CN103539670B - 一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法 - Google Patents

一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种1‑[(4‑氯苯基)甲基]‑2‑氧代环戊烷甲酸酯的制备方法，包括如下步骤：向非质子溶剂中加入碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐，将2‑氧代环戊烷甲酸甲酯和2‑氧代环戊烷甲酸乙酯中的一种以及4‑氯苄基氯加入所述非质子溶剂中，搅拌，在碘化物催化下，常压加热回流反应8～36小时，反应完成后，将反应产物过滤，所得滤液蒸馏回收非质子溶剂后，得到最终产物；所述最终产物中，1‑[(4‑氯苯基)甲基]‑2‑氧代环戊烷甲酸酯的纯度为大于95%，收率高于95%。所述制备方法反应条件温和、操作简单、制得产物收率高、纯度高，有利于开展工业化生产。

Description

一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法
技术领域
本发明涉及制备农药园艺用杀菌剂叶菌唑过程中，一种重要中间体的制备方法，具体地，涉及一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法。
背景技术
叶菌唑(metconazole)，又名羟菌唑，化学名称为5-(4-氯苄基)-2,2-二甲基-1-(1H-1,2,4-三唑-1-基甲基)环戊醇，它是一种新型、广谱内吸性杀菌剂，兼具优良的保护及治疗作用。主要用于禾类作物防治矮形锈病、叶锈病、黄锈病、冠锈病、白粉病、颖枯病以及壳针孢、穗镰刀菌等引起的病害。
1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯作为合成叶菌唑的重要中间体，以1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯为原料，经过2次甲基化后脱羧，环氧化再与三氮唑反应即可得到叶菌唑。
通常以2-氧代环戊烷甲酸酯类化合物和4-氯苄基氯为原料进行反应，制备1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯，但制备过程中具体采用的具体方法和条件不同：
1)在《农药》杂志在2012年6月，第51卷第6期中发表的题为《2,2-二甲基-5-(4-氯苄基)环戊酮的合成》文章中，先将2-氧代环戊烷甲酸酯类化合物先转化为钠盐，再与4-氯苄基氯反应。
其中，将2-氧代环戊烷甲酸酯类化合物转化为钠盐的主要方法为：在无水溶剂中使用氢化钠直接生成钠盐；或者在甲苯中使用醇钠，通过共沸时不断补充甲苯溶剂蒸出相应的醇类化合物以获得钠盐。
然而，使用氢化钠时操作危险程度高有安全隐患，不利于工业化生产；而使用醇钠时，浪费溶剂且能耗大，而且在相似反应条件下该类反应收率较低，纯度较差。而且并未给出1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的具体制备条件以及采用的具体溶剂和催化剂。
2)在J.Org.Chem.2004,69,6897-6899中，报道了使用季铵盐为相转移催化剂，2-氧代环戊烷甲酸甲酯与4-氯苄基氯在碳酸钾作用下反应合成1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸甲酯的方法，其报道的收率仅为70%。该方法中使用的季铵盐合成困难，价格高，且其报道收率较低，也不利于开展工业化生产。另外，该方法也未给出具体的工艺参数以及其他所需材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法，所述制备方法反应条件温和、操作简单、制得产物收率高、纯度高，有利于开展工业化生产。
为达到上述目的，本发明主要采用如下技术方案：
一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法，包括如下步骤：
向非质子溶剂中加入碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐，将2-氧代环戊烷甲酸甲酯和2-氧代环戊烷甲酸乙酯中的一种以及4-氯苄基氯的混合液加入所述非质子溶剂中，搅拌，在碘化物催化下，常压加热回流反应8～36小时，反应完成后，将反应产物过滤，所得滤液蒸馏回收非质子溶剂后，得到最终产物；所述最终产物中，1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的纯度大于95%，收率高于95%。
进一步地，所述加热回流反应时间优选为12～18小时。少于8个小时时，2-氧代环戊烷甲酸甲酯的转化率较低；大于36小时时，对反应没有显著的不良影响，但在此量上大量使用，也没有有利的效果。
其中，所述2-氧代环戊烷甲酸甲酯和2-氧代环戊烷甲酸乙酯中的一种以及4-氯苄基氯的混合液是指：2-氧代环戊烷甲酸甲酯与4-氯苄基氯混合形成的混合液，或者，2-氧代环戊烷甲酸乙酯与4-氯苄基氯混合形成的混合液。
进一步地，所述碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐的用量与2-氧代环戊烷甲酸甲酯或2-氧代环戊烷甲酸乙酯的摩尔比为1.2～2.2：1；
当2-氧代环戊烷甲酸甲酯或2-氧代环戊烷甲酸乙酯的用量为1摩尔时，若碱金属碳酸盐或者碱土金属碳酸盐的用量少于1.2摩尔，2-氧代环戊烷甲酸甲酯或2-氧代环戊烷甲酸乙酯与4-氯苄基氯的反应速率较慢，转化率较低；多余2.2摩尔时，对反应没有明显的不良影响，但在此量上大量使用，也没有有利的结果，造成浪费。从而实现了反应中用量的最优配置。
所述4-氯苄基氯的用量与2-氧代环戊烷甲酸甲酯或2-氧代环戊烷甲酸乙酯的摩尔比为0.95～1.05：1；
当2-氧代环戊烷甲酸甲酯或2-氧代环戊烷甲酸乙酯的用量为1摩尔时，4-氯苄基氯的用量少于0.95摩尔时，2-氧代环戊烷甲酸甲酯或2-氧代环戊烷甲酸乙酯的转化率较低；多于1.05摩尔时，对反应没有显著的不良影响，但在此量上大量使用，也没有有利的效果。
所述碘化物的用量与碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐的用量摩尔比为0.002-0.02：1，优选摩尔比为0.005-0.015：1；
当碱金属碳酸盐或者碱土金属碳酸盐用量为1摩尔时，碘化物的用量少于0.002摩尔时，2-氧代环戊烷甲酸甲酯或2-氧代环戊烷甲酸乙酯与4-氯苄基氯的反应速率较慢，且转化率较低；多于0.02摩尔时，对反应没有显著的不良影响，但在此量上大量使用，也没有有利的效果。
所述碱金属碳酸盐选自如下物质中的一种或两种以上的混合物：碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾或碳酸铯；优选为碳酸钠或碳酸钾。
所述碱土金属碳酸盐选自如下物质中的一种或两种以上的混合物：碳酸镁、碳酸钙或碳酸钡。优选为碳酸钙。
使用碱金属碳酸盐或者碱土金属碳酸盐使得2-氧代环戊烷甲酸甲酯与4-氯苄基氯或2-氧代环戊烷甲酸乙酯与4-氯苄基氯发生反应。
所述非质子溶剂为含有氧原子的非质子溶剂，选自如下物质中的一种或两种以上的混合物：丙酮、四氢呋喃、二甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚或二氧六环。优选为二甲基四氢呋喃、丙酮或乙二醇二甲醚中的一种或两种以上的混合物。
使用含有氧原子的非质子溶剂，可使得催化剂和碳酸盐尽快溶解，提高反应效率和速率，使得2-氧代环戊烷甲酸甲酯与4-氯苄基氯或2-氧代环戊烷甲酸乙酯与4-氯苄基氯发生反应。
所述非质子溶剂的体积用量为2-氧代环戊烷甲酸甲酯和2-氧代环戊烷甲酸乙酯中的一种以及4-氯苄基氯的混合液的体积用量的50%～300%。即，所述非质子溶剂的体积用量为：2-氧代环戊烷甲酸甲酯和4-氯苄基氯的混合液的体积用量的50%～300%；或者为：2-氧代环戊烷甲酸乙酯和4-氯苄基氯的混合液的体积用量的50%～300%。
所述碘化物为碱金属碘化物或碱土金属碘化物；所述碱金属碘化物选自如下物质中的一种或两种以上的混合物：碘化锂、碘化钠、碘化钾或碘化铯；优选为碘化钠或碘化钾中的一种或两种；
所述碱土金属碘化物选自如下物质中的一种或两种以上的混合物：碘化镁、碘化钙或碘化钡。优选为碘化镁。
本发明的有益效果在于：
1)加入碱金属碘化物或者碱土金属碘化物加快2-氧代环戊烷甲酸甲酯与4-氯苄基氯或2-氧代环戊烷甲酸乙酯与4-氯苄基氯的反应，代替季铵盐相转移催化剂，反应时间由34小时降至12小时，收率提升至高于95%，远高于现有技术中，使用季铵盐作为催化剂所得到的70%的收率，纯度亦提升至高于95%。
2)碱金属碘化物或者碱土金属碘化物价格便宜，易得，适用范围广，适合工业化生产。与季铵盐相比，季铵盐由于制备方法复杂，价格昂贵，使其仅适用于实验室的科学实验使用，不适合工业化生产中作为催化剂使用。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明，应当明确，实施例仅用于对本发明优选方式的描述，并不限制本发明的保护范围。
对比例1
在1升的三口烧瓶中加入作为溶剂的丙酮400ml，碳酸钠212g，2-氧代环戊烷甲酸乙酯156g（相当于156ml），4-氯苄基氯161g（相当于161ml），即丙酮的体积用量为2-氧代环戊烷甲酸乙酯和4-氯苄基氯混合液用量的126%，一边搅拌，一边常压下加热回流，使反应混合物回流34小时。反应后将反应产物过滤，将所得滤液蒸馏回收溶剂后的反应产物溶解于乙酸乙酯中，用水洗涤有机相，蒸馏出去溶剂，得到淡黄色油状物257g，用气相色谱法测定纯度，结果1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸乙酯的纯度大于92%。
以2-氧代环戊烷甲酸乙酯为基准的收率为87%。
实施例1
在1升的三口烧瓶中加入作为溶剂的二甲基四氢呋喃400ml，碳酸钠212g，2-氧代环戊烷甲酸乙酯156g，4-氯苄基氯161g，即二甲基四氢呋喃的体积用量为2-氧代环戊烷甲酸乙酯和4-氯苄基氯混合液用量的126%，碘化钠1g，一边搅拌，一边常压下加热回流，使反应混合物回流12小时。反应后将反应产物过滤，所得滤液蒸馏回收溶剂后得到淡黄色油状物263g，用气相色谱法测定纯度，结果1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸乙酯的纯度95.7%。
以2-氧代环戊烷甲酸乙酯为基准的收率为95.2%。
实施例2
在1升的三口烧瓶中加入作为溶剂的丙酮400ml，碳酸钾276g，2-氧代环戊烷甲酸甲酯142g，4-氯苄基氯161g，即丙酮的体积用量为2-氧代环戊烷甲酸甲酯和4-氯苄基氯混合液用量的132%，碘化钾1g，一边搅拌，一边常压下加热回流，使反应混合物回流8小时。反应后将反应产物过滤，将所得滤液蒸馏回收溶剂后得到淡黄色油状物253g，用气相色谱法测定纯度，结果1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸甲酯的纯度95.6%。
以2-氧代环戊烷甲酸乙酯为基准的收率为95%。
实施例3
选用600ml乙二醇二甲醚和丙酮的混合物作为溶剂，其余同实施例2，得到淡黄色油状物255g，1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸甲酯的纯度96.1%。
以2-氧代环戊烷甲酸乙酯为基准的收率为95.7%。
实施例4
选用800ml乙二醇二乙醚和二甲基四氢呋喃的混合物作为溶剂，碳酸钙263g，2-氧代环戊烷甲酸甲酯145g，回流12小时，其余同实施例3，得到淡黄色油状物261g，1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸甲酯的纯度96.4%。
以2-氧代环戊烷甲酸乙酯为基准的收率为96.1%。
实施例5
选用160ml乙二醇二甲醚和丙酮的混合物作为溶剂，加入碳酸钠和碳酸钾共260g，碘化钠和碘化钾共1.2g，2-氧代环戊烷甲酸乙酯151g，回流10小时，其余同实施例2，得到淡黄色油状物261g，1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸甲酯的纯度95.8%。
以2-氧代环戊烷甲酸乙酯为基准的收率为97.2%。
由对比例1和实施例1对比可知，实施例1中加入1g碘化钠后，反应时间由34小时降至12小时，收率由87%提升至95%，纯度亦提升至高于95%。
实施例1～5中加入碱金属碘化物或碱土金属碘化物作为催化剂后，反应时间显著缩短、收率以及纯度明显提高（与现有技术相比，将收率由70%提升至95%），大量节省反应时间并提高生产效率。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
向非质子溶剂中加入碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐，将2-氧代环戊烷甲酸甲酯和2-氧代环戊烷甲酸乙酯中的一种以及4-氯苄基氯的混合液加入所述非质子溶剂中，搅拌，在碘化物催化下，常压，在50～110℃范围内加热回流反应8～36小时，反应完成后，将反应产物过滤，所得滤液蒸馏回收非质子溶剂后，得到最终产物；
所述非质子溶剂为含有氧原子的非质子溶剂；
所述最终产物中，1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的纯度大于95％，收率高于95％。
2.根据权利要求1所述的一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法，其特征在于，所述碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐的用量与2-氧代环戊烷甲酸甲酯或2-氧代环戊烷甲酸乙酯的摩尔比为1.2～2.2：1；
所述4-氯苄基氯的用量与2-氧代环戊烷甲酸甲酯或2-氧代环戊烷甲酸乙酯的摩尔比为0.95～1.05：1；
所述碘化物的用量与碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐的用量摩尔比为0.002-0.02：1。
3.根据权利要求2所述的一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法，其特征在于，所述碘化物的用量与碱金属碳酸盐或者碱土金属碳酸盐的用量摩尔比为0.005-0.015：1。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法，其特征在于，所述碱金属碳酸盐选自如下物质中的一种或两种以上的混合物：碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾或碳酸铯；
所述碱土金属碳酸盐选自如下物质中的一种或两种以上的混合物：碳酸镁、碳酸钙或碳酸钡。
5.根据权利要求4所述的一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法，其特征在于，所述碱金属碳酸盐选自如下物质中的一种或两种：碳酸钠或碳酸钾；所述碱土金属碳酸盐为碳酸钙。
6.根据权利要求1所述的一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法，其特征在于，所述非质子溶剂为含有氧原子的非质子溶剂，选自如下物质中的一种或两种以上的混合物：丙酮、四氢呋喃、二甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚或二氧六环；
所述非质子溶剂的体积用量为2-氧代环戊烷甲酸甲酯和2-氧代环戊烷甲酸乙酯中的一种与4-氯苄基氯的混合液的体积用量的50％～300％。
7.根据权利要求6所述的一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法，其特征在于，所述非质子溶剂选自如下物质中的一种或两种以上的混合物：二甲基四氢呋喃、丙酮或乙二醇二甲醚。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法，其特征在于，所述碘化物为碱金属碘化物或碱土金属碘化物；
所述碱金属碘化物选自如下物质中的一种或两种以上的混合物：碘化锂、碘化钠、碘化钾或碘化铯；
所述碱土金属碘化物选自如下物质中的一种或两种以上的混合物：碘化镁、碘化钙或碘化钡。
9.根据权利要求8所述的一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法，其特征在于，所述碱金属碘化物选自如下物质中的一种或两种：碘化钠或碘化钾；所述碱土金属碘化物为碘化镁。
10.根据权利要求1所述的一种1-[(4-氯苯基)甲基]-2-氧代环戊烷甲酸酯的制备方法，其特征在于，所述加热回流反应时间为12～18小时。
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