비페닐 유도체의 제조 방법

비페닐 유도체의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING BIPHENYL DERIVATIVE}

본 발명은 비페닐 유도체의 제조 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 공업적으로 우수한 비페닐 유도체의 제조 방법에 관한 것이다.

비페닐 유도체는 유기 화학·고분자 화학 분야에서 널리 사용되는 화합물이고, 파인 케미컬, 의농약 원료, 수지·플라스틱 원료, 전자 정보 재료, 광학 재료 등 공업 용도로서 다방면에 걸친 분야에서 유용한 화합물이다.

비페닐 유도체의 제조 방법으로서는, 방향족 할로겐화물을 출발 기질로 하는 것이 알려져 있다. 특허문헌 1은 니켈 촉매 존재 하에서 방향족 염소화물의 그리냐르 시약(Grignard reagent)과 방향족 브롬화물을 반응시키는 것을 제안하고 있다. 한편, 비특허문헌 1 및 2는 방향족 요오드화물 또는 방향족 브롬화물을 마그네슘과 반응시켜 그리냐르 시약으로 전화(轉化)시킨 후, 염화철(Ⅲ) 촉매를 사용하여 산화제의 공존 하에 그리냐르 시약끼리를 커플링시키는 제조 방법을 제안하고 있다.

그러나, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는 그리냐르 시약과 반응시키는 기질이 방향족 염소화물로 이루어졌을 경우에 비페닐 유도체의 수율은 낮고, 공업적으로 적용할 수 없는 것이었다. 또한, 비특허문헌 1 및 2에 기재된 제조 방법은 출발 기질로서 반응성이 높지만 고가인 방향족 요오드화물 또는 방향족 브롬화물을 사용 하기 때문에 제조된 비페닐 유도체도 고가인 것으로 되어버렸다. 또한, 비특허문헌 1 및 2에 기재된 산화제는 1,2-디브로모에탄, 1,2-디클로로에탄이고, 이들은 국제 암연구 기관(IARC)에 의한 발암성 평가에서 각각 그룹 2A(사람에 대하여 필시 발암성이 있는 물질), 그룹 2B(사람에 대하여 발암성이 있을지도 모르는 물질)로 되어있다. 특히 1,2-디클로로에탄은 유럽에서는 사용 금지 물질로 지정되어 있다.

이들의 공업적 사용에는 문제가 있어 독성이 낮은 대체 물질이 요청되고 있었다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 소63-295520호 공보(실시예 1, 2, 3, 4)

비특허문헌 1 : 오가닉 레터즈(ORGANIC LETTERS) Vol.7, No.3(2005), 491-493

비특허문헌 2 : 오가닉 레터즈(ORGANIC LETTERS) Vol.7, No.10(2005), 1943-1946

본 발명의 목적은 저렴하고 독성이 낮은 원료를 사용함으로써, 공업적으로 높은 수율로 생산성이 우수한 비페닐 유도체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 비페닐 유도체의 제조 방법은, 하기 일반식(1)로 나타내어지는 비페닐 유도체의 제조 방법에 있어서, 하기 일반식(2)로 나타내어지는 벤젠 유도체의 염소 원자를 마그네슘 금속과 반응시켜 그리냐르 시약으로 전화시키고, 상기 그리냐르 시약끼리를 촉매 및 디클로로프로판의 존재 하에서 커플링 반응시키는 것을 특징으로 한다.

(단, A는 알킬기, 알콕시기, 알콕시메틸기, 비닐기, 페닐기, 염소로부터 선택되는 하나 이상을 나타내고, n은 1∼4의 정수로 한다.)

(단, A는 알킬기, 알콕시기, 알콕시메틸기, 비닐기, 페닐기, 염소로부터 선택되는 하나 이상을 나타내고, n은 1∼4의 정수로 한다.)

(발명의 효과)

본 발명의 비페닐 유도체의 제조 방법은, 출발 기질로서 저렴한 방향족 염소화물을 사용함으로써 저비용으로 그리냐르 시약을 중간체로서 생성할 수 있고, 이 그리냐르 시약끼리를 독성이 낮은 디클로로프로판을 산화제로서 사용하여 커플링 반응시킴으로써 효과적으로 고수율로 비페닐 유도체를 제조할 수 있다.

이하에 본 발명의 상세를 기재한다.

본 발명의 비페닐 유도체의 제조 방법은 하기 일반식(2)로 나타내어지는 벤 젠 유도체를 출발 기질로 한다.

(단, A는 알킬기, 알콕시기, 알콕시메틸기, 비닐기, 페닐기, 염소로부터 선택되는 하나 이상을 나타내고, n은 1∼4의 정수로 한다.)

상기 식(2)에 있어서, n은 1∼4의 정수이고, 바람직하게는 1 또는 2이다. n 이 1 또는 2일 때에 보다 저렴한 출발 기질을 사용할 수 있고, 또한 본 반응에 있어서 치환기에 의한 입체적인 반응 저해 효과가 적기 때문에 보다 효율적으로 반응이 진행되기 때문이다.

치환기(A)는 알킬기, 알콕시기, 알콕시메틸기, 비닐기, 페닐기, 염소로부터 선택되는 하나 이상이다. 알킬기의 구체적 예로서는, 메틸기, 에틸기, 노말프로필기, 이소프로필기, 노말부틸기, 터셔리부틸기를 들 수 있다. 알콕시기의 구체예는 메톡시기, 에톡시기, 노말프로폭시기, 이소프로폭시기, 노말부톡시기, 터셔리부톡시기를 들 수 있다. 알콕시메틸기의 구체예는 메톡시메틸기, 메톡시에틸기, 메톡시노말프로필기, 메톡시이소프로필기를 들 수 있다. 페닐기는 무치환의 페닐기이어도 치환 페닐기이어도 상관없다.

출발 기질의 구체예로서는, o-클로로톨루엔, m-클로로톨루엔, p-클로로톨루엔, o-클로로에틸벤젠, m-클로로에틸벤젠, p-클로로에틸벤젠, o-클로로노말프로필 벤젠, m-클로로노말프로필벤젠, p-클로로노말프로필벤젠, o-클로로이소프로필벤젠, m-클로로이소프로필벤젠, p-클로로이소프로필벤젠, 3-클로로-o-크실렌, 4-클로로-o-크실렌, 2-클로로-m-크실렌, 4-클로로-m-크실렌, 2-클로로-p-크실렌, 2-클로로 메시틸렌, o-클로로아니솔, m-클로로아니솔, p-클로로아니솔, o-클로로-메톡시메틸벤젠, m-클로로-메톡시메틸벤젠, p-클로로-메톡시메틸벤젠, o-클로로-메톡시에틸벤젠, m-클로로-메톡시에틸벤젠, p-클로로-메톡시에틸벤젠, 2-클로로비페닐, 3-클로로비페닐, 4-클로로비페닐, o-디클로로벤젠, m-디클로로벤젠, p-디클로로벤젠, 1,3,5-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠 등을 들 수 있고, 그 중에서도 바람직한 것은 o-클로로톨루엔, m-클로로톨루엔, p-클로로톨루엔, 4-클로로-o-크실렌, p-클로로아니솔, p-디클로로벤젠, p-클로로-메톡시메틸벤젠이다.

본 발명에 있어서, 상기 (2)의 벤젠 유도체의 염소 원자를 마그네슘 금속과 반응시켜서 그리냐르 시약으로 전화시킨다. 그리냐르 시약으로의 전화 반응은 특별히 제한되는 일 없이 공지의 전화 반응을 이용할 수 있다.

마그네슘 금속은 특별히 한정되지 않지만, 분말상의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그리냐르 시약으로 전화시키는 반응은 탈수된 계(係)에 의해 행하여진다. 탈수된 용매를 사용하는 것 또는 저렴한 그리냐르 시약을 첨가하여 물을 제거하는 것이 바람직하다.

또한, 마그네슘 금속의 표면 산화 피막을 제거하여 반응성을 높이기 위해서 요오드, 브롬, 또는 이들을 함유하는 저렴한 화합물을 첨가하면 좋다. 이러한 화합물의 예로서는, 요오드화 메틸, 브롬화 메틸, 요오드화 에틸, 브롬화 에틸 등을 바 람직하게 들 수 있다.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 그리냐르 시약끼리의 커플링 반응에 사용되는 촉매는 Fe, Ag, Cu, Co, Zn, Ni, Pd 금속 또는 그 화합물을 바람직하게 들 수 있고, 화합물로서는 이들 금속의 염화물, 브롬화물, 요오드화물, 불화물, 아세트산염, 아세틸아세토네이트염, 탄산염, 수산화물, 질산염이 바람직하게 사용된다. 그 중에서도 염화 제 1 철(Ⅱ), 염화 제 2 철(Ⅲ), 브롬화 제 1 철, 브롬화 제 2 철이 바람직하다.

또한, 촉매의 사용량은 출발 기질 1몰에 대하여 0.01몰%∼20몰%를 사용하는 것이 바람직하고, 0.05몰%∼10몰%가 더욱 바람직하다. 촉매 사용량을 상기 범위로 함으로써 커플링 반응을 효율적이고 또한 경제적으로 행할 수 있다.

본 발명의 제조 방법은 산화제로서 디클로로프로판을 사용한다. 산화제는 커플링 반응에 의해 환원된 촉매를 산화시키고, 재생한다. 이것에 의해, 촉매 사이클이 순환하고, 반응 수율이 향상된다.

산화제의 구체예로서는, 1,1-디클로로프로판, 1,2-디클로로프로판, 1,3-디클로로프로판을 들 수 있다. 그 중에서도 1,2-디클로로프로판은 국제 암연구 기관(IARC)에 의한 발암성 평가에서, 그룹 3(사람에 대한 발암성에 대해서는 분류할 수 없는 물질)으로 되어 있고, 종래 제안되어 있는 산화제보다 독성이 낮기 때문에 이것이 바람직하게 사용된다. 또한, 디클로로프로판의 사용량은 출발 기질 1몰에 대하여 0.1몰배량∼5몰배량 사용하는 것이 바람직하고, 0.2몰배량∼3몰배량이 보다 바람직하다. 0.1몰배량보다 적으면 산화제에 의한 촉매 재생의 효과가 적고, 5몰배 량보다 많으면 미반응의 산화제가 잔존하여 목적물의 단리 정제에 의해 부가가 가해져 비효율적이다.

본 발명의 제조 방법에 사용하는 용매는 반응을 효율적으로 진행시킬 수 있는 것이면 어떠한 용매이어도 임의로 선택할 수 있지만, 바람직하게는 그리냐르 시약이 생성되기 쉬운 에테르계 용매가 바람직하다. 용매의 구체예로서는, 디에틸에테르, 디이소프로필에테르, 테트라히드로푸란, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸 아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 1,3-디옥산, 1,4-디옥산, 시클로프로필메틸에테르, 메틸-터셔리부틸에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등을 들 수 있다. 그 중에서도 바람직한 것은, 디에틸에테르, 디이소프로필에테르, 테트라히드로푸란, 1,3-디옥산, 1,4-디옥산, 시클로프로필메틸에테르, 메틸-터셔리부틸에테르이다.

또한, 용매의 사용량에 대해서는 상기 식(2)로 나타내어지는 벤젠 유도체, 그리냐르 시약 및 생성물의 용해성이나 슬러리 농도 또는 반응액의 성상에 따라 임의의 양으로 상관없지만, 바람직하게는 상기 식(2)로 나타내어지는 벤젠 유도체에 대하여 0.5∼100몰배량이다. 0.5몰배량 미만이면 그리냐르 시약의 수율이 낮아지고, 100몰배량을 초과하면 생산성이 나빠 비경제적인 프로세스가 된다.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 커플링 반응의 반응 온도는 30∼100℃가 바람직하고, 45∼70℃가 더욱 바람직하다. 반응 온도가 30℃보다 낮으면 반응이 거의 진행되지 않고, 가령 반응이 진행되었다고 하더라도 도중에 정지하는 경우가 있으 며, 또한 100℃를 초과하면 그리냐르 시약이 반응하기 전에 분해되는 경우가 있어 바람직하지 않다.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 커플링 반응시에 목적으로 하는 하기 일반식(1)로 나타내어지는 비페닐 유도체와 아울러 하기 일반식(3)으로 나타내어지는 할로겐화 비페닐 유도체가 부생되기 때문에 비페닐 유도체를 함유하는 조성물이 얻어진다.

(단, A는 알킬기, 알콕시기, 알콕시메틸기, 비닐기, 페닐기, 염소로부터 선택되는 하나 이상을 나타내고, n은 1∼4의 정수로 한다.)

(단, A는 알킬기, 알콕시기, 알콕시메틸기, 비닐기, 페닐기, 염소로부터 선택되는 하나 이상을 나타내고, n은 1∼4의 정수로 한다.)

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 비페닐 유도체를 함유하는 조성물은 상기 식(3)으로 나타내어지는 할로겐화 비페닐 유도체의 함량이 20중량% 이하인 것이 바람직하고, 0.01중량%∼20중량%가 보다 바람직하다. 할로겐화 비페닐 유도체가 20 중량%를 초과하면, 파인 케미컬, 의농약 원료, 수지·플라스틱 원료, 전자 정보 재료, 광학 재료 등의 원료로서 사용하면 최종 제품의 품질 저하를 일으키기 때문이다. 즉, 최종 제품의 순도 저하, 착색, 강도 저하, 광학 특성 저하 등의 품질 상의 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명의 커플링 반응액으로부터 목적하는 비페닐 유도체를 단리할 때는 부생된 할로겐화 비페닐 유도체를 가능한 한 적게 할 것이 필요하다. 단리 방법은 증류법, 정석법, 추출법, 실리카 등에 의한 컬럼 분리, 의사이동층(Simulated Moving Bed) 흡착 분리법 등을 들 수 있고, 어떠한 방법이라도 상관없으며, 복수의 방법을 조합해도 상관없다. 반응액 중에 활성인 마그네슘 등이 잔존하고 있을 가능성이 있기 때문에 반응액에 물 또는, 산성수를 첨가하여 반응에 의해 생성된 마그네슘염을 수상으로 제거한 후에 얻어진 유상으로부터 단리하는 방법이 바람직하다. 예를 들면 증류법에서는, 단증류, 정류, 감압 증류, 상압 증류 중 어떠한 것도 상관없지만, 바람직하게는 감압 증류가 사용된다. 목적하는 비페닐 유도체보다 할로겐화 비페닐 유도체 쪽이 고비점이기 때문에 목적하는 비페닐 유도체를 증류시키고, 할로겐화 비페닐 유도체를 가능한 한 증류시키지 않고, 잔기 등으로 남기는 등의 증류 조작이 필요하다.

본 발명의 제조 방법은, 어느 하나의 단리 방법에 의해 얻어진 비페닐 유도체 중의 할로겐화 비페닐 유도체 함량을 0.01중량%∼20중량%로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.01중량%∼5중량%로 하면 좋다. 할로겐화 비페닐 유도체 함량을 상기 범위 내로 함으로써 비페닐 유도체를 원료로 하는 최종 제품의 순도, 착색, 강도, 광학 특성 등의 품질을 유지할 수 있다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 비페닐 유도체는 다방면에 걸친 분야에서 여러 가지 화합물로 변화할 수 있고, 저렴한 원료·독성이 낮은 산화제를 사용하며, 또한 효율적으로 공업적으로 얻어지는 것의 의의는 크다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 여기에서 사용하고 있는 시약류의 메이커 등급은 모두 1급 레벨 이상에 상당하는 것이다.

실시예 1

테트라히드로푸란 136.8g(1.90몰 ; 나칼라이 테스크사제), 마그네슘 분말 11.5g(0.47몰 ; 츄오코산사제), o-클로로톨루엔 5g(0.008몰 ; 와코쥰야쿠사제)을 온도계가 부착된 반응기에 투입하고, 계 내를 질소 치환시키면서 교반했다. 터셔리부틸마그네슘클로라이드 1g(0.008몰 ; 토쿄카세이제)을 첨가하여 계 내의 수분을 제거했다. 계속해서, 브롬화 에틸 4.3g(0.04몰 ; 와코쥰야쿠사제)을 첨가했다. 잠시 교반하여 발열이 일어나는 것을 확인했다. 다음에 반응액 온도 35∼50℃로 유지하면서 o-클로로톨루엔 45g(0.35몰)을 적하했다. 적하 종료 후, 60℃로 3시간 교반하면서 숙성시켰다(그리냐르 시약 수율 83%).

다음에, 염화철(Ⅲ) 1.9g(0.012몰 ; 와코쥰야쿠사제)에 테트라히드로푸란 7.1g(0.10몰)을 첨가한 액에 1,2-디클로로프로판 53.6g(0.74몰 ; 와코쥰야쿠사제)을 첨가하여 촉매 함유 용액을 조제했다. 이것을 상기 그리냐르 시약 용액에 반응 액 온도 30∼50℃로 유지하면서 적하하고, 커플링 반응을 행했다. 적하 종료 후, 50℃로 3시간 반응을 행했다. 반응 종료 후 냉각하고, 반응액을 물에 전개하여 디에틸에테르(나칼라이 테스크사제 특급)로 오일층을 추출하고, 이것에 내부 표준 물질인 아세토페논(나칼라이 테스크사제 특급)을 첨가하여 가스크로마토그래피법(컬럼 : GL사이언스사제 : 이너트캡1 길이 60m×지름 0.25mm, 막두께 0.40㎛)으로 분석했다. o-클로로톨루엔에 대한 2,2'-디메틸비페닐의 수율은 84.4%이었다. 또한, 부생된 클로로2,2'-디메틸비페닐은 2,2'-디메틸비페닐에 대하여 0.54중량%이었다.

실시예 2

실시예 1에 있어서, o-클로로톨루엔으로부터 m-클로로톨루엔으로 변경한 이외는 실시예 1과 마찬가지로 반응을 행했다. m-클로로톨루엔에 대한 3,3'-디메틸비페닐의 수율은 79.4%이었다. 또한, 부생된 클로로3,3'-디메틸비페닐은 3,3'-디메틸비페닐에 대하여 1.4중량%이었다.

실시예 3

실시예 1에 있어서, o-클로로톨루엔으로부터 p-클로로톨루엔으로 변경한 이외는 실시예 1과 마찬가지로 반응을 행했다. p-클로로톨루엔에 대한 4,4'-디메틸비페닐의 수율은 82.0%이었다. 또한, 부생된 클로로4,4'-디메틸비페닐은 4,4'-디메틸비페닐에 대하여 0.80중량%이었다.

실시예 4

테트라히드로푸란 123.1g(1.71몰 ; 나칼라이 테스크사제), 마그네슘 분말 10.4g(0.43몰 ; 츄요코산사제), 4-클로로-o-크실렌 5g(0.036몰 ; 와코쥰야쿠사제) 을 온도계가 부착된 반응기에 투입하고, 계 내를 질소 치환시키면서 교반했다. 터셔리부틸마그네슘클로라이드 1g(0.008몰 ; 토쿄카세이제)을 첨가하여 계 내의 수분을 제거했다. 계속해서, 브롬화 에틸 3.9g(0.04몰 ; 와코쥰야쿠사제)을 첨가했다. 잠시 교반하여 발열이 일어나는 것을 확인했다. 다음에 반응액 온도 35∼50℃로 유지하면서 4-클로로-o-크실렌 45g(0.32몰)을 적하했다. 적하 종료 후, 60℃로 3시간 교반하면서 숙성시켰다(그리냐르 시약 수율 90%).

다음에, 염화철(Ⅲ) 1.7g(0.011몰 ; 와코쥰야쿠사제)에 테트라히드로푸란 6.4g(0.09몰)을 첨가한 액에 1,2-디클로로프로판 48.2g(0.67몰 ; 와코쥰야쿠사제)을 첨가하여, 촉매 함유 용액을 조제했다. 이것을 상기 그리냐르 시약 용액에 반응액 온도 30∼50℃로 유지하면서 적하하고, 커플링 반응을 행했다. 적하 종료 후, 50℃로 3시간 반응을 행했다. 반응 종료 후에 냉각하고, 반응액을 물에 전개하여 디에틸에테르(나칼라이 테스크사제 특급)로 오일층을 추출하고, 이것에 내부 표준 물질인 아세토페논(나칼라이 테스크사제 특급)을 첨가하여 가스크로마토그래피법(컬럼 : GL사이언스사제 : 이너트캡1 길이 60m×지름 0.25mm, 막두께 0.40㎛)으로 분석했다. 4-클로로-o-크실렌에 대한 3,4,3',4'-테트라메틸비페닐의 수율은 72.5%이었다. 또한, 부생된 클로로3,4,3',4'-테트라메틸비페닐은 3,4,3',4'-테트라메틸비페닐에 대하여 1.8중량%이었다.

실시예 5

실시예 4에 있어서, 4-클로로-o-크실렌으로부터 3-클로로-o-크실렌으로 변경한 이외는 실시예 4와 마찬가지로 반응을 행했다. 3-클로로-o-크실렌에 대한 2,3,2',3'-테트라메틸비페닐의 수율은 74.3%이었다. 또한, 부생된 클로로 2,3,2',3'-테트라메틸비페닐은 2,3,2',3'-테트라메틸비페닐에 대하여 1.6중량%이었다.

비교예 1

실시예 1에 있어서, 산화제를 1,2-디클로로프로판 53.6g(0.74몰 ; 와코쥰야쿠사제)으로부터 1,2-디클로로에탄으로 변경한 이외는 실시예 1과 마찬가지로 반응을 행했다. o-클로로톨루엔에 대한 2,2'-디메틸비페닐의 수율은 65.9%이었다. 또한, 부생된 클로로2,2'-디메틸비페닐은 2,2'-디메틸비페닐에 대하여 4.5중량%이었다.