CN103788083A - 一种制备除草剂苯唑草酮的方法 - Google Patents
一种制备除草剂苯唑草酮的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的是提供一种[2-甲基-3-(4,5-二氢-3-异噁唑基)-4-(甲基磺酰基)苯基]-(5-羟基-1-甲基-1H-吡唑-4-基)甲酮(Topramezone)的合成制备的方法,其原料简单易得,后处理简单,总收率较高,以克服现有技术和成本上存在的缺陷,可以为工业化生产提供重要的参考。
Description
技术领域
本发明涉及一种以3-硝基邻二甲苯为原料制备除草剂苯唑草酮的方法。
技术背景
[2-甲基-3-(4,5-二氢-3-异噁唑基)-4-(甲基磺酰基)苯基]-(5-羟基-1-甲基-1H-比唑-4-基)甲酮(Topramezone)苯唑草酮(CAS210631-68-8,ISO通用名为Topramezone),其化学结构如下:
苯唑草酮是德国巴斯夫公司发现和开发的结构中同时包含吡唑和异噁唑两种结构的对羟基苯基丙酮酸酯双氧化酶(4-HPPD)抑制剂,4-HPPD抑制剂是20世纪90年代确定的新的除草剂靶标它通过抑制质体醌生物合成中的4-羟基苯基丙酮酸双氧化酶(HPPD),从而间接影响类胡萝卜素的合成,干扰叶绿体在光照下合成与功能,最终导致杂草死亡。由于HPPD抑制剂在动植物体内的作用机制不同,所以它对对哺乳动物是安全的。因此,迄今为止,已开发的HPPD抑制剂类除草剂仍是目前对哺乳动物毒性最小的除草剂品种之一,目前尚未发现其抗性方面的文献报道,因此,这是一类发展前景良好的需光型除草剂。
苯唑草酮可用于玉米田苗后茎叶处理,是一种杀草谱广、适用范围广、安全性高、作用速度快、与其他除草剂兼容性好的除草剂。杀草谱广表现在其对玉米地一年生禾本科和阔叶杂草,如以以马唐、牛筋草、狗尾草、光头稗、通泉草、辣子草、凹头苋、碎米莎草、扁穗莎草、苘麻等一年生杂草和自生油菜苗有良好作用,恶性杂草如铁苋菜、鸭跖草、饭苞草、酢浆草、水竹叶等,可与莠去津90%可湿性粉剂50g混用,可以达到良好的除草效果;施用范围广表现在一般玉米苗后除草剂只能在玉米的2-6叶期用药,超过此时期用药就会有明显的药害,苯唑草酮使用时间范围更广;另外苯唑草酮除了一般玉米外,对甜玉米,糯玉米和爆裂玉米安全性也很高,因此,苯唑草酮是被认为是目前市场上国内外所有玉米苗后除草剂品种中最安全的;再加上它作用速度快表现用在药后2~5天效果显著;并且兼容性好,能与莠去津、氟嘧磺隆、烟嘧磺隆和异丙甲草胺混合使用,取得较好的除草效果。所以,2009年当苯唑草酮在中国以商品名苞卫上市,其市场反应积极,与烟嘧磺隆、硝磺草酮三足鼎立,在国内迅速得到推广应用,已成为玉米田除草剂市场的主流产品,有着良好的应用前景。
通过大量文献调研发现,因苯唑草酮尚处于专利保护期,目前国内有关苯唑草酮的研究主要集中于其作用机理,田间应用、安全性研究以及原药的分离和定量分析等方面,有关合成的文献较少,德国巴斯夫公司和日本曹达株式会社以及分别对苯唑草酮的合成做过专利报道。其中曹达公司报道的专利路线中的初始原料3-二甲基-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯很难得到,市面上没有现成的产品出售,并且实验中有多步不能反应完全的步骤,需要进行柱层析纯化分离;另外,此路线还用到丙酮氰醇等剧毒试剂,总产率只有5%左右;路线长,总产率低,成本高,操作麻烦,不利于工业化生产。巴斯夫公司报道了两条完整合成路线和几条可能的合成路线,其中报道的两条完整路线总产率都能达到20%以上,但多步需要用到高压及加热设备,对设备要求高;另外需要用到金属钯、金属铂等贵重金属化合物催化剂,这些催化剂价格昂贵、回收困难,使总成本比较高。
本论文提供一种合成苯唑草酮的方法,意在避免了巴斯夫合成方法中难以回收再利用的昂贵的金属钯/铂类催化剂的使用,具体反应路线如下:
以3-硝基邻二甲苯为起始原料,经过肟化、加成、还原、重氮化、溴代、与正丁基锂进行卤锂交换后与二氧化碳反应、氧化、与和1-甲基-5-羟基吡唑缩合重排八步反应得到最终产物苯唑草酮,在优化条件下,总产率30.2%。其原料简单易得,后处理简单,总收率较高,可以为工业化生产提供重要的参考。
发明内容
本发明的目的是提供一种[2-甲基-3-(4,5-二氢-3-异噁唑基)-4-(甲基磺酰基)苯基]-(5-羟基-1-甲基-1H-吡唑-4-基)甲酮(Topramezone)的合成制备的方法,其原料简单易得,后处理简单,总收率较高,以克服现有技术和成本上存在的缺陷,可以为工业化生产提供重要的参考。
本发明的方法,包括如下步骤:以式(IX)所示的化合物为起始原料,经过肟化反应合成式(VIII)所示的化合物,经过加成反应合成式(VII)所示的化合物,经过还原合成式(VI)所示的化合物,经过重氮化合成式(V)所示的化合物,经过溴代合成式(IV)所示的化合物,经过正丁基 锂进行卤锂交换后与二氧化碳反应合成式(III)所示的化合物,然后经过氧化反应合成式(II)所示的化合物,最后经过与1-甲基-5-羟基吡唑缩合重排反应合成式(I)所示的目标产物。
反应通式如下:
化合物(VIII)可采用专利US20026469176B1中所报道的方法进行制备,反应通式如下:
化合物(VII)可采用专利US20026469176B1中所报道的方法进行制备,反应通式如下:
式(VI)所示的化合物,可以采用式(VII)所示的化合物为原材料进行制备,制备方法包括如下步骤:
在特定的温度条件下,式(VII)所示的化合物3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑与二水合氯化亚锡在乙醇中,加热反应,反应温度为0~100℃,反应时间为1~24h,减压蒸馏除乙醇,氢氧化钠调节pH至碱性,乙酸乙酯萃取,然后从乙酸乙酯溶液中收集式(VI)所示的化合物,收率91.3%。
式(VII)所示的化合物与乙醇的重量体积比为0.05~0.2g/ml,优选为0.1~0.15g/ml;
式(VII)所示的化合物:二水合氯化亚锡=0.1~1∶1,优选为0.2~0.3∶1;
反应通式如下:
化合物(V)可采用专利US20026469176B1中所报道的方法进行制备,适宜的温度为0~25℃,否则产生脱氨基的副产物3-邻甲苯基-4,5-二氢异恶唑,反应通式如下:
式(IV)所示的化合物,可以采用式(V)所示的化合物为原材料进行制备,制备方法包括如下步骤:
将式(V)所示的化合物3-(2-甲基-6-甲硫基苯基)-4,5-二氢异噁唑和液溴用氯仿溶解,搅拌,反应温度为-10~50℃,优选0~25℃,反应时间为0.5~24小时,反应结束后,反应液用饱和碳酸氢钠和饱和氯化钠溶液进行洗涤,然后从氯仿溶液中收集式(IV)所示的化合物,收率84.3%。
式(V)所示的化合物与氯仿的重量体积比为0.03~0.15g/ml,优选0.05~0.1g/ml;
式(V)所示的化合物:液溴=0.1~1.0∶1,优选0.8~1.0∶1;
反应通式如下:
以式(IV)所示的化合物3-(2-甲基-3-溴-6-甲硫基苯基)-4,5-二氢异噁唑为起始原料,合成式(III)所示的化合物,包括如下步骤:将3-(2-甲基-3-溴-6-甲硫基苯基)-4,5-二氢异噁唑用四氢呋喃溶解,滴加正丁基锂正己烷溶液,低温下反应,反应温度为-100~0℃,优选-100~-60℃,反应时间为0.5~24小时,反应完毕后,将反应液倒入现磨干冰,加水,氢氧化钠调节反应液至碱性,乙醚洗涤,盐酸调节水相pH,固体析出,从反应产物中收集式(III)所示的化合物,收率84.4%。
式(IV)所示的化合物与四氢呋喃的重量体积比:0.02~0.10g/ml;
式(IV)所示的化合物:正丁基锂=0.1~1.0∶1;
正丁基锂为浓度为2.5mol/L的正己烷溶液;
反应通式如下:
由式(III)所示的化合物合成式(II)所示的化合物,包括如下步骤:
将化合物(III)2-甲基-3-(4,5-二氢异噁唑-3-基)-4-甲硫基苯甲酸与一定浓度的双氧水在冰醋酸中,加热,反应温度为0~150℃,反应时间为0.5~24小时,反应完毕后,倒入冰水,乙酸乙酯萃取,然后从乙酸乙酯溶液中收集式(II)所示的化合物,收率98.1%。
式(III)所示的化合物与冰醋酸的重量体积比:0.05~0.20g/ml;
式(III)所示的化合物:双氧水=0.5~1g/ml;
双氧水的浓度为3.0~30%;
反应通式如下:
由式(II)所示的化合物合成式(I)所示的化合物,包括如下步骤:
(1)将化合物(II)、二氯亚砜、吡啶用干燥苯溶解,加热,反应的温度为0~100℃,反应时间为0.5~24小时,反应完毕后,减压蒸除溶剂和过量二氯亚砜,残余物用无水二氧六环溶解;
(2)向反应液中加入1-甲基-5-羟基吡唑,三乙胺,反应时间为0.5~24小时,反应完毕后,用硅胶过滤,浓缩洗脱液;
(3)向浓缩的洗脱液中,加入干燥碳酸钾,加热,反应的温度为0~100℃,反应时间为0.5~24小时,反应完毕后,减压蒸除溶剂,残余物用水溶解,过滤除去不溶物,盐酸调节pH,乙酸乙酯萃取,然后从乙酸乙酯溶液中收集式(I)目标产物,收率81.4%。
化合物(II)与干燥苯的重量体积之比为0.03~0.1∶1;
化合物(II)与二氯亚砜的重量体积之比为0.5~2.0∶1;
化合物(II)与吡啶的重量体积之比为50~200∶1,优选100~200∶1;
化合物(II)与二氧六环的重量体积之比为0.03~0.1∶1;
化合物(II):1-甲基-5-羟基吡唑=0.2~1.0∶1,优选0.8~1.0∶1;
化合物(II):三乙胺=0.2~1.0∶1;
化合物(II):碳酸钾=0.5~1.0∶1;
反应通式如下:
具体实施方式:
实施例1
化合物(VIII)的合成
500ml反应瓶中加入120ml的N,N-二甲基甲酰胺,冷却至-40℃,缓慢分批加入33.6g甲醇钾,搅拌均匀。然后在强烈搅拌下将30g(0.2mol)3-硝基邻二甲苯和27.4g亚硝酸正丁酯混合液缓慢滴加到反应液中,控温-45~-35℃,用约4.5h,滴加完毕继续在此温度下反应3.5h。反应完毕后,缓慢滴加40mL水,再加入40mL冰醋酸调节反应液pH至5~6,控温-5℃以下,然后将反应液倒入600ml冰水中,搅拌30min,抽滤,滤饼水洗,干燥,得到30.9g浅灰白色固体。粗产品加入到100ml甲苯中,室温搅拌1.5h,过滤,滤饼干燥后得到29.8g米白色粉末状固体产品,收率83.4%。
1H NMR(CDCl3,300Hz)δ:2.32(s,3H,CH3),7.52(t,1H,Ar-H),7.65(d,1H,Ar-H),7.84(s,1H,Ar-H),11.33(s,1H,NOH);ESI-MS:181.1[M+H]+.
实施例2
化合物(VII)的合成
250ml反应瓶中加入10.8g(0.06mol)2-甲基-6-硝基苯甲醛肟,用100ml乙腈溶解,加热至60℃,加入微量N-氯代琥珀酰亚胺,待反应开始,稍微冷却反应液,将8.2gN-氯代琥珀酰亚胺 用60ml乙腈溶解后于40~50℃缓慢滴加到反应液中,滴加完继续搅拌30min,减压蒸除乙腈,残余物用150ml甲苯溶解后搅拌1h,抽滤,滤液转移到250ml高压釜中,缓慢滴加6.0g三乙胺,然后通入乙烯于6bar压力下反应8h。反应结束后,反应液分别用饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤,无水硫酸钠干燥,减压蒸除溶剂,得到11.2g棕灰色晶体状产品,收率90.6%。
1H NMR(CDCl3,300Hz)δ:2.40(s,3H,CH3),3.32(t,2H,CH2),4.59(t,2H,CH2),7.48(t,1H,Ar-H),7.56(d,1H,Ar-H),7.97(d,1H,Ar-H);ESI-MS:229.1[M+Na]+.
实施例3
化合物(VI)的合成
250ml反应瓶中加入10.0g(0.05mol)3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑,35g二水合氯化亚锡,用150ml乙醇溶解,加热回流5h,旋干乙醇,残余物用20%的氢氧化钠调节pH至10~11,加入乙酸乙酯,充分搅拌后,抽滤,滤饼用乙酸乙酯洗涤,滤液用水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压蒸除溶剂,得到7.8g棕灰色晶体状产品,收率91.3%。
1H NMR(CDCl3,300Hz)δ:2.27(s,3H,CH3),3.26(t,2H,CH2),4.10(s,2H,NH2),4.46(t,2H,CH2),6.61(t,2H,Ar-H),7.06(t,1H,Ar-H);ESI-MS:199.1[M+Na]+.
实施例4
化合物(V)的合成
250ml反应瓶中,依次加入10g(0.057mol)2-(4,5-二氢异噁唑-3-基)-3-甲基苯胺,75ml二甲基二硫,0.Sg铜粉,冰浴条件下滴加6.5g亚硝酸叔丁酯,滴加完毕室温下反应8h。待反应结束,减压回收二甲基二硫,残余物用乙酸乙酯溶解,分别用20%盐酸、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤,无水硫酸钠干燥,减压蒸除溶剂,得到10.6g深褐色油状液体,冷却放置后变成深褐色固体,收率90.1%。
1H NMR(CDCl3,300Hz)2.29(s,3H,Ar-CH3),2.45(s,3H,SCH3),3.30(t,2H,CH2),4.53(t,2H,CH2),7.07(q,1H,Ar-H),7.17(d,1H,Ar-H),7.27(t,IH,Ar-H);ESI-MS:230.1[M+Na]+
实施例5
化合物(IV)的合成
250ml反应瓶中加入6.2g(0.03mol)3-(2-甲基-6-甲硫基苯基)-4,5-二氢异噁唑,用100ml氯仿溶解,将4.8g液溴用20ml氯仿溶解后,于冰浴条件下缓慢滴加到反应瓶中,用约1h。然后于20~25℃反应6h。待反应结束后,将反应液分别用饱和碳酸氢钠溶液和饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥,减压蒸除溶剂,得到6.2g黄棕色油状固体,收率72.1%。
1H NMR(CDCl3,300Hz)δ:2.35(s,3H,Ar-CH3),2.45(s,3H,SCH3),3.27(t,2H,CH2),4.56(t,2H,CH2),7.03(d,1H,Ar-H)7.56(d,1H,Ar-H);ESI-MS:308.0,310.0[M+Na]+
实施例6
化合物(III)的合成
250ml反应瓶中加入7.4g(0.026mol)3-(2-甲基-3-溴-6-甲硫基苯基)-4,5-二氢异噁唑,用100ml四氢呋喃溶解,氮气保护下于-78℃缓慢滴加2.5M正丁基锂正己烷溶液12.5ml,加完后继续搅拌1h,然后将反应液倒入现磨干冰中,缓慢升至室温,加入水,用10%氢氧化钠调节反应液至碱性,水相用乙醚洗涤,然后用20%盐酸调节水相pH至2~3,大量固体析出,抽滤,干燥,得到灰白色粉末固体5.5g,收率84.4%。
1H NMR(DMSO,300Hz)δ:2.38(s,3H,Ar-CH3),2.49(s,3H,SCH3),3.23(t,2H,CH2),4.44(t,2H,CH2)7.27(d,1H,Ar-H),7.85(d,1H,Ar-H),12.85(br,1H,COOH);ESI-MS:250.0[M-H]-.
实施例7
化合物(II)的合成
250ml反应瓶中加入9.5g(0.038mol)2-甲基-3-(4,5-二氢异噁唑-3-基)-4-甲硫基苯甲酸,100ml 冰醋酸,加热至60℃,缓慢滴加13g质量分数为30%的双氧水,控温60-65℃,滴加完后继续反应4h。待反应结束,冷却反应液,倒入冰水中,搅拌30min,用乙酸乙酯萃取,有机层用水洗涤,无水硫酸钠干燥,减压蒸除溶剂,得到10.5g灰白色固体产品,收率98.1%。
1H NMR(DMSO,300Hz)δ:2.42(s,3H,Ar-CH3),3.24(s,3H,SO2CH3),3.33(t,2H,CH2),4.47(t,2H,CH2),7.99(m,2H,Ar-H)13.60(br,1H,COOH);ESI-MS:282.1[M-H]-
实施例8
化合物(I)的合成
100ml反应瓶中加入4.5g(0.016mol)2-甲基-3-(4,5-二氢异噁唑-3-基)-4-甲磺酰基苯甲酸,用50ml干燥苯溶解,再加入2.8ml二氯亚砜和1滴吡啶,加热回流3h。冷却反应液,减压蒸除溶剂和过量二氯亚砜,得到的残余物用30ml无水二氧六环溶解,滴加到1.75g(0.018mol)1-甲基-5-羟基吡唑的30ml无水二氧六环溶液中,再滴加1.9g三乙胺,室温下搅拌3h。反应液浓缩后用硅胶过滤(洗脱液为二氧六环),得到的洗脱液浓缩至50ml,加入1.85g干燥研磨的碳酸钾,加热回流6h。待反应结束,减压蒸除溶剂,残余物用水溶解,过滤除去不溶物,滤液用10%稀盐酸调节pH至2-3,乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥,减压蒸除溶剂得到4.7g白色晶体化合物,收率81.4%。
1H NMR(CDCl3,300Hz)δ:2.38(s,3H,Ar-CH3),3.32(s,3H,SO2CH3),3.32(bs,2H,CH2),3.74(s,3H,Py-CH3),4.61(t,2H,CH2),6.14(br,1H,OH),7.36(s,1H,Py-H)7.67(d,1H,Ar-H),8.11(d,1H,Ar-H);ESI-MS:362.2[M-H]-。
Claims (12)
1.[3-(4,5-二氢-3-异噁唑基)-2-甲基-4-(甲基磺酰基)苯基]-(5-羟基-1-甲基-1H-唑-4-基)甲酮的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:以式(IX)所示的化合物为起始原料,经过肟化合成式(VIII)所示化合物,经过与乙烯加成合成式(VII)所示化合物,经过还原合成式(VI)所示的化合物,经过重氮化合成式(V)所示的化合物,经过溴代合成式(IV)所示的化合物,化合物(IV)与正丁基锂进行卤锂交换后与二氧化碳反应合成式(III)所示的化合物,然后经过氧化反应合成式(II)所示的化合物,最后1-甲基-5-羟基吡唑缩合重排得到苯唑草酮,反应通式如下:
其中化合物(VIII)可采用专利US20026469176B1中所报道的方法进行制备,反应通式如下:
其中化合物(VII)可采用专利US20026469176B1中所报道的方法进行制备,反应通式如下:
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,由式(VII)所示的化合物合成式(VI)所示的化合物,包括如下步骤:在特定的温度条件下,式(VII)所示的化合物3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑与二水合氯化亚锡在乙醇中,加热反应完毕后,减压蒸馏除乙醇,氢氧化钠调节pH至碱性,乙酸乙酯萃取,然后从乙酸乙酯溶液中收集式(VI)所示的化合物。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:所述的反应温度为0~100℃,反应时间为1~24h,各个组分的重量比为:
式(VII)所示的化合物与乙醇的重量体积比为0.05~0.2g/ml;
式(VII)所示的化合物:二水合氯化亚锡=0.1~1∶1;
反应通式如下:
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:化合物(V)可采用专利US20026469176B1中所报道的方法进行制备,其中适宜的温度为0~25℃,而避免文献中的加热反应,否则产生脱氨基的副产物3-邻甲苯基-4,5-二氢异恶唑,反应通式如下:
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:由式(V)所示的化合物合成式(IV)所示的化合物,包括如下步骤:将式(V)所示的化合物3-(2-甲基-6-甲硫基苯基)-4,5-二氢异噁唑和液溴用氯仿溶解,在某一温度条件下,搅拌反应0~24h,反应液用饱和碳酸氢钠和饱和氯化钠溶液进行洗涤,然后从氯仿溶液中收集式(IV)所示的化合物。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:由式(IV)所示的化合物合成式(III)所示的化合物,其中式(IV)所示的化合物名称为3-(2-甲基-3-溴-6-甲硫基苯基)-4,5-二氢异噁唑,包括如下步骤:将3-(2-甲基-3-溴-6-甲硫基苯基)-4,5-二氢异噁唑用四氢呋喃溶解,滴加正丁基锂正己烷溶液,低温下反应完毕后,将反应液倒入现磨干冰,加水,氢氧化钠调节反应液至碱性,乙醚洗涤,盐酸调节水相pH,固体析出,从反应产物中收集式(III)所示的化合物。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:由式(III)所示的化合物合成式(II)所示的化合物,包括如下步骤:将化合物(III)2-甲基-3-(4,5-二氢异噁唑-3-基)-4-甲硫基苯甲酸与一定浓度的双氧水在冰醋酸中,加热反应完毕后,倒入冰水,乙酸乙酯萃取,,然后从乙酸乙酯溶液中收集式(II)所示的化合物。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:由式(II)所示的化合物合成式(I)所示的化合物,包括如下步骤:
(1)将化合物(II)、二氯亚砜、吡啶用干燥苯溶解,加热反应完毕,减压蒸除溶剂和过量二氯亚砜,残余物用无水二氧六环溶解;
(2)向反应液中加入1-甲基-5-羟基吡唑,三乙胺,反应完毕后,硅胶过滤,浓缩洗脱液;
(3)加入干燥碳酸钾,加热反应完毕后,减压蒸除溶剂,残余物用水溶解,过滤除去不溶物,盐酸调节pH,乙酸乙酯萃取,然后从乙酸乙酯溶液中收集式(I)目标产物。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于:
(1)中反应的温度为0~100℃,反应时间为0.5~24小时;各个组分的重量比为:
化合物(II)与干燥苯的重量体积之比为0.03~0.1∶1;
化合物(II)与二氯亚砜的重量体积之比为0.5~2.0∶1;
化合物(II)与吡啶的重量体积之比为50~200∶1;
化合物(II)与二氧六环的重量体积之比为0.03~0.1∶1;
(2)反应时间为0.5~24小时;各个组分的重量比为:
化合物(II):1-甲基-5-羟基吡唑=0.2~1.0∶1;
化合物(II):三乙胺=0.2~1.0∶1;
(3)中反应的温度为0~100℃,反应时间为0.5~24小时;各个组分的重量比为:
化合物(II):碳酸钾=0.5~1.0∶1;
反应通式如下:
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