CN101970446A - 对1-氟-2-取代的-3-氯苯选择性脱质子化和官能化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了在与1-氟-2-取代的-3-氯苯的氟取代基相邻的位置进行选择性脱质子化和官能化。
Description
本申请要求2008年1月11日提交的美国临时专利申请61/010,918的权益。
技术领域
本发明涉及用于在与一些1-氟-2-取代的-3-氯苯的氟取代基相邻的位置进行选择性脱质子化和官能化的方法。
背景技术
美国专利7,314,849和7,300,907各自描述了一些6-(多取代的芳基)-4-氨基吡啶甲酸酯和2-(多取代的芳基)-6-氨基-4-吡啶甲酸化合物,以及它们用作除草剂的用途。2-氟-3-取代的-4-氯苯基硼酸衍生物是制备这些除草剂的有用中间体。
例如,在美国专利7,314,849和7,300,907中,2-氟-3-取代的-4-氯苯基-硼酸衍生物如下制备:用正丁基锂对1-溴-2-氟-3-取代的-4-氯苯进行卤素-金属置换,然后用硼酸酯猝灭。
有利的是通过直接质子化而不是卤素-金属置换来制备这些材料。例如,这容许可以使用较不复杂的起始物质,并且避免形成溴化的废气(waste stream)。
发明内容
本发明涉及用烷基锂化合物在与1-氟-2-取代的-3-氯苯的氟取代基相邻的位置进行高度选择性脱质子化。所生成的苯基锂(lithiobenzene)通过与亲电子试剂反应可被进一步衍生化或官能化。更具体地,本发明涉及制备式I的苯基锂的方法,
式I的苯基锂:
其中
X表示F、OR1或NR2R3;
Y表示H或F;和
R1、R2和R3独立地表示C1-C4烷基;
所述方法包括在惰性有机溶剂中使式II的取代的氟苯与烷基锂接触,式II的取代的氟苯为:
其中X、Y、R1、R2和R3如上所定义。在本发明的另一方面,使所述苯基锂进一步与亲电子试剂接触。优选的亲电子试剂包括硼酸酯、二氧化碳、N,N-二烷基甲酰胺和甲酸烷基酯。
本申请所使用的术语“烷基”和诸如烷氧基等衍生术语包括直链基团、支链基团和环状基团。因此,常见的烷基为甲基、乙基、1-甲基乙基、丙基、环丙基、丁基、1,1-二甲基乙基、环丁基和1-甲基丙基。甲基和乙基通常是优选的。烷基有时是指正(n)烷基、异(i)烷基、仲(s)烷基或叔(t)烷基。
起始物质1-氟-2-取代的-3-氯苯是已知的化合物并且能够由本领域技术人员公知的操作制备。
在与氟取代基相邻的位置进行选择性脱质子化如下实现:在惰性有机溶剂中使起始物质1-氟-2-取代的-3-氯苯与烷基锂接触。
所述烷基锂化合物起到强碱的作用。可使用任何烷基锂化合物;优选的是商购的烷基锂化合物如甲基锂、正丁基锂和叔丁基锂等。尽管完全转化要求一当量的烷基锂碱,但通常更有利的是利用稍微过量的烷基锂进行所述反应。通常,优选的是1-10摩尔%过量的烷基锂,更优选的是2-5摩尔%过量的烷基锂。
反应是在无水条件下在惰性有机溶剂中进行的,所述惰性有机溶剂即是对反应物至少部分可溶(partially soluble)并且对反应物化学惰性的有机物质。“对反应物化学惰性的”是指溶剂对烷基锂强碱的反应性至少要低于1-氟-2-取代的-3-氯苯对烷基锂强碱的反应性。合适的惰性有机溶剂包括C5-C8直链、支链或环状烃,例如戊烷、己烷、环己烷和异辛烷;醚,例如乙醚、四氢呋喃、二噁烷和乙二醇醚。通常优选的是醚。通常优选的是烃和醚的混合物,最优选的是四氢呋喃或1,2-二甲氧基乙烷与商购辛烷混合物的混合物。脱质子化在-100℃至0℃的温度进行,这取决于取代基X、所使用的溶剂和烷基锂的性质。最佳的温度可容易地通过常规优化方法来确定。例如,当X为F或Cl时,脱质子化的温度优选是-100℃至-50℃。当X为OR1或NR2R3时,脱质子化的温度优选是-70℃至-50℃。
所述方法对压力并不灵敏,但是通常在大气压力或略高于大气压力的压力下进行。所述方法优选在干燥的惰性气氛中进行,例如在由氮气层(nitrogen blanket)提供的气氛中进行。
通常不分离出式I的苯基锂,而是与亲电子试剂反应。将亲电子试剂定义为寻求电子对的试剂。合适的亲电子试剂包括但不限于溴、碘、硫、二硫化物、二氧化硫、硼酸酯、二氧化碳、硫酰卤、磷酰卤、醛、酰胺、烷基卤化物或酰卤。硼酸酯、二氧化碳、N,N-二烷基-甲酰胺和甲酸烷基酯是特别优选的亲电子试剂。可以对苯基锂反应混合物进行冷却,然后将亲电子试剂添加至所述反应混合物中。可供选择地,当X表示OR1或NR2R3时,可在-70℃至-50℃将苯基锂加至所述亲电子试剂中,以及当X表示F或Cl时,可在-100℃至-60℃将苯基锂加至所述亲电子试剂中。最终产物的性质将取决于亲电子试剂的特性,并且可通过本领域技术人员公知的常规操作分离和回收最终产物。
在常见的反应中,在氮气气氛下,将1-氟-2-取代的-3-氯苯起始物质溶于无水醚溶剂中。对反应混合物进行冷却并加入烷基锂化合物;然后对反应混合物进行搅拌,直到脱质子化完成。将反应混合物再次冷却,然后用亲电子试剂处理。在将苯基锂完全猝灭之后,对反应混合物进行后处理以回收产物。
为了说明本发明,给出了以下实施例。
具体实施方式
实施例
1.2-(4-氯-2-氟-3-甲氧基-苯基)-[1,3,2]-二氧杂硼杂己环的制备
历时12分钟和在充分磁力搅拌下,向冷却至-70℃的2-氯-6-氟苯甲醚(100g)于1升(L)无水1,2-二甲氧基乙烷(DME)的溶液中加入274毫升(mL)浓度为2.5M的正丁基锂于己烷中的溶液。在添加过程中,将反应混合物温热至-58℃。移除干冰浴,并使反应混合物温热至-50℃,保持20分钟,以使少量白色固体溶解。将少量样品直接吸取到含有0.15mL MeSSMe的1mL注射器中。样品用乙醚稀释,用水萃取。用GC检测有机相。扫描中仅存在4%的起始物质。
将溶液冷却至-70℃,然后滴加74.4克(g)硼酸三甲酯。加入过程进行15分钟,将温度保持低于-45℃。将无色溶液用温水浴温热至0℃,然后几乎一次性地添加140g 37%HCl水溶液。所述几乎无色的溶液释放出气体并达到27℃,将其搅拌20分钟,然后将该两相混合物转移到分液漏斗中。分离下层的粘稠水层(285mL)并保存。将有机相置于2L旋转蒸发烧瓶中,并向该浑浊的无色溶液中加入62g1,3-丙二醇。将保存的水层用300mL乙醚(ether)萃取一次,分离相,得到195mL的含水馏分和390mL有机相。将有机相加至2L旋转蒸发烧瓶中。对该浑浊溶液进行浓缩并温热至60-70℃,得到几乎无色的存在一些水的油状物。将混合物吸收至700mL二氯甲烷中,用硫酸镁干燥,过滤并浓缩得到156g无色油状物。1H NMR和GC表明5wt%过量丙二醇。
将所述油状物在Kugelrohr上在10-12mm Hg真空加热至160℃,保持10分钟。出现了一些发光的物质(light material),试样称重为152g。GC表明纯度提高了2%,为94.2%。1H NMR(CDCl3,300MHz):δ7.15(dd,1H,J=6.0,8.3Hz,),6.95(dd,1H,J=1.3,8.3Hz),4.05(t,4H,J=5.7),3.8(s,3H),1.95(m,2H,J=5.7Hz)。
2.4-氯-2-氟-3-甲氧基苯基硼酸的制备
在配备有磁力搅拌器、具有热电偶温度探针的热电偶套管、橡胶隔片和具有氮气垫的冷凝器的1升三颈烧瓶中制备2-氯-6-氟苯甲醚(40.2g)于无水1,2-二甲氧基乙烷(313mL)中的溶液。搅拌该溶液,并且使用干冰/丙酮浴冷却至-69.6℃。使用注射泵,历时4.15小时缓慢加入丁基锂溶液(115mL,浓度为2.5M的丁基锂的己烷溶液),并且将反应温度保持低于-65℃。将反应混合物在-70.3℃至-72.6℃搅拌20分钟,然后历时1.6小时用注射泵缓慢添加硼酸三甲酯(43mL),保持温度低于-65℃。一旦添加硼酸三甲酯结束后,使反应混合物缓慢温热至环境温度,保持过夜。
使用加料漏斗,历时26分钟将氢氧化钾的水溶液(69.2g45%KOH溶液稀释于485mL去离子水中)添加至反应混合物中(在环境温度=23.3℃)。将反应混合物搅拌60分钟,然后转移至分液漏斗中,在分液漏斗中使各相分离。水层用叔丁基甲基醚(2x305mL)洗涤以除去未反应的2-氯-6-氟苯甲醚。然后将水层转移至1升爱伦美式烧瓶中,通过滴加浓度为6M的盐酸水溶液(161mL)进行酸化。混合物开始变成乳白色,然后分离产物部分,其为黄色油状物。使用乙酸乙酯(2x304mL)从酸化的混合物中萃取产物。合并乙酸乙酯层,用饱和的氯化钠水溶液(304mL)洗涤,用无水硫酸镁干燥,过滤并在旋转蒸发仪上蒸发,得到白色固体。将固体产物在环境温度真空干燥过夜,得到45.1g4-氯-2-氟-3-甲氧基苯基硼酸(88.3%产率);MP.为233-234温度;1HNMR(CD3CN,300MHz)δ3.92(d,3H,JHF=1.2Hz),6.25(br s,2H),7.23(dd,1H,7=8.1,1.5Hz),7.35(dd,1H,7=8.1,6.2Hz)ppm。
3.4-氯-2-氟-3-甲氧基苯基硼酸于乙腈中的溶液的可选择制备
在配备有磁力搅拌器、具有热电偶温度探针的热电偶套管、橡胶隔片和具有氮气垫的冷凝器的100mL三颈烧瓶中制备2-氯-6-氟苯甲醚(9.6g)于无水1,2-二甲氧基乙烷(75mL)中的溶液。搅拌该溶液,并且使用干冰/丙酮浴冷却至-71.0℃。历时1.57小时使用注射泵缓慢加入丁基锂溶液(31.5mL,浓度为2.5M的丁基锂的己烷溶液),并且将反应温度保持低于-65℃。将反应混合物在-72.0℃至-73.4℃搅拌20分钟,然后历时43分钟使用注射泵缓慢加入硼酸三甲酯(10.5mL),并且将温度保持低于-65℃。一旦硼酸三甲酯添加结束,使反应混合物缓慢温热至环境温度,保持过夜。
历时17分钟,使用加料漏斗将氢氧化钾的水溶液(133mL,5.6%的氢氧化钾水溶液,浓度约为1M)添加至反应混合物中(在环境温度=23.1℃)。将反应混合物搅拌60分钟,然后将其转移至分液漏斗中,在分液漏斗中各相分离。水层用叔丁基甲基醚(2x73mL)洗涤,以除去未反应的2-氯-6-氟苯甲醚。然后将水层转移至250mL爱伦美式烧瓶中,用乙腈(76mL)稀释,并通过滴加浓度为6M的盐酸水溶液(40mL)进行酸化。分离出有机层(27.87g),通过气相色谱测定发现其含有5.00g产物4-氯-2-氟-3-甲氧基苯基硼酸。水层用更多的乙腈(2x76mL)萃取,并同样测定两个额外的有机层(24.88g和156.48g)。乙腈溶液中回收的全部产物为9.85g(80.3%产率)。
4.4-氯-2-氟-3-甲氧基苯甲酸的制备
历时30分钟,向冷却至-70℃的磁力搅拌的2-氯-6-氟苯甲醚(16.06g)于100mL无水DME的溶液中加入44mL浓度为2.5M的正丁基锂的己烷溶液,同时保持反应温度低于-55℃。在将反应混合物在-70℃再搅拌60分钟后,向反应混合物中鼓泡通入干燥二氧化碳,持续60分钟,同时保持温度低于-60℃。一旦温热至室温,将反应混合物添加至150mL乙醚中,用37%HCl水溶液酸化。水层用2x150mL乙醚洗涤,合并的有机层用饱和NaCl洗涤并用硫酸镁干燥。除去溶剂得到20.3g白色固体,用乙醚/己烷对其重结晶,得到16.4g(80%产率)4-氯-2-氟-3-甲氧基苯甲酸;MP.为183-184℃;1HNMR(d6-DMSO,300MHz)δ13.5(brs,1H),7.60(dd,1H,J=1.8,8.8Hz),7.42(dd,1H,J=1.8,8.8Hz),3.95(s,3H)。
5.4-氯-2-氟-3-甲氧基苯甲醛的制备
历时30分钟,向在充分磁力搅拌下的冷却至-70℃的2-氯-6-氟苯甲醚(321.2g)于2L无水四氢呋喃(THF)的溶液中加入890mL浓度为2.5M的正丁基锂的己烷溶液。在添加过程中,将反应混合物温热至-48至-50℃,并且在添加结束后在所述温度保持15分钟。将溶液冷却至-75℃,然后加入177g二甲基甲酰胺(DMF)于100mL THF中的溶液,同时将温度保持低于-50℃。将反应混合物温热至室温,缓慢加入260g 37%HCl水溶液,然后继续搅拌2小时。分离各相,浓缩有机相,并且吸收至2L乙醚中。溶液用500mL 10%HCl水溶液洗涤两次。有机相用硫酸镁干燥,过滤并浓缩得到372g浅金黄色油状物(经GC检测为93%纯度)。将该油状物进行球-球(bulb to bulb)蒸馏,得到282g(75%产率)浅金黄色油状物,该油状物一经静置即固化。用戊烷使少量试样结晶,得到微细的白色针状物;MP.为44-45℃;1H NMR(CDCl3,300MHz)δ10.3(s,1H);7.5(dd,1H,J=6.6,8.5Hz);7.3(m,1H);4.0(s,3H)。
Claims (8)
2.权利要求1的方法,其中所述烷基锂是正丁基锂。
3.权利要求1的方法,其中所述惰性有机溶剂是烃、醚或它们的混合物。
4.权利要求1的方法,其中X表示OR1。
5.权利要求1的方法,其中使反应混合物进一步与亲电子试剂接触。
6.权利要求5的方法,其中所述亲电子试剂是硼酸酯、二氧化碳、N,N-二烷基甲酰胺或甲酸烷基酯。
8.权利要求7的化合物,其中X表示OCH3,以及Y表示H。
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