CN102666492A - 制备5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1h-吡唑-4-碳酰氯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制备5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-碳酰氯的新方法,还涉及用于制备杀菌剂的有价值的前体。

Description

制备5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-碳酰氯的方法
本发明涉及制备在杀菌剂生产中有用的中间体5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-碳酰氯的新方法。
吡唑碳酰氯是制备作物保护活性物的重要合成子。通常将羧酸和氯化剂进行反应制备吡唑碳酰氯。此方法的一个优势为容易获得合适的羧酸,因此可以工业化规模获得。在制备取代的吡唑碳酰氯的情况下,由于相应的羧酸难以得到,而无法满足该先决条件。
现已发现,式(I)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-碳酰氯,
Figure BDA00001656374900011
其中R1表示C1-C6-烷基,且R2表示C1-C5-氟烷基,通过以下步骤得到:
将式(II)的5-氯-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛,
其中R1和R2各自如上述所定义,
首先与式(III)的氟化剂,
M+F-    (III)
其中M+表示Li+、Na+、K+、Cs+、Alk4N+(其中Alk表示C1-C4-烷基),
以及任选地在相转移催化剂的存在下进行反应(步骤1),以形成式(IV)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛,
Figure BDA00001656374900021
其中R1和R2各自如上述所定义,然后式(IV)的化合物通过与氯化剂反应(步骤2)转变为式(I)的酰氯。
本发明的方法可以通过以下化学式反应路线进行说明:
Figure BDA00001656374900022
本发明方法中用作起始原料的5-氯-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛通常如式(II)所定义。式(II)中的基团R1 优选表示甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、戊基,更优选表示甲基。基团R2表示C1-C5-氟烷基,其中氟烷基为被至少一个氟原子取代至全氟化的具有1-5个碳原子的烷基。当氟烷基未全氟化时,还可以存在其它的卤素原子如氯和溴,优选氯,作为另外的取代基。R2 优选表示CF2H、CF3、CF2Cl、CCl2F、C2F5、C3F7更优选表示CF2H和CF3
Figure BDA00001656374900023
Figure BDA00001656374900024
采用5-氯-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(II-1)作为起始原料。
式(II)的5-氯-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛为已知的或可由已知方法(参阅《杂环化学杂志》(J.Het.Chem.)1990,27,243,WO2006/018725)得到。
式(II)的5-氯-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛可通过例如以下步骤获得:
(a)将式(VI)的酯
Figure BDA00001656374900031
其中R2如上述所定义,且R3表示甲基或乙基,
与乙酸乙酯在碱(如氢化钠)和稀释剂(如四氢呋喃)的存在下反应以形成式(VII)的β-酮酯,
Figure BDA00001656374900032
其中R2如上述所定义,然后将其
(b)与式(VIII)的烷基肼,
Figure BDA00001656374900033
其中R1如上述所定义,
在稀释剂(如甲苯)的存在下反应,以形成式(IX)的5-羟基吡唑,
其中R1和R2各自如上述所定义,将其
(c)在最后一步中与氯化剂(如三氯氧磷)在稀释剂(如甲苯)和二甲基甲酰胺的存在下进行反应。
此外作为起始原料所需的氟化物如氟化钠和氟化钾,都是已知的合成化学品。
步骤1:氟化作用
以氟交换氯的方法(halex反应)为已知的,尤其是5-氯-1,3-二烷基-1H-吡唑-4-碳酰氯(参阅如WO 2007/031212与EP-A 0 776 889)。酰氯转变为酰氟,由此额外地加速了氟化作用。然而,如果活化基团由醛基CHO代替了酰氯COCl或代替了酰氟COF,那么与氟化钾的反应仅能得到非常低的收率。例如,将1,3-二甲基-5-氯吡唑-4-甲醛与氟化钾反应,仅以24%的收率得到5-氟-1,3-二甲基-1H-吡唑-4-甲醛(EP-A 0 776 889)。该较差收率的一个可能原因是吡唑醛类的低热稳性(参阅EP-A 1 364 946)。无法预料5-氯-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛与金属氟化物的氟化作用是否能够成功。
出人意料的是,5-氯-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛与金属氟化物的氟化作用选择性地以高收率产生了新的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛。
本发明方法中的反应温度可以在较宽的范围内变化。通常温度范围为120℃-200℃,优选范围为110℃-180℃。
尽管当转化完成时,也可以更早地终止反应,但根据起始原料的反应性,反应时间可长达20小时。优选的反应时间为3-10小时。
每摩尔式(II)的5-氯-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛通常使用0.8-1.8mol,优选1-1.5mol式(III)的氟化剂来实施本发明的方法。
反应可以在有溶剂或无溶剂下进行。合适的溶剂为环丁砜、二甲亚砜(DMSO)、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、1,3-二甲基咪唑啉酮、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、腈类,如乙腈、丙腈、正或异丁腈,或六甲基磷酰胺。特别优选使用环丁砜、DMSO、二甲基乙酰胺、DMF或NMP。
通过加入相转移催化剂可以加速氟化作用。
本发明方法中用作相转移催化剂的季铵盐化合物、鏻化合物或氨基鏻盐包括:四丁基氯化鏻、四丁基溴化鏻、四苯基氯化鏻或四苯基溴化鏻、四(二甲氨基)氯化或溴化鏻、四(二乙氨基)氯化或溴化鏻、四(二丙氨基)氯化或溴化鏻、三(二乙氨基)(二甲氨基)氯化或溴化鏻、三(二甲氨基)(环己氨基)氯化或溴化鏻、三(二甲氨基)(二烯丙基氨基)氯化或溴化鏻、三(二甲氨基)(二己氨基)氯化或溴化鏻、三(二乙氨基)(二己氨基)氯化或溴化鏻、三(吡咯烷基)(乙基甲基氨基)氯化或溴化鏻、三(吡咯烷基)(二乙氨基)氯化或溴化鏻、六烷基胍盐或链长r为6-17且平均摩尔质量为500g/mol的聚乙二醇二甲醚。
步骤2:氯化作用
一些作为起始原料所需的式(IV)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛是新的(如WO-A 2004/014138中描述的5-氟-1-烷基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛)。
式(IV)中的R1 优选表示甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、戊基,更优选表示甲基。基团R2表示C1-C5-氟烷基,其中氟烷基为被至少一个氟原子取代至全氟化的具有1-5个碳原子的烷基。当氟烷基未全氟化时,还可以存在其它的卤素原子如氯和溴,优选氯,作为另外的取代基。R2 优选表示CF2H、CF3、CF2Cl、CCl2F、C2F5、C3F7更优选表示CF2H和CF3
Figure BDA00001656374900051
5-氟-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(IV-1)和5-氟-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(IV-2),更优选化合物(IV-1)。
WO-A 2008/086962中描述了吡唑醛类转变为酰氯的氯化作用。
通常采用的式(IV)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛与氯化剂的摩尔比范围为1∶3-1∶2,优选范围为1∶1.4-1∶1。
使用的氯化剂可以为氯或释放氯的试剂(chlorine-releasingreagent)。反应任选地在惰性稀释气体如氮气、二氧化碳或稀有气体中进行。合适的氯化剂(未要求完全列出)如Cl2、SO2Cl2、SOCl2、N-氯琥珀酰亚胺或其混合物。优选使用Cl2、SO2Cl2或其混合物作为氯化剂。特别优选SO2Cl2和Cl2作为氯化剂。
式(IV)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛和氯化剂的反应通常在一般反应条件下表现不活泼的稀释剂存在下进行。可用的稀释剂包括例如单-或多氯化脂肪烃或芳香烃、或其混合物。合适的稀释剂的实例为氯苯、二氯苯、三氯苯、氯甲苯、氯三氟甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氯化碳。优选的稀释剂为氯苯、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、1,2,3-三氯苯、1,2,4-三氯苯、4-氯三氟甲苯、1,3,5-三氯苯、2-氯甲苯、3-氯甲苯、4-氯甲苯或其混合物。特别优选使用氯苯或二氯苯。
根据本发明,氯化作用在自由基条件下进行。前提是形成氯自由基。
众所周知,有机过氧化物或偶氮化合物在热和/或光的作用下将分解成引发自由基氯化作用的自由基。
合适的过氧化物和偶氮化合物的实例(未要求完全列出)为叔丁基过氧化氢、过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯、2,2’-偶氮双(异丁腈)、2,2’-偶氮双(异丁酸)二甲酯、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯、过氧化新戊酸叔丁酯、过氧化-2-乙基己酸叔戊酯、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯。
优选使用以下自由基引发剂:2,2’-偶氮双(异丁腈)、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯、过氧化-2-乙基己酸叔戊酯、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯。基于式(IV)的醛,自由基引发剂的一般用量为0.01-1mol%,优选0.1-0.5mol%。
本发明的所有步骤一般都在常压下进行。但是,同样也可以采用加压或减压-一般在0.1bar-10bar之间。
作为氯化作用的替代,式(IV)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛可选地通过与过卤酸(perhaloacid)(如过碘酸)在稀释剂(如乙腈)和氧化剂(如PCC)存在下反应,转变为式(V)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲酸。
Figure BDA00001656374900061
其中R1和R2各自如上述所定义。
不仅式(IV)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛,而且式(V)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲酸都是合成作物保护剂的重要中间体(参阅如欧洲专利申请No.09356038.7与WO-A2007/087906)。
根据本发明的方法制备式(I)的5-氟-1,3-二烷基-1H-吡唑-4-碳酰氯将在以下实施例中进行描述,以进一步阐释上述说明。但是,这些实施例应当被理解为非限制性的方式。
制备实施例
实施例1:5-氟-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(IV-1)
在氩气下首先将19.4g(100mmol)5-氯-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(II-1)加入到二甲基甲酰胺中。然后加入8.6g(150mmol)氟化钾(KF含水量0.05%),加热至150℃,然后在此温度下搅拌8小时。然后用乙酸乙酯稀释该混合物,过滤,在0.5mbar的真空和70℃下蒸除溶剂,得到16g(理论值的90%)纯度为99%(熔点68℃)的5-氟-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛。
1H NMR(CD3CN):δ=9.8(1H,s),6.88(1H,t),3.7(3H,s)ppm。
19F NMR(CD3CN):δ=-114.75(2F,t),-124.06(1F,s)ppm。
实施例2:5-氟-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(IV-1)
将96.3g(1660mmol)喷雾干燥的氟化钾在高真空下小心干燥。加入溶于1L DMF的129.2g(664mmol)5-氯-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(II-1)。剧烈搅拌下将反应混合物加热至150℃。3小时后反应完成(GC监测)。将反应混合物冷却至室温,加水使总体积达到4L。反应混合物用乙酸乙酯洗涤两次,每次2000ml。合并有机相,然后用饱和氯化钠溶液洗涤,硫酸钠干燥,浓缩得到117.6g(理论值的90%,纯度为90%)棕色固体形式的5-氟-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(IV-1),其无需进一步纯化即可进行进一步的反应。
实施例3:5-氟-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-碳酰氯(I-1)
将17.8g(100mmol)5-氟-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛、17.5g(130mmol)磺酰氯和0.2g 2,2-偶氮异丁腈的50ml氯苯溶液在80℃下搅拌6小时。
将反应溶液浓缩得到20.1g纯度(GC)为98%的油状产物。
1H NMR(CD3CN):δ=6.88(1H,t),3.7(3H,s)ppm。
实施例4:3-(二氟甲基)-5-氟-1-甲基-1H-吡唑-4-甲酸(V-1)
将79.7g(350mmol)过碘酸的640ml无水乙腈悬浮液搅拌30分钟。0℃下,加入溶于130ml干燥乙腈的56.6g(318mmol)5-氟-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(IV-1)和1.4g(6mmol)PCC。然后将反应混合物在室温下搅拌2.5小时。加入1600ml乙酸乙酯之后,将反应混合物连续地用饱和氯化钠溶液/水(1∶1)、饱和偏亚硫酸氢钠溶液以及饱和氯化钠溶液洗涤。有机相用硫酸钠干燥,浓缩得到51.4g(理论值的83%)呈黄色固体的3-(二氟甲基)-5-氟-1-甲基-1H-吡唑-4-甲酸(V-1)。
实施例5:4,4-二氟-3-氧代丁酸乙酯(VII-1)
Figure BDA00001656374900091
在氮气下,将46.7g(1.168mol)氢化钠(石蜡中的60%分散体)加入到600ml四氢呋喃中。35℃下,滴加125g(1.008mol)二氟乙酸乙酯和88.7g(1.010mol)乙酸乙酯的混合物,同时将温度维持在40℃以下。然后在室温下进一步搅拌过夜。将反应混合物小心倾倒至1.7L冰水中,用硫酸调节pH值为3。将反应混合物用甲基叔丁基醚萃取两次,每次500ml,合并的有机相用饱和氯化钠溶液洗涤两次,硫酸钠干燥,40℃及150mbar下浓缩,然后在60mbar下蒸馏(韦氏分馏柱(Vigreux column))。在85-87℃下得到无色液体产物(104g,理论值的62%,纯度>99%(GC))。
实施例6:3-(二氟甲基)-1-甲基-1H-吡唑-5-醇(IX-1)
Figure BDA00001656374900092
冷却下向208.6g(1257mmol)4,4-二氟-3-氧代丁酸乙酯(VII-1)的1000ml甲苯溶液中滴加57.8g(1257mmol)甲基肼。回流90分钟后,将反应混合物冷却并浓缩。加入1500ml乙醚之后,搅拌反应混合物,过滤掉不溶物。浓缩滤液得到137.5g(理论值的74%)略带红色的橙色固体3-(二氟甲基)-1-甲基-1H-吡唑-5-醇(IX-1),其无需进一步纯化即可用于下一步反应。
实施例7:5-氯-3-(二氟甲基)-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(II-1)
Figure BDA00001656374900093
冷却下向137.5g(929mmol)3-(二氟甲基)-1-甲基-1H-吡唑-5-醇(IX-1)的136ml(1858mmol)无水二甲基甲酰胺和750ml甲苯的溶液中滴加571g(3716mmol)三氯氧磷。反应混合物回流3小时,冷却并小心倾倒至4L冰水中。用乙酸乙酯萃取三次,每次1500ml,将合并的有机相用饱和碳酸氢钠溶液洗涤两次,最后用饱和氯化钠溶液洗涤,硫酸钠干燥,浓缩得到129.2g(理论值的72%,纯度>99%(GC))红棕色固体形式的5-氯-3-(二氟甲基)-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(II-1),其无需进一步纯化即可用于下一步反应。

Claims (10)

1.制备式(I)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-碳酰氯的方法,
Figure FDA00001656374800011
其中R1表示C1-C6-烷基,且R2表示C1-C5-氟烷基,其特征在于,将式(II)的5-氯-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛,
Figure FDA00001656374800012
其中R1和R2各自如上述所定义,
首先与式(III)的氟化剂,
M+F-    (III)
其中M+表示Li+、Na+、K+、Cs+、Alk4N+(其中Alk表示C1-C4-烷基),
以及任选地在相转移催化剂的存在下进行反应(步骤1),以形成式(IV)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛,
其中R1和R2各自如上述所定义,然后将式(IV)的化合物通过与氯化剂反应(步骤2)转变为式(I)的酰氯。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所采用的5-氯-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛为式(II)所示,其中R1表示甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、戊基,且R2表示CF2H、CF3、CF2Cl、CCl2F、C2F5、C3F7
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所采用的5-氯-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛为式(II)所示,其中R1表示甲基,且R2表示CF2H或CF3
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,采用5-氯-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(II-1)。
5.式(IV)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛,
Figure FDA00001656374800021
其中R1表示C1-C6-烷基,且R2表示C1-C5-氟烷基。
6.根据权利要求5所述的式(IV)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛,其中R1表示甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、戊基,且R2表示CF2H、CF3、CF2Cl、CCl2F、C2F5、C3F7
7.根据权利要求1所述的式(IV)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛,其中R1表示甲基,且R2表示CF2H或CF3
8.5-氟-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(IV-1)。
9.制备式(IV)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛的方法,
Figure FDA00001656374800022
其中R1表示C1-C6-烷基,且R2表示C1-C5-氟烷基,
其特征在于,将式(II)的5-氯-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛,
其中R1和R2各自如上述所定义,
与式(III)的氟化剂,
M+F-    (III)
其中M+表示Li+、Na+、K+、Cs+、Alk4N+(其中Alk表示C1-C4-烷基),
以及任选地在相转移催化剂的存在下进行反应。
10.权利要求1的式(I)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-碳酰氯或权利要求5的式(IV)的5-氟-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛在生产作物保护剂中的应用。
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