%)을 촉매로 사용하여 93∼94%의 반응 수율로 TMHQ-DA를 제조하였다. 그러나 상기 미국특허 제5,969,176호의 경우에 사용한 트리플루오로메탄설폰산이 흡습성이 매우 크며, 미국특허 제6,063,968호의 경우 발열황산이 유독성의 불안정한 물질이기 때문에 상업화 공정에 적용하기에는 어려움이 있다.

이외에도 데구사(Degussa)사의 경우 미국특허 제6,103,924호에서 양성자성 제올라이트(H-Y 제올라이트 또는 H-β 제올라이트)를 이용하여 초기 수율(순도를 고려치 않은 수율) 94∼97%로 TMHQ-DA를 제조하였다. 그러나 제올라이트와 같은 고체 촉매를 사용할 경우에는 촉매의 가격 및 사용량(4-옥소이소포론의 약 50중량%)이 크며, 고체 촉매와 생성물의 분리 공정이 복잡하고, 제올라이트 내에 TMHQ-DA가 흡착되는 문제로 인해 분리 수율의 감소 등의 단점이 존재할 수 있다. 또한 아세트산 무수물 사용량도 750mol% 정도로서 550mol%정도 과잉으로 사용해야만 전환율이 높게 유지되는 단점이 있다.

이에 본 발명에서는 상기의 미량의 황산을 촉매로 사용하여 TMHQ-DA를 높은 반응 수율 (94∼96%)로 제조하고, 제조된 TMHQ-DA를 적정 추출용매를 사용하여 큰 분리손실 없이 순도 100%의 TMHQ-DA 결정을 고수율로 제조하는 방법을 개발하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 가격 경쟁력이 있는 촉매 시스템 및 분리정제 시스템으로 고수율 및 고순도의 TMHQ-DA를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 분리정제 공정을 최대한 평이하게 설계하여 상업화 하는데 용이하고 가격 경쟁력도 있는 공정을 개발하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 황산을 촉매로 사용하여 반응물인 4-옥소이소포론과 아세트산 무수물을 에스테르화 및 전위 반응을 통해 순도 94∼96%의 TMHQ-DA가 주로 포함된 반응 혼합물을 제조하고, 이를 감압 증류하고 물로 세척하여 고체화 한 후, 비극성탄화수소와 불포화탄화수소 또는 알코올류를 포함한 적정 용매계(단독 또는 혼합용매)로 불순물을 수회에 걸쳐 추출하여 순도 100%의 TMHQ-DA를 고수율로 제조하는 것으로 이루어진다. 또한 추출용매 내에 필요 용해된 TMHQ-DA는 용매를 증류한 후 다시 분리 공정에 추가함으로써 분리 손실이 거의 없었다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명은 상기 반응식 3에서와 같은 α-이소포론으로부터 TMHQ-DA를 얻는 반응상에서 마지막 단계인 에스테르와 및 전위 반응에 관련된 것으로, 본 발명에 의한 반응 생성물인 TMHQ-DA는 α-토코페롤 제조에 사용되는 것이기 때문에 반응 수율 및 순도가 가장 중요한 제조단계이다.

본 발명에 따르면, 4-옥소이소포론과 아실화제의 에스테르화 및 전위 반응을 통하여 TMHQ-DA를 제조하는 경우에 TMHQ-DA와 유사한 분자량 및 구조를 지닌 부산물이 함께 생성되는 것을 확인하였다. 제조된 TMHQ-DA는 이소파이톨과 축합 반응에 의해 α-토코페롤을 생성하는데 상기 부산물의 경우에도 이소파이톨과 축합반응이 진행되어, 이로 인해 α-토코페롤과 유사한 부산물이 생성된다. α-토코페롤은 탄소수 25의 중탄화수소로서 증류 등을 통하여 유사 부산물과의 분리가 매우 곤란하므로 본 축합 반응 단계에서 TMHQ-DA의 순도는 상업적으로 매우 중요하다.

이에 본 발명자들은 미량의 황산을 촉매로 사용하여 에스테르화 및 전위 반응 단계에서 반응 수율을 최대한 높이고(부반응 억제), 일부 생성된 부산물을 비극성 탄화수소와 불포화탄화수소 또는 알코올류를 포함한 적정 추출용매를 이용하여 추출, 제거함으로써 고수율 및 고순도로 TMHQ-DA를 제조하는 방법을 개발하였다.

본 발명에서 사용한 촉매인 황산은 사용량이 4-옥소이소포론 1mol에 대하여 0.1∼50mol%(0.001∼0.5mol) 정도일 경우에 우수한 결과를 나타내었는데, 특히 0.5mol%(0.3중량%)정도의 미량 사용만으로도 상온에서 3시간 이내에 반응이 종결되었으며, 특히 반응 수율도 95%이상을 나타내었다.

본 발명에서 사용한 아실화제는 아세트산 무수물, 염화아세틸, 탄소수 2 내 지 4의 카르복실산 무수물, 또는 탄소수 2 내지 4의 카르복실산 할로겐화물을 포함한다. 이 경우 아실화제인 아세트산 무수물의 사용량적 측면에서 반응물 대비 250∼300mol% 정도로 25∼50mol%만 과량으로 사용할 경우에도 전환율이 100%에 도달하였다. 아실화제는 아세트산 무수물 외에 염화아세틸을 사용한 경우에도 반응시간 및 수율에서 동등한 결과를 나타내었다.

또한, 반응 온도적 측면에서도 상온에서 반응을 진행하여도 상기 촉매의 사용량에 상관없이 3시간 이내에 반응이 종결되었으며, 특히 4-옥소이소포론을 첨가하는 반응 초기에 발열반응에 의한 온도증가 부분을 식혀줄 필요가 없어서 상업적인 측면에서 운전비용을 줄이는 효과가 있었다.

분리 공정 상에서 살펴보면, 반응 혼합물을 물로 세척하면 반응생성물을 전량 고체화할 수 있으며, 이를 여과한 후 비극성 탄화수소와 불포화 탄화수소 또는 알코올류가 포함된 단독 또는 혼합 용매로 수회 추출하면, 순도 약 100%의 TMHQ-DA(70%는 1회 분리정제로 얻고, 추출용매로부터 수 차례 생성물을 회수하면 100%)를 얻을 수 있으므로 분리정제 공정이 비용 및 운전 용이성 측면에서 경쟁력이 있다. 이 과정에 적합한 단독 또는 혼합 용매로는 n-펜탄, 사이클로펜탄, n-헥산, 사이클로헥산, n-헵탄, n-옥탄, n-노난, n-데칸 등의 탄소수 5 내지 10의 비극성 탄화수소류와 에틸아세테이트, 디에틸에테르 등의 극성 용매 또는 사이클로헥센, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 탄소수 6 내지 10의 불포화 및 방향족 용매 또는 메탄올, 에탄올, 부탄올 등의 탄소수 1 내지 10의 알킬알코올이 적합하였다.

특히, 단독으로 사용할 경우에는 비극성 탄화수소와 알킬알코올류가 적합하 였으며, 혼합용매로 사용할 경우에는 비극성 탄화수소와 에틸아세테이트 등의 극성용매를 함께 사용하되 상대적으로 극성용매의 경우는 소량만을 사용하는 것이 우수하였다.

추출용매로서 n-헥산을 사용할 경우에 반응혼합물 1g 당 6ml의 용매량으로 3회 추출하면 72%의 수율로 순도 약 100%의 TMHQ-DA를 얻을 수 있으며, 추출용매 내에 녹아있는 TMHQ-DA도 용매제거 후 다시 n-헥산으로 추출하면 순도 약 100%로 거의 전량 회수할 수 있었다.

추출용매로서 n-부탄올을 사용할 경우에는 n-헥산과 동일한 조건에서 2회 추출만으로 순도 100%의 TMHQ-DA를 얻을 수 있었으나, 1회 수율이 40%정도로 낮아 나머지(약 60%)를 추출용매로부터 다시 생성물을 추출해야 하므로 분리정제 공정의 반복횟수가 증가하는 단점이 있었다.

추출용매의 사용량 관점에서 살펴보면, 반응 생성물 결정 1g 당 1∼100ml의 추출용매를 사용하는 것이 바람직하였으며, 특히 5∼20ml를 사용하는 것이 가장 효율적이었다.

이와 같이, 본 발명에서는 4-옥소이소포론과 아실화제를 미량의 황산 촉매를 사용하여 상온에서 3시간 이내의 반응시간을 통해 94∼96%의 반응 수율로 TMHQ-DA를 얻었다. 이 반응 생성물을 물을 사용하여 고체화시키고, 이 고체를 다시 추출용매를 사용하는 분리 정제를 통해 고수율 및 고순도의 TMHQ-DA를 얻을 수 있었다.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

비교예 1

100ml 둥근바닥 플라스크에 4-옥소이소포론 15.2g(100mmol)과 강산성 이온 교환수지인 "Amberyst 15"(Rohm & Hass사) 1.5g을 넣고, 아세트산 무수물 30.6g(300 mmol)을 첨가한다. 60℃에서 6시간 동안 반응시킨 후, 기체상 크로마토그래피를 통해 반응 진행 정도를 확인하였다. 확인 결과, 4-옥소이소포론 전환율이 97.0%, 순도는 90.7%, 반응 수율은 88.0%로 나타났다. 반응물을 여과하여 촉매를 제거한 후, 회전식 증발기에서 아세트산을 제거하고, 유럽공개특허 제0850910A1호와 동일한 방법으로 에틸아세테이트와 헥산으로 TMHQ-DA를 결정화시켜 12.7g의 결정을 얻었다(결정화 수율 59.9%, 순도 98.7%). 최종적으로 분리정제 수율은 59.1%이었다.

비교예 2

250ml 둥근바닥 플라스크에 4-옥소이소포론 15.2 g(0.1몰)과 H-Y 제올라이트(SiO₂/Al₂O₃ = 120) 7.8g, 및 아세트산 무수물 76.6g(0.75 몰)을 넣고, 90℃에서 3시간 동안 반응시킨 후, 기체상 크로마토그래피를 통해 반응 진행정도를 확인하였다. 확인 결과, 4-옥소이소포론 전환율이 99%, 순도는 93.1%로서 반응 수율은 92.17%로 나타났다. 반응 혼합물을 상온까지 식힌 후, 회전식 증발기에서 아세트산을 제거하고 증류수 200ml를 추가하여 결정을 얻었다. 얻은 결정을 여과한 후 건조하여 19.1g의 반응 혼합물을 얻었다(결정화 수율 90.1%). 순도는 93.1%로서 차이가 없었으나 고체 촉매인 제올라이트에 생성물이 흡착되는 문제로 인해서 반응 수율보다 훨씬 적은 양의 결정을 얻었다. 본 발명에서 개발한 분리 정제법을 사용시 분리 정제과정에서의 수율 손실은 거의 없으므로 최종적으로 분리정제 수율 83.9%를 나타내었다.

비교예 3

비교예 1과 동일 조건 하에서 아세트산 무수물을 30.6g(300mmol)으로 줄여서 반응을 수행하였다. 반응 3시간 후 반응 정도를 확인한 결과 4-옥소이소포론의 전환율이 85%정도로 상당히 낮은 값을 나타내었다. 추가로 4시간 동안 반응을 수행하여 총 7시간 반응 수행 후 기체상 크로마토그래피를 통해 반응 진행정도를 확인한 결과 전환율 98.6%, 순도 93.0%를 나타내었다. 비교예 1과 동일한 결정화 방법으로 19.0g의 반응 혼합물을 얻었다(결정화 수율 89.6%, 순도 93%). 최종적으로 분리정제 수율은 83%정도이었다.

실시예 1

100ml 둥근바닥 플라스크에 4-옥소이소포론 15.2g(100mmol)과 황산 1.96g(20 mmol), 및 아세트산 무수물 30.6g(300mmol)을 넣고 상온에서 3시간 동안 반응시킨 후, 기체상 크로마토그래피를 통해 반응 진행정도를 확인하였다. 확인 결과, 4-옥소이소포론 전환율이 100%, 순도는 95.5%, 반응 수율은 95.5%로 나타났다. 반응 혼합물을 상온까지 식힌 후, 회전식 증발기에서 아세트산을 제거하고 증류수 200ml를 추가하여 결정을 얻었다. 여기에 1 M NaOH 수용액을 첨가해 중화(pH 6∼7)시킨 후, 여과하고 건조하여 21.0g의 반응 혼합물 결정을 얻었다(결정화 수율 99.1%, 순도 95.5%). 126ml의 n-헥산(반응 혼합물 1g 당 추출용매 6ml)으로 3회 추출한 후 여과하여 얻은 고체를 건조하여 15.1g(72%)의 순도 100% TMHQ-DA를 얻었으며, n-헥산 용액에서 용매를 제거하여 얻은 고체의 무게 및 순도는 4.9g(28%) 및 83.9%이었다. 최종적으로 이를 고려한 분리정제 수율은 94.6%이었다.

실시예 2

실시예 1과 동일한 조건에서 아실화제를 염화아세틸로 변경시키거나, 아세트산 무수물의 농도를 250 mmol로 줄여서 반응을 수행하였다. 반응 결과 아실화제의 변경 및 의 농도 감소에 따른 반응수율 및 반응시간의 차이는 나타나지 않았다. 반응 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

아실화제에 따른 반응시간 및 반응수율

No.	염기	아실화제	반응시간	반응 수율(%)
1	4-옥소이소포론: 100 mmol 황산: 20 mmol 반응 온도: 상온	아세트산 무수화물/300 mmol	3시간	95.5
2		아세트산 무수화물/250 mmol	3시간	95.2
3		염화아세틸/300 mmol	3시간	95.1
4		염화아세틸/250 mmol	3시간	94.8

실시예 3

실시예 1과 동일한 조건에서 촉매로 사용한 황산의 사용량을 0.1mmol(0.1 mol%)에서부터 100mmol(100mol%)까지 변화시키면서 반응을 수행하였다. 구체적인 촉매 사용량 및 이에 따른 수율은 하기 표 2에 나타내었다.

촉매량의 변화에 따른 수율

No.	염기	황산 (mmol)	반응수율(%) (전환율/선택도)	고체화 수율(%)	분리정제 수율(1차/최종)
1	4-옥소이소포론: 100 mmol 아세트산 무수물: 300 mmol 반응온도: 상온 반응시간: 3시간	0.1	93.1	99.7	70/92.2
2		0.5	95.1	≒100	72/94.3
3		1	95.5	99.2	71.5/94.1
4		5	96.0	≒100	69.8/95.0
5		10	95.7	≒100	72/94.6
6		20	96.0	99.1	71.2/94.2
7		50	92.2	99.5	70.8/90.7
8		100	81.4	≒100	65.2/75.8

*분리 정제 수율은 순도 99.5% 이상의 TMHQ-DA를 얻은 기준임

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 황산(conc.) 촉매를 0.1∼50mol%로 사용한 경우에 반응 수율은 92∼96%의 우수한 결과를 나타내었고, 또한 물을 이용한 결정화 수율 및 추출용매인 n-헥산을 이용한 TMHQ-DA의 분리정제 수율 모두 우수한 결과를 얻었다.

이때 결정화 수율은 반응종료 후 물로 세척하여 TMHQ-DA 및 일부 부산물을 결정으로 얻은 수율로서 99∼100%를 얻었으며(생성물을 TMHQ-DA로 환산했을 경우의 이론치 대비), 분리정제 수율은 추출에 의한 분리 정제과정에서의 수율을 포함한 전체 제조 수율이다. 분리정제 수율에 있어서 1차 수율은 n-헥산으로 3회 추출 후에 남은 TMHQ-DA순도 100%의 결정을 여과하고, 무게를 측정하여 계산한 값이며, 최종은 추출 n-헥산을 제거하여 다시 얻은 부산물이 포함된 결정을 다시 n-헥산 추출하여 얻은 순도 100%의 TMHQ-DA를 얻고, 다시 이 과정을 1회 반복하여 얻은 순도 100%의 TMHQ-DA를 포함시킨 분리정제 수율을 의미한다. 즉, 총 3회에 걸친 추출로 얻은 순도 100% TMHQ-DA 결정의 수율이다. 결론적으로 최종 분리정제 수율은 반응 및 결정화, 분리정제를 통해서 얻은 순도 100%의 TMHQ-DA 제조 수율을 의미한다. 최종적으로 본 실험에 의해 순도 100%의 TMHQ-DA를 94∼95%의 분리정제 수율로 얻을 수 있었다.

실시예 4

실시예 3과 동일한 조건에서 촉매로 사용한 황산의 사용량을 0.5mmol, 1mmol, 5mmol, 10mmol 및 20mmol까지 변화시키면서 반응을 수행하였으며, 동일한 결정화 방법을 사용하였다. 단, 추출용매를 n-부탄올로 변경하여 분리정제를 수행하였으며, 추출은 매 분리 정제당 3회씩 하였고, 총 분리정제 과정은 3회를 실시하였다. 이에 따른 수율을 하기 표 3에 나타내었다.

추출용매로서 n-부탄올을 사용하는 경우의 수율

No.	염기	황산 (mmol)	반응수율(%) (전환율/선택도)	고체화 수율(%)	분리정제 수율 (1차/최종)
1	4-옥소이소포론: 100 mmol 아세트산 무수물: 300 mmol 반응온도: 상온 반응시간: 3시간	0.5	95.1	100	39.8/88.4
2		1	95.5	99.2	41.1/90.1
3		5	96.0	≒100	40.5/89.6
4		10	95.7	≒100	40.3/90.5
5		20	96.0	99.1	40/89.8

추출용매로 n-부탄올을 사용할 경우에는 TMHQ-DA에 대한 용해도가 n-헥산과 비교했을 때 상대적으로 높기 때문에 n-헥산 경우는 분리정제 과정이 3회로 충분하였으나, n-부탄올을 사용할 경우에는 5회를 수행하여도 88.4∼90.5% 정도로 n-헥산에 비해 다소 낮은 수율을 나타내었다.

실시예 5

실시예 3과 동일한 조건에서 촉매로 사용한 황산의 사용량을 0.5mmol, 1mmol, 5mmol, 10mmol 및 20mmol까지 변화시키면서 반응을 수행하였으며 동일한 결정화 방법을 사용하였다. 단, 추출용매로 n-헥산 + 에틸아세테이트(20:1vol%) 혼합용매를 사용하여 분리정제를 수행하였으며, 추출은 매분리 정제당 3회씩 하였고, 총 분리정제 과정은 5회를 실시하였다. 이에 따른 수율을 하기 표 4에 나타내었다.

추출용매로 n-헥산과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 사용한 경우의 수율

No.	염기	황산 (mmol)	반응수율(%) (전환율/선택도)	고체화 수율(%)	분리정제 수율 (1차/최종)
1	4-옥소이소포론: 100 mmol 아세트산 무수물: 300 mmol 반응온도: 상온 반응시간: 3시간	0.5	95.1	100	66.2/92.3
2		1	95.5	99.2	67.0/92.6
3		5	96.0	≒100	68.0/92.5
4		10	95.7	≒100	66.8/93.2
5		20	96.0	99.1	67.4/93.2

추출용매를 n-헥산과 에틸아세테이트 혼합용매를 사용할 경우에는 TMHQ-DA에 대한 용해도가 n-헥산과 비교했을 때 약간 증가하나, n-부탄올을 사용했을 때 보다는 감소하였다. 최종적으로는 n-헥산을 단독으로 사용하였을 때와 큰 차이를 나타내지 않았으며, 최종 분리정제 수율로 92.2∼93.2%의 좋은 결과를 나타내었다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 4-옥소이소포론과 아실화제를 미량의 황산 촉매를 사용하여 상온에서 3시간 이내의 반응시간을 통해 94∼96%의 반응 수율로 TMHQ-DA를 얻었다. 이 반응 생성물을 물을 사용하여 고체화시키고, 이 고체를 다시 추출용매를 사용하는 분리 정제를 통해 고수율 및 고순도의 TMHQ-DA를 얻을 수 있었다.

이는 종래 기술과 비교하여 원가적인 측면에서 상대적으로 저가이고, 미량의 촉매 사용과 상온에서의 반응 진행으로 운전비용이 낮음에도 불구하고, 반응 수율 및 고체화를 통한 분리정제 수율이 모두 높아 분리정제 수율 기준으로 93∼94%정도의 고수율을 나타내는 우수한 TMHQ-DA를 저 비용으로 얻을 수 있었다. 따라서, 향후 상업적으로 중요한 TMHQ-DA를 고수율 및 고순도, 그리고 상업적인 측면에서 경제적으로 생산할 수 있는 등의 개선효과를 기대할 수 있다.

Claims

4-옥소이소포론과 아실화제를 에스테르화 및 전위 반응을 통해 TMHQ-DA를 제조하는 방법에 있어서,

황산 촉매 존재하에서, 4-옥소이소포론과 아실화제를 상온에서 3시간 이내로 반응시키고, 반응 혼합물을 물로 세척하여 반응 생성물을 전량 고체화시킨 후, 추출용매로 추출하는 것을 특징으로 하는 고수율 및 고순도로 TMHQ-DA를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 황산 촉매의 사용량은 4-옥소이소포론 1mol에 대하여 0.1mol% 내지 50mol%임을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 황산 촉매의 사용량은 4-옥소이소포론 1mol에 대하여 0.5mol%임을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 아실화제는 아세트산 무수물, 염화아세틸, 탄소수 2 내지 4의 카르복실산 무수물 또는 탄소수 2 내지 4의 카르복실산 할로겐화물인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 아실화제는 4-옥소이소포론 사용량 대비 250 내지 300mol%인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 추출용매는 n-펜탄, 사이틀로펜탄, n-헥산, 사이클로헥산, n-헵탄, n-옥탄, n-노난, n-데칸, 에틸아세테이트, 디에틸에테르, 사이클로헥센, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메탄올, 에탄올 및 부탄올로 이루어진 군으로부터 하나 또는 그 이상 선택됨을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 추출용매는 n-펩탄, 사이클로펜탄, n-헥산, 사이클로헥산 또는 n-헵탄인 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 추출용매는 n-펩탄, 사이클로펜탄, n-헥산, 사이클로헥산 또는 n-헵탄과 에틸아세테이트와의 혼합용매인 것을 특징으로 하는 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 추출용매는 n-헥산임을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 추출용매는 반응 생성물 결정 1g 당 1 내지 100ml를 사용함을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 추출용매는 반응 생성물 결정 1g 당 5 내지 20ml를 사 용함을 특징으로 하는 방법.