CN101039926B - 制备[1,4,5]-氧二氮杂䓬衍生物的方法 - Google Patents

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Abstract

通过4，5-二酰基-[1，4，5]-氧二氮杂类与碱反应制备[1，4，5]-氧二氮杂衍生物的方法。

Description

制备[1，4，5]-氧二氮杂衍生物的方法
本发明涉及制备[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000012
类的新方法及其作为制备四氢吡唑烷二酮类除草剂中的中间体的应用。
按照WO 03/051853，可以通过使各种N，N′-二酰化肼类与例如2，2′-二氯二乙基醚在极性溶剂中反应而生成4，5-二酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000013
类且然后使用氢卤酸除去两个酰基来制备[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000014
类。
已经令人意外地发现可以通过使用碱将4，5-二酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000015
类转化成相应的[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000016
类进一步改善[1，4，5]-氧二氮杂衍生物的制备。
本发明由此涉及制备[1，4，5]-氧二氮杂衍生物的新方法，通过使4，5-二酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000019
与碱在极性溶剂中和升高的温度下反应来进行。
优选的4，5-二酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D0000110
类对应于式I：
Figure G200580034744420070413D0000111
其中R1和R2彼此独立为氢、C1-C5烷基、C1-C5卤代烷基、C2-C5链烯基、C2-C5炔基、苯基、烷基苯基、卤代苯基、烷氧基苯基、苄基、烷基苄基、卤代苄基、烷氧基苄基、C1-C5烷氧基-C1-C5烷基或C3-C6环烷基，或R1和R2共同为C1-C4亚烷基、1，2-亚苯基或1，8-亚萘基，并且R3和R4彼此独立为氢、C1-C5烷基、C1-C5烷氧基-C1-C5烷基、苯基、烷基苯基、卤代苄基、烷氧基苯基或苄基。
优选R1和R2彼此独立为氢或C1-C5烷基，尤其是甲基。R3和R4优选为氢。
本发明使用的式I的4，5-二酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000021
类作为原料是已知的并且可以按照本身公知的方式制备，例如WO 03/051853中所述的方式。例如，就N，N′-二酰化肼类与2，2′-二氯二乙基醚的反应而言，可以通过使用碱金属和碱土金属的氢氧化物为碱并且通过在添加相转移催化剂的条件下进行反应和/或通过从反应混合物中连续蒸馏出在反应过程中形成的水来改善这类原料的产率，所述的相转移催化剂诸如，例如TBACl(氯化四丁铵)、TBABr(溴化四丁铵)、TMACl(氯化四甲铵)或TMABr(溴化四丁铵)或氯化苄基-三乙铵、溴化苄基-三乙铵或Aliquat。
可以通过下列步骤制备N，N′-二酰化肼：首先使肼水合物与酰基酯反应而形成一酰化肼且然后在不对一酰化肼进行中间体分离的情况下将酰基酸酐加入到高度浓缩的水-醇反应混合物中。例如，可以通过蒸发浓缩从反应混合物中完全除去溶剂，并且可以在不进一步纯化的情况下进一步使用残余物。
式I化合物取代基定义中的烷基含有1-5个碳原子，并且例如为甲基、乙基、丙基、丁基或戊基或其支链异构体。烷氧基源于提及的烷基。链烯基和炔基各自带有2-5个碳原子，并且例如为乙烯基、丙烯基、乙炔基和丙炔基及其支链异构体，以及还有丁烯基、丁炔基、戊烯基、戊炔基，并且还有其支链和二-不饱和的异构体。苯基还可以为被卤素、烷基或烷氧基例如，它们各自带有1-4个碳原子，单-或多-取代，优选这些取代基占据邻位或间位或邻位和对位。卤素优选为氟、氯或溴。
本发明的反应在极性溶剂中，优选在水或醇类中进行，所述的醇优选具有高于100℃的沸点，诸如，例如正丁醇、正戊醇、环己醇、苯酚、苄醇，并且尤其是乙二醇、二甘醇、甘油；和C1-C4烷氧基-C1-C4醇类，诸如，甲氧基异丙醇和乙氧基乙醇，并且还有DMSO[(CH3)2SO]、环丁砜[(CH2)4SO2]、NMP[(CH2)3CONCH3]、DMA[CH3CON(CH3)2]或DMF[HCON(CH3)2]或其混合物，其中优选NMP、DMSO，并且尤其是水。还能够使用二相系统，所述系统含有，例如水和芳族溶剂，诸如甲苯、氯苯、二氯苯、二甲苯或茴香醚。
表述″升高的温度″优选表示50-150℃的温度范围。尤其有利的是使用80-100℃的范围。
该反应还可以在压力下进行，优选使用达10巴的压力。
通过添加相转移催化剂，诸如，例如TBACl(氯化四丁铵)、TBABr(溴化四丁铵)、TMACl(氯化四甲铵)或TMABr(溴化四丁铵)或氯化苄基-三乙铵、溴化苄基-三乙铵或Aliquat，该反应的产率可以得到进一步改善。
适合于本发明反应的碱优选碱金属和碱土金属氢氧化物、碳酸盐和醇化物，优选碱金属氢氧化物。氢氧化钾尤其是合适的。优选每个欲除去酰基使用1-2当量，尤其是1-1.3当量的碱。可以以固体形式或可以以在提及极性溶剂，例如水中的浓度为10-70％，优选40-65％溶液的形式使用碱。
分离的[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000031
的产率一般为60-95％。[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000032
的纯度通常约为90％。
在合成[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000041
衍生物的过程中，通常的操作步骤为将4，5-二酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000042
引入极性溶剂并且加热该混合物。然后加入化学计算量或适当过量的碱并且将该反应混合物维持在所选择的温度下约1-10小时，优选2-6小时。在20-100℃，优选在60-80℃的温度下，使用与反应介质溶混性差的芳族溶剂，诸如氯苯萃取反应混合物，由此得到含有[1，4，5]-氧二氮杂的溶液，按照常规方式，例如通过蒸馏出芳香族溶剂可以从其中分离出后者。可以通过分批或连续的方式进行萃取。
然而，一般而言，还能够计量4，5-二酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000044
而不是碱，或计量两种成分碱和4，5-二酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000045
为了便于分离产物，可以向其中加入对反应混合物而言为惰性的并且可溶于其中的盐。用于该目的的盐优选为与除去酰基所获得的相同的盐，即乙酸盐，例如乙酸钾。在合适的盐浓度下，可以按照该方式实现[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000046
的直接分离。
本发明的方法可以连续或间歇(不连续地，分批)进行，其中优选分批操作步骤。反应时间一般为1-10小时。分批反应过程优选在搅拌的容器中进行，并且连续的反应过程例如在搅拌的串联容器中进行。
与使用氢卤酸除去酰基的已知方法相比，本发明的方法具有下列优点：
-可以获得较高的体积产率，因为在使用氢卤酸反应的情况中，形成包含所述的[1，4，5]-氧二氮杂氢卤酸盐的粘性晶体溶液，其在一定浓度和高于该浓度下严重影响反应物质的可搅拌性；
-通过调节碱和/或4，5-二乙酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000048
的量，可以按照简单的方式控制反应；
-添加易溶性盐使得能够充分萃取形成的[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000051
-方法的可靠性得到改善，因为[1，4，5]-氧二氮杂衍生物的热稳定性远优于相应的氢卤酸盐的热稳定性；
-通过萃取分离[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000053
类与分离相应的氢卤酸盐相比要简单得多；
-周期明显更短。
本发明制备的[1，4，5]-氧二氮杂衍生物尤其用作制备例如WO99/47525中所述的四氢吡唑烷二酮类除草剂的中间体。
下列实施例进一步解释说明本发明。
实施例1：[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000055
的制备
在75-80℃下，将96.6g 4，5-二乙酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000056
(含量96.5％)引入67.2g水和100g乙酸钾的溶液中。然后在相同温度下，在30分钟过程中滴加134.4g 50％氢氧化钾水溶液。然后将该反应混合物维持在90-100℃下4小时。在冷却至50-75℃后，使用氯苯进行萃取(1×200g，2×100g)。合并的氯苯萃取物含有33.4g[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000057
它相当于65％的产率。
实施例2：[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000058
的制备
在80-85℃下，将96.6g 4，5-二乙酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000059
(含量96.5％)引入10.8g水、100g乙酸钾和123.2g的50％氢氧化钾溶液的溶液中，历时15分钟。然后将该反应混合物维持在90-100℃下4小时。在冷却至50-75℃后，使用氯苯进行萃取(1×200g，2×100g)。合并的氯苯萃取物含有41.3g[1，4，5]-氧二氮杂它相当于80.9％的产率。
实施例3：[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D0000511
的制备
批量1：在90-95℃下，制备由47.2g水、110g 98％乙酸钾和111.0g 4，5-二乙酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D0000512
(含量92.1％)组成的混合物，并且在1小时过程中，滴加已经加热至75-80℃的118.2g的60％氢氧化钾水溶液。然后，将该反应混合物维持在95-100℃下4小时。在冷却至70-75℃后，使用氯苯进行萃取(第一次萃取：1×225g，第二次和第三次萃取各112g)。产率：萃取物中48.5g[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000061
相当于86.4％的理论值。
批量2：使用来自批量1的三重萃取的水相(含有1.05g标题化合物)的一半作为起始加载量，在90-95℃下，加入114.0g 4，5-二乙酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000062
(含量89.5％)，并在1小时过程中滴加已经加热至75-80℃的118.2g的60％氢氧化钾水溶液。然后将该反应混合物维持在95-100℃下4小时。在冷却至70-75℃后，进行萃取。第一次萃取：来自批量1的合并的二次和三次氯苯萃取物(含有9.3g标题化合物)；第二次和第三次萃取：各自使用112g新鲜的氯苯。产率：在萃取物中52.7g[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000063
相当于94.1％的理论值。
实施例4：[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000064
的制备
将35.2g水、205g氯苯、100g乙酸钾和96.6g 4，5-二乙酰基-[1，4，5]-氧二氮杂(96.5％含量)的混合物加热至90-95℃。在此温度下，在10分钟过程中滴加已经加热至75-80℃的107g的60％氢氧化钾水溶液。然后将该反应混合物维持在90-100℃下4小时。在冷却至70-75℃后，分相，然后使用氯苯将水相萃取两次，每次100g。产率：萃取物中42.8g[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000066
相当于83.8％的理论值。
实施例5：4，5-二乙酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000067
的制备
在80-85℃下，制备由792g二甲亚砜、140g N，N′-二乙酰基肼(含量99.5％)、33g碳酸钾、142g氢氧化钾(含量95％)和6.6g氯化四甲铵组成的混合物并且将其抽真空至20-40mbar。在该真空条件和相同温度下，在2小时过程中滴加258g 2，2′-二氯二乙基醚，然后将该混合物维持在那些条件下3小时。在滴加和维持期间，通过蒸馏除去在该反应条件下形成的水。在冷却至20-25℃后，过滤出无机盐，通过蒸发浓缩滤液并且使残余物从1-戊醇中结晶。获得了具有93％含量的125.6g 4，5-二乙酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000068
相当于52.3％的产率。
实施例6：N，N′-二乙酰基肼的制备
在3小时过程中和40-45℃下，将191g乙酐计量加入279g的133.4g一乙酰基肼、3.8％N，N′-二乙酰基肼、18％水，余量为乙醇/乙酸乙酯的溶液中且然后将该反应混合物维持在相同温度下1小时。然后，通过将温度从165逐步增加至170℃和同时将压力减至10-20mbar的条件下，蒸馏出所有溶剂。208g残余物，含有＞98％的N，N′-二乙酰基肼，相当于＞98％的产率。
实施例7：[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000071
的制备
将18.6g的4，5-二乙酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000072
(100％)、0.54g氯化四甲铵和100g环丁砜的混合物加热至Ti＝120-125℃。在30分钟过程中，加入4.0g氢氧化钾(95％)并将该反应混合物维持在该温度下。然后加入0.50g水。在2小时期间再加入8.0g氢氧化钾(95％)后，将该反应混合物维持在恒温下再经过3小时。然后将该反应混合物冷却至室温并且过滤，且随后用环丁砜洗涤残余物。获得的环丁砜滤液(214.9g重量)具有1.74％的含量，相当于3.74g/100％或理论值的38.1％的产率。
实施例8：[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000073
的制备
在95-100℃下制备10.7g 4，5-二丙酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000074
(100％)和2.0g水的混合物。在1小时过程中计量加入12.9g氢氧化钾(50％)且然后将该混合物搅拌2小时。为使完成反应，加入0.27g氯化四甲铵，再计量加入8.0g氢氧化钾(95％)且然后在95-110℃下搅拌5小时。然后，在90℃将7.0g氯苯和10.0g水加入到反应混合物中并且在70℃下分离各相。
水相：32.5g，具有2.82％的[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000075
含量，相当于理论值的18.0％的产率。
氯苯相：13.0g，含有10.45％的[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000076
相当于理论值的26.6％的产率。
实施例9：[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000081
的制备
在95-100℃下，制备15.53g 4，5-二苯甲酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000082
(100％)和168.0g水的混合物。计量加入2.0g氢氧化钾(95％)，然后进行1小时搅拌。为使完成反应，加入0.27g氯化四甲铵，在几小时过程中再计量加入18.34g氢氧化钾(95％)，然后在95-110℃下再搅拌5小时。然后将该反应混合物冷却至室温，过滤且随后用200.0g水洗涤。
产物滤液：276.8g，含有0.62％的[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000083
相当于理论值的33.6％的产率。
实施例10：[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000084
的制备
在95-100℃下，制备11.6g 6，7，9，10-四氢-8-氧杂-5a，10a-二氮杂环庚[b]萘-5，11-二酮(100％)和23.0g水的混合物并且在几小时过程中计量加入6.78g氢氧化钾(95％)。为使完成反应，加入0.27g氯化四甲铵，在几小时过程中再计量加入13.56g氢氧化钾(95％)且然后在95-110℃下再搅拌5小时。为使反应混合物保持可搅拌，一共再加入25g水。为了进行后处理，在95℃下加入28.0g氯苯和45g水。冷却形成的乳液并且在不分离的情况下进行分析。
氯苯/水乳液：152.8g，含有1.95％的[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000085
相当于理论值的58.4％的产率。
实施例11：[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000086
的制备
将210.9g用戊醇-湿润的4，5-二乙酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000087
(186.2g-100％)和42.9g水的混合物加热至Ti＝100-105℃。在真空中，蒸馏出所有的水和1-戊醇。在该相同温度下，在1小时过程中加入184.0g氢氧化钠溶液(50％)。在添加氢氧化钠过程中，平行加入36.8g水以便保持溶液形式的反应混合物。在随后的1小时搅拌后，将该反应混合物冷却至Ti＝90-95℃，加入410g氯苯并且在Ti＝90℃下分离各相。
水相：420.0g，含有5.38％的[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000091
相当于理论值的22.1％的产率。
氯苯相：484.0g，含有10.91％的[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000092
相当于理论值的51.7％的产率。
实施例12：[1，4，5]-氧二氮杂的制备
将210.9g戊醇-湿润的4，5-二乙酰基-[1，4，5]-氧二氮杂(186.2g-100％)和42.9g水的混合物加热至Ti＝100-105℃。在真空中，蒸馏出所有的水和1-戊醇。在该相同温度下，在1小时过程中加入550g氢氧化锂溶液(10％)。在随后的9小时搅拌后，将该反应混合物冷却至Ti＝90-95℃，加入410g氯苯并且在Ti＝90℃下分离各相。
水相：708.4g，含有1.18％的[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000095
相当于理论值的8.2％的产率。
氯苯相：424.0g，含有12.34％的[1，4，5]-氧二氮杂
Figure G200580034744420070413D000096
相当于理论值的51.2％的产率。

Claims (3)

1.制备[4，5]-氧二氮杂
Figure FSB00000032501100011
衍生物的方法，该方法包括使式(I)4，5-二酰基-[1，4，5]-氧二氮杂
Figure FSB00000032501100012
Figure FSB00000032501100013
其中R1和R2彼此独立为氢、C1-C5烷基、C1-C5卤代烷基、C2-C5链烯基、C 2-C5炔基、苯基、C1-C5烷基苯基、卤代苯基、C1-C5烷氧基苯基、苄基、C1-C5烷基苄基、卤代苄基、C1-C5烷氧基苄基、C1-C5烷氧基-C1-C5烷基或C3-C6环烷基，或R1和R2共同为C1-C4亚烷基、1，2-亚苯基或1，8-亚萘基，并且R3和R4彼此独立为氢、C1-C5烷基、C1-C5烷氧基-C1-C5烷基、苯基、C1-C5烷基苯基、卤代苄基、C1-C5烷氧基苯基或苄基，
与选自碱金属和碱土金属的氢氧化物、碳酸盐和醇化物的碱在选自水、具有高于100℃的沸点的醇、DMSO、环丁砜、NMP、DMA或DMF或其混合物的极性溶剂中和50-150℃的温度下反应。
2.权利要求1的方法，其中所使用的碱为碱金属氢氧化物。
3.权利要求1的方法，其中所述的反应在有可溶于反应混合物的盐存在下进行。
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