KR0184380B1 - 피콜린산크롬의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라 식품 또는 동물 사료의 첨가제로서 사용되는 고순도 피콜린산크롬을 고수율로 얻을 수 있는 새로운 제조방법이 제공된다. 본 발명의 방법은 +3가 크롬의 강산염과, 동 당량의 피콜린산을 물에 녹여 70-100℃에서 20분 이상 가열한 후 이 반응에서 생성될 수 있는 산의 전량을 중화시키는데 필요한 알칼리의 50-100%를 반응액의 pH가 3.5 이하가 되도록 유지하면서 반응액에 가한 후 계속 70-100℃에서 20분 이상 가열하는 것으로 이루어진다.

Description

피콜린산크롬의 제조방법

본 발명은 피콜린산크롬의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 식품 및 동물 사료에 첨가되는 고순도 피콜린산크롬을 고수율로 제조할 수 있는 새로운 제조방법에 관한 것이다.

크롬을 포함하는 유기물은 체내의 인슐린 작용을 최적화하는데 있어서 필수적인 성분이라는 것이 밝혀졌고 (K. Schwarz 및 W. Mertz, Arch Biochem. Biophys., 85, 292 (1959)), 특히 피콜린산크롬은 글루코스 내성인자 (GTF)의 주요성분으로서 글루코스의 분해작용 및 글루코스의 지방 전환을 위한 인슐린 작용에 직접 관여한다는 사실이 알려졌다 (W. Mertz 외, Nutrition Review 25, 49 (1967)). 더욱이, 최근에는 여러가지 동물 및 인체 인상실험을 통하여 피콜린산크롬이 인슐린 대사에 관여하여 체내의 혈당을 낮추고, 콜레스테롤 및 체지방을 감소시키는 한편 근육질을 강화한다는 연구결과 (G. W. Evans, Int. J. Biosocial Med. Research, 11(2), 163 (1989))가 발표되었으며, 돼지 사료에 피콜린산크롬을 200ppb 정도로 첨가하여 사육할 경우, 돼지의 지방질과 콜레스테롤 수준은 낮아지고 근육질 함량은 증가한다는 사실 등이 보고되고 있다 (K. Jacques 외, Feed Management, 44, 23 (1993)).

이러한 식품 및 동물 사료 첨가용 피콜린산크롬은 고순도일 것과 식품 또는 동물 사료에 첨가 및 배합하기에 용이한 형태일 것이 요구되며, 아울러 그 제조방법은 수율이 높고 부산물이 적은 공정이라야 한다. 그러나, 종래 기술상의 문헌에 보고된 피콜린산크롬의 제조방법은 의외로 그 수가 많지 않고 그나마 출발물질의 종류에 따라 사용 용매, 반응 온도, 반응 시간 등 반응 조건이 너무 판이하고, 수율도 50-70%로 비교적 낮은 것으로 보고되어 있다. 예컨대, 질산크롬(Cr(NO₃)₃·9H₂O)과 피콜린산을 반응시키는 경우 (D. M. Stearns 외, Inorg. Chem., 31, 5178 (1992)), 질산크롬과 피콜린산을 질산 수용액에 녹여 60℃에서 30분간 가열한 후 식히면 약 48%의 수율로 피콜린산크롬이 얻어지는 것으로 보고되어 있다. 또한, 아세트산 크롬(Cr(OOCCH₃)₃·H₂O)과 피콜리산을 역시 수용액에서 가열 반응시킬 경우 (A. J. Saraceno, Inorg. Chem. 2, 865 (1963)), 피콜린산크롬이 약 70%의 수율로 얻어지는 것으로 설명되어 있다. 한편, G. W. Evans는 염화크룸 (CrCl₃·6H₂O)과 피콜린산을 1 : 3의 몰비로 수용액에서 반응시키면 상온에서는 1시간, 37℃에서는 10분 가열하면 반응이 완결된다고 보고하고 있으나 (G. W. Evans, 외, J. Inorg. Biochem., 49,177 (1993)), 이 반응 조건에서의 실제 수율은 50% 미만이다. 이외에도 삼염화크롬과 피콜린산을 알코올 용매에서 반응시키는 방법 (G. Yuen 외, Inorg. Chim. Acta., 73, 231 (1983)), 헥사카르보닐크롬과 피콜린산을 메탄올 용매에서 반응시키는 방법 (T. E. Dorsett 외, J. Chem. Soc. Dalton, 347 (1976)) 등이 보고되어 있으나, 황산크롬 (Cr(SO₄)₃xH₂O)을 출발물질로 사용하는 방법은 전혀 보고되고 있지 않다.

상술한 크롬의 산성염과 피콜린산의 반응은 일견 간단해 보이지만, 반응 조건에 따라 킬레이션 된 착화합물형태의 피콜린산크롬 (Cr(pic)₃H₂O)

즉외에 이합체인 [Cr(pic)₂(OH)]₂또는 킬레이트 화합물이 아닌 크롬과 피콜린산과의 단순한 수용성 이온 화합물인등의 불순물이 공침하게 됨에 따라 제품 수율이 낮아지는 것으로 추정된다.

따라서, 본 발명의 목적은 식품 및 동물 사료에 첨가되기 위한 피콜린산크롬을 고순도(99%)로, 정량적으로 제조하기 위한 새로운 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명자들은 종래기술에 따른 방법들을 면밀히 검토, 실험한 결과, 출발물질에 거의 관계없이 순도 99.0% 이상의 고순도 결정성 피콜린산크롬을 99% 이상의 고수율로 제조할 수 있는 공정을 발견하기에 이르렀다.

본 발명에 따른 피콜린산크롬의 새로운 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 신 공정의 핵심내용을 설명하면, 우선 종래 기술에 따른 반응 온도는 모두 60℃ 이하였던데 비하여, 본 발명에서는 70-100℃의 상승된 온도에서 반응을 진행시키는데, 이것은 후술되는 바와 같이 종래 기술에 비교하여 큰 의미를 갖는 것이다. 즉, 본 발명자들은 종래 기술에서와 같은 60℃ 이하의 반응 온도 범위에서는 앞의 구조식에서와 같이 피콜린산이 크롬 금속과 킬레이션하여 안정한 착화합물을 형성하는데 충분치 못함을 발견하게 되었다. 즉, 70-100℃에서 10분 -30분 이상 가열하여야만 착화합물의 형성 반응이 용이하게 진행된다는 사실이 본 발명자들에 의해 밝혀졌다. 다시 말하면, 낮은 온도에서는 다음 반응식 (I):

에서와 같은 킬레이션 반응이 잘 일어나지 않고, 대부분 단순한 카르복실산염, 즉,이 형성되며, 70℃ 이상으로 가열하여야 킬레이션 반응이 순조롭게 일어나 반응식 (I)이 주반응이 되는 것으로 추정된다. 그러나, 상술한 크롬의 산성염과 피콜린산을 70-100℃에서 30분 이상 가열하여도 피콜린산크롬의 수율은 80-90%가 최대였으며 그 이상 반응이 진행되지 않는 것으로 나타났다. 본 발명자들은 그 원인을 면밀히 조사, 분석하여 실험한 결과 반응식(I)이 오른쪽으로 진행하여 생성물인 피콜린산크롬이 침전함에 따라, 반응액의 산도가 급격히 높아져서 pH가 1 이하로 떨어지며, 이러한 강한 산성에서는 아직 확실한 이유를 알 수는 없으나 피콜린산크롬의 생성이 억제되는 것으로 관찰되었다. 따라서, 본 발명자들은 반응식 (I)이 진행되는 중간에 반응식 (I)에서 생성되는 전체산 (HX)의 이론양의 50-100%를 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 산성탄산나트륨, 또는 산성탄산칼륨과 같은 알칼리로 중화하여 pH를 1.5~3.5사이로 유지하면서 반응을 계속시키면 피콜린산크롬을 수율 99% 이상으로, 즉, 거의 정량적으로 얻을 수 있음을 발견하였다.

본 발명의 요지를 더욱 상세히 설명하면, 염화크롬, 질산크롬 또는 황산크롬과 같은 +3가 크롬 (Cr(III))의 강산염과, 크롬과 거의 같은 당량의 피콜린산을 가능한 한 최소량의 물에 녹인 후, 서서히 저어주면서 70-100℃에서 20-30분간 1차 가열한 후, 생성될 전체 산 이론양의 50-100%를 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 산성탄산나트륨, 및 산성탄산칼륨과 같은 알칼리로 중화하여 반응액의 pH를 1.5 내지 3.5로 유지하면서 다시 가열 반응을 20-30분간 계속한 후 식히면, 고순도의 피콜린산크롬을 거의 정량적으로 얻을 수 있었다. 상기 중화 반응은 경우에 따라 한번에 하지 않고, 두번 또는 다단계로 나누어 중화하는 것이 더 효과적인 때도 있었다. 그러나, 어떠한 경우에도 반응 용액의 pH가 3.5 이상이 되어서는 절대로 안된다. 왜냐하면, pH=3.5 이상에서는 이합체와 같은 불순물의 생산이 많아지기 때문이다.

이와 같이, 종래 기술에 비하여 반응온도를 70-100℃로 높여 피콜린산의 킬레이션을 촉진하고 반응 과정에서 생산되는 산을 중화해 줌으로써 피콜린산크롬의 생성 반응을 완결시키는 본 발명의 방법은, 결정성 고순도 (순도 99.0% 이상)의 피콜린산크롬을 99% 이상의 수율로 거의 정량적으로 얻을 수 있어 경제성이 크게 향상되었다는 것과, 미반응물의 회수가 필요없고, 폐수처리가 아주 용이하여 환경오염이 거의 없다는 장점을 부가적으로 갖는다.

다음 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명할 것이나 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

염화크롬 (CrCl₃6H₂O) 5.30g (0.020 mole)과 피콜린산 (PicH) 7.76g (0.063 mole)을 증류수 30ml에 녹인 후 서서히 저으면서 80℃에서 30분간 가열한다. 이 반응에서 생성될 전체 염산의 중화에 필요한 양의 80%에 해당되는 수산화나트륨 1.92g (0.048 mole)을 증류수 4ml에 녹인 수용액을 위 반응액에 반응액의 pH가 3.5 이하로 유지되도록 하면서 서서히 가한 다음, 80℃에서 30분간 계속 반응시킨다. 여기에 다시 수산화나트륨 0.36g (0.009 mole)을 증류수 1ml에 녹인 용액을 pH 3.5이하로 유지하면서 서서히 가한 후 계속 80℃에서 20분간 더 가열한다. 반응액을 식힌 후, 붉은 결정성 침전물을 여과하여 증류수로 2-3회 씻은 후 말리면 8.63g (수율 99.0%)의 피콜린산크롬(Cr(Pic)₃H₂O)이 얻어진다.

녹는점: 440℃ (분해)

시성식: C₁₈H₁₄N₃O₇Cr

원소분석치 (%): C, 49.2; H, 3.14; N, 9.39; Cr, 12.0

이론치 (%): C, 49.6; H, 3.23; N, 9.63; Cr, 11.9

적외선 흡수띠 (cm^-1): 474(s), 658(m), 692(s), 714(s), 766(s), 1030(m), 1050(s), 1096(m), 1152(s), 1238(s), 1260(s), 1288(s), 1326(s), 1352(sh), 1452(m), 1472(s), 1566(m), 1606(s), 1678(vs), 3452(s), 3526(s).

[실시예 2]

황산크롬 (Cr₂(SO₄)₃4H₂O) 4.64g (0.010 mole)과 피콜린산 (PicH) 7.76g (0.063 mole)을 증류수 35ml에 녹인 후 서서히 저으면서 80℃에서 30분간 교반한다. 이 반응에서 생성될 전체 황산의 중화에 필요한 양의 50%에 해당되는 수산화나트륨 1.2g (0.030 mole)을 증류수 3ml에 녹인 용액을 위 반응액에 반응액의 pH가 3.5를 넘지 않는 범위에서 서서히 가한 다음 계속 80℃에서 30분간 저어주면 붉은색 결정성 침전이 떨어진다. 용액을 식힌 후 여과하여 증류수로 2-3회 씻은 후 100℃에서 건조기에서 건조하면 8.69g (수율 99.7%)의 피콜린산크롬이 얻어진다.

[실시예 3]

질산크롬 (Cr(NO₃)₃9H₂O) 9.04g (0.020 mole)과 피콜린산 (PicH) 8.13g (0.066 mole)을 증류수 40ml에 녹인 후 서서히 저으면서 90℃에서 30분간 교반한다. 여기에 반응시 생성될 전체 질산의 중화에 필요한 양의 90%에 해당되는 수산화나트륨 2.16g (0.054 mole)을 증류수 5ml에 녹인 용액을 반응액의 pH가 3.5를 넘지않도록 서서히 가한 다음 계속 80℃에서 30분간 계속 반응시킨다. 반응액을 식힌 후 생성된 붉은 색 결정성 침전을 걸러 증류수로 2-3회 씻은 다음 건조하면 8.64g (수율 99.1%)의 피콜린산크롬이 얻어진다.

Claims (3)

1. 염화크롬(CrCl₃· xH₂O), 황산크롬(Cr₂(SO₄)₃· xH₂O) 또는 질산크롬(Cr(NO₃)₃· xH₂O) 중에서 선택된 +3가 크롬의 강산염과 같은 당량의 피콜린산을 물에 녹여 80-100℃에서 20분 이상 가열한 후, 이 반응에서 생성가능한 산의 전량을 중화하는데 필요한 알칼리의 50-100%를 반응액의 pH가 1.5 내지 3.5가 유지되는 범위에서 반응액에 서서히 가한 후 계속 70-100℃에서 20분 이상 가열하는 것으로 되는 피콜린산크롬의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 알칼리가 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 산성탄산나트륨, 및 산성탄산칼륨 중에서 선택되는 것이 특징인 피콜린산크롬의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 생성가능한 산의 전량을 중화하는데 필요한 알칼리의 50-100%를, 한번에 또는 수차례로 나누어 반응액에 첨가하여 중화처리하는 것이 특징인 피콜린산크롬의 제조방법.