CN104059021A - 一种n-羟基苯胺的制备方法 - Google Patents
一种n-羟基苯胺的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种N-羟基苯胺的制备方法,该方法包括在氧化还原条件下,将具有式(1)所示结构的硝基苯与还原剂和催化剂在有机溶剂中接触,使得到具有式(2)所示结构的N-羟基苯胺,其中,所述还原剂为氨、胺和肼中的一种或多种,所述催化剂为铁、锌、钯碳和雷尼镍中的一种或多种;其中,R1为卤素,R2-R11为H或C1-C5的烷基。采用本发明的方法能够提高得到的N-羟基苯胺的收率和纯度。式(1)
Description
技术领域
本发明涉及一种N-羟基苯胺的制备方法。
背景技术
吡唑醚菌酯(Pyraclostrobin)又名唑菌胺酯,是德国巴斯夫公司于1993年发现的一种兼具吡唑结构的甲氧丙烯酸甲酯类杀菌剂。自2002年推广上市以来,其深受使用者的青睐,销售额迅速上升。据中国农药2007年第6期报导,吡唑醚菌酯在全球最重要的15个杀菌剂品种中位列第三。吡唑醚菌酯的制剂分别以凯润、凯泽和百泰的商品名在中国登记并进入国内市场销售。目前,吡唑醚菌酯在美国、欧洲等国家拥有专利权,在我国也申请了专利,然而其合成技术还没有公开。但从已有专利和文献报道来看,N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺(具有式(3)所示的结构)是合成吡唑醚菌脂的关键中间体。因此,N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺的高效合成也是合成吡唑醚菌酯的关键步骤。
式(3)。
从国内外已有专利文献的报道来看,N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺都是以2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]硝基苯为原料进行合成的。合成的难点在于如何选择性地将苯环上的硝基仅仅还原为羟氨。目前,合成N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺主要包括Ni-Ce-P非晶态合金催化加氢还原法、钯碳催化加氢还原法、铂催化异丙基氨还原法以及金属铑或钌催化水合肼还原法。
其中,Ni-Ce-P非晶态合金催化加氢还原法主要利用金属镍合金催化,氢气作还原剂将硝基还原为羟基从而达到合成N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺的目的。该方法的主要不足在于镍合金成本高,且氢气不易控制,从而使得其难以实现大规模工业化生产。
钯碳催化加氢还原法主要利用钯碳催化,在高温高压下利用氢气还原硝基合成N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺。该方法的主要不足在于反应条件苛刻,设备复杂昂贵。
铂催化异丙基氨还原法是在铂金催化下,以异丙基氨作为还原剂将硝基还原为羟氨合成N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺。该方法的主要不足是铂金的成本太高,无法大规模生产。
金属铑或钌催化水合肼还原法是在铑或钌催化下,以水合肼作为还原剂将硝基还原为羟氨合成N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺。该方法的主要不足还是金属铑和钌的成本太高,无法大规模生产。
因此,目前亟需寻找一种更为高效经济的方法以制备N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺,从而提高N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺的产率和纯度,并降低制备成本,实现工业化生产。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种新的N-羟基苯胺的制备方法。
本发明提供了一种N-羟基苯胺的制备方法,该方法包括在氧化还原条件下,将具有式(1)所示结构的硝基苯与还原剂和催化剂在有机溶剂中接触,得到具有式(2)所示结构的N-羟基苯胺,其中,所述还原剂为氨、胺和肼中的一种或多种,所述催化剂为铁、锌、钯碳和雷尼镍中的一种或多种;
式(1),
式(2),
其中,R1为卤素,R2-R11为H或C1-C5的烷基。
本发明的发明人发现,将选自氨、胺和肼中的一种或多种的还原剂与选自铁、锌、钯碳和雷尼镍中的一种或多种的催化剂配合使用,能够提高得到的N-羟基苯胺的收率和纯度。此外,与价格昂贵的铂金、金属铑、金属钌等催化剂相比,本发明所用的催化剂为铁、锌、钯碳和雷尼镍中的一种或多种,均为成本较低的物质,极具工业应用前景。
根据本发明的一种优选实施方式,当所述还原剂为肼,且所述催化剂为雷尼镍时,两者能够起到更完美的配合作用,从而进一步提高所述N-羟基苯胺的收率和纯度。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
本发明提供的N-羟基苯胺的制备方法,该方法包括在氧化还原条件下,将具有式(1)所示结构的硝基苯与还原剂和催化剂在有机溶剂中接触,得到具有式(2)所示结构的N-羟基苯胺,其中,所述还原剂为氨、胺和肼中的一种或多种,所述催化剂为铁、锌、钯碳和雷尼镍中的一种或多种;
式(1),
式(2),
其中,R1为卤素,R2-R11为H或C1-C5的烷基。
所述C1-C5的烷基的具体实例可以包括但不限于:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、3-甲基丁基和2,2-二甲基丙基。
根据本发明,从所述硝基苯的易得性以及N-羟基苯胺的工业应用广泛性的角度出发,特别优选地,所述R1为Cl,R2-R11为H。此时,相对应的具有式(1)所示结构的硝基苯为2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]硝基苯,具有式(2)所示结构的N-羟基苯胺为N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺。
本发明对所述催化剂的用量没有特别地限定,可以根据具有式(1)所示结构的硝基苯的用量进行适当选择。通常来说,所述硝基苯与催化剂的重量比可以为2.5-50:1,优选为2.5-40:1,更优选为2.5-20:1。
本发明对所述还原剂的用量没有特别地限定,只要能够将具有(1)所示结构的硝基苯中的硝基还原为羟氨基,从而得到具有式(2)所示结构的N-羟基苯胺即可。在实际制备过程中,所述还原剂的用量可以根据具有(1)所示结构的硝基苯的用量进行适当选择。例如,所述硝基苯与还原剂的重量比可以为1-50:1,优选为2-40:1,更优选为2-10:1。
根据本发明,当以氨作为还原剂时,所述氨可以以气体的形式使用,也可以以氨水的形式使用。当以氨水的形式使用时,其浓度例如可以为5-50重量%。
根据本发明,所述胺可以为现有的各种氨分子中部分或全部氢原子被烃基取代后生成的、且能够作为还原剂的有机化合物。通常来说,所述胺具有R’NH2的结构,其中,R’为C1-C5的烷基。具体地,所述胺的实例可以包括但不限于甲胺、乙胺、正丙胺、异丙胺、正丁基胺和叔丁基胺中的一种或多种。从原料易得性的角度出发,所述胺特别优选为甲胺和/或异丙胺。
根据本发明,所述肼可以为现有的各种联氨中的氢被选择性取代的、且能够作为还原剂的化合物。通常来说,所述肼的具体实例可以包括但不限于水合肼、甲基肼、乙基肼、异丙基肼、1,1-二正丁基肼、叔丁基肼、环戊基肼和苯肼。从原料易得性的角度出发,所述肼特别优选为水合肼、甲基肼和苯肼中的一种或多种。
根据本发明的一种优选实施方式,所述还原剂为肼,且所述催化剂为雷尼镍。本发明的发明人发现,由该特定的还原剂和催化剂配合使用能够更为显著地提高得到的N-羟基苯胺的收率和纯度。其中,所述肼的种类可以根据上文的描述进行合理地选择,特别优选为水合肼、甲基肼和苯肼中的一种或多种。
本发明对所述接触的条件没有特别地限定,只要能够使具有式(1)所示结构的硝基苯生成具有式(2)所示结构的N-羟基苯胺即可。通常来说,所述接触的条件包括接触的温度和接触的时间。其中,为了更有利于反应的进行,所述接触的温度优选为-10℃至50℃,进一步优选为-5℃至40℃,更优选为10-40℃。接触时间的延长有利于所述硝基苯转化率和N-羟基苯胺收率的提高,但接触时间过长对硝基苯转化率和N-羟基苯胺收率提高的幅度并不明显,因此,综合考虑效果和效率,所述接触的时间优选为1-24小时,进一步优选为2-20小时,更优选为2-10小时。
根据本发明,优选情况下,本发明提供的N-羟基苯胺的制备方法还包括将所述硝基苯与还原剂和催化剂接触之前,先将所述催化剂在100-300℃下活化0.1-24小时,这样能够使所述催化剂具有更高的催化活性,并进一步提高N-羟基苯胺的收率。
根据本发明,所述有机溶剂可以为现有的各种能够作为反应介质的有机物质,例如,可以为烃类溶剂和/或醇类溶剂。所述烃类溶剂可以为C1-C5的烷烃或卤代烷烃、C5-C7的环烷烃、芳烃和异构烷烃中的一种或多种。所述烃类溶剂的具体实例可以包括但不限于:正己烷、正戊烷、正庚烷、戊烷、二氯甲烷、三氯甲烷、1,2-二氯乙烷、环己烷、苯、甲苯、1,4-二氧六环和四氢呋喃中的一种或多种。所述醇类溶剂可以为C1-C5的醇。所述醇类溶剂的具体实例可以包括但不限于:甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、正戊醇和异戊醇中的一种或多种。此外,所述有机溶剂的用量可以根据反应原料如具有式(1)所示结构的硝基苯的用量来进行选择,例如,以1g的具有式(1)所示结构的硝基苯为基准,所述有机溶剂的用量可以为2-10mL。
根据本发明,为了判断反应进行的程度,可以在反应过程中用高效液相色谱仪检测反应体系中反应原料硝基苯的含量,直至其消失或浓度基本不变时停止反应。其中,所述高效液相色谱仪例如可以为购自日本岛津公司、型号为LC-10Avp的高效液相色谱仪。
根据本发明,所述催化剂为固体,因此,反应完成之后,需要将反应产物进行固液分离,以得到含有N-羟基苯胺的滤液和固相催化剂。所述固液分离的方法为本领域技术人员公知,例如,可以为抽滤、压滤或离心分离。此外,由于反应原料和有机溶剂中可能存在一定量的水,因此,为了更有利于反应产物的保存,本发明提供的N-羟基苯胺的制备方法还优选包括将固液分离后得到的含有N-羟基苯胺的滤液用无水硫酸钠进行干燥。
根据本发明,本发明提供的方法还包括在用无水硫酸钠干燥之后,将产物过滤,并将滤液中的有机溶剂去除。其中,去除所述有机溶剂的方法可以采用本领域公知的各种方法进行,例如,旋蒸、减压蒸馏等,对此本领域技术人员均能够知悉,在此将不再赘述。
此外,为了得到纯品,本发明提供的方法还可以包括将得到的N-羟基苯胺纯化的步骤,所述纯化的方法可以采用本领域公知的各种纯化方法进行,如重结晶等。所述重结晶所用的溶剂例如可以为石油醚、正己烷、乙醇、乙酸乙酯和丙酮等中的一种或多种。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中,反应体系中反应原料硝基苯的含量采用购自日本岛津公司的型号为LC-10Avp的高效液相色谱仪进行测定。N-羟基苯胺的熔点(mp)采用购自美国海能(济南)仪器有限公司的型号为MP470的全自动熔点仪进行测定。N-羟基苯胺的核磁氢谱(1H NMR)和碳谱(13C NMR)采用购自Brucker公司的型号为AVANCE600M的核磁共振仪进行测定。N-羟基苯胺的质谱(MS)采用购自日本岛津公司的型号为LCMS-IT-TOF的质谱仪进行测定。
以下实施例和对比例中,N-羟基苯胺的产率按照以下公式计算得到:N-羟基苯胺的产率=N-羟基苯胺的实际产量÷N-羟基苯胺的理论产量×100%。
实施例1
该实施例用于说明本发明提供的N-羟基苯胺的制备方法。
将19克雷尼镍干燥,并在300℃下活化12小时。将得到的活化的雷尼镍加入250mL的1,2-二氯乙烷溶液中,在室温(25℃)下搅拌加入50克(0.152mol)2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]硝基苯(具有式(1)所示的结构,R1为Cl,R2-R11为H,下同)和9克异丙基胺,反应3小时后,体系由黄色浑浊变为褐色澄清,抽滤,并将滤液用无水硫酸钠干燥,再抽滤,然后将滤液减压蒸馏脱去有机溶剂,得到含有N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺的产物。将该产物用石油醚和乙酸乙酯混合溶剂进行重结晶,得到淡黄色的N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺固体(具有式(2)所示的结构,R1为Cl,R2-R11为H,下同),用HPLC测定其纯度为98%,产率为96%。
mp:105-106℃.1H NMR(400MHz,dmso)δ8.39(s,2H),8.15(s,1H),7.77(d,J=7.6Hz,2H),7.52(d,J=7.6Hz,2H),7.39-7.05(m,3H),6.81(t,J=7.2Hz,1H),6.09(s,1H),5.30-5.11(m,2H).13C NMR(100MHz,cdcl3)δ163.79,148.82,138.40,130.74,130.20,129.77,129.36,128.13,121.54,121.30,119.04,114.25,94.61,68.40.MS:m/z=315.19(M+).
实施例2
该实施例用于说明本发明提供的N-羟基苯胺的制备方法。
将19克雷尼镍干燥,并在300℃下活化12小时。将得到的活化的雷尼镍加入250mL的1,2-二氯乙烷溶液中,在室温(25℃)下搅拌加入50克(0.152mol)2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]硝基苯和16.4克苯肼,反应3小时后,体系由黄色浑浊变为褐色澄清,抽滤,并将滤液用无水硫酸钠干燥,再抽滤,然后将滤液减压蒸馏脱去有机溶剂,得到含有N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺的产物。将该产物用石油醚和乙酸乙酯混合溶剂进行重结晶,得到淡黄色的N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺固体,用HPLC测定其纯度为98%,产率为98%。
表征结果与实施例1相同。
实施例3
该实施例用于说明本发明提供的N-羟基苯胺的制备方法。
将5克钯碳干燥,并在100℃下活化24小时。将得到的活化的钯碳加入250mL的1,2-二氯乙烷溶液中,缓慢通入150g氨气,在40℃下搅拌加入50克(0.152mol)2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]硝基苯,反应5小时,体系由黄色浑浊变为褐色澄清,抽滤,并将滤液用无水硫酸钠干燥,再抽滤,然后将滤液减压蒸馏脱去有机溶剂,得到含有N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺的产物。将该产物用石油醚和乙酸乙酯混合溶剂进行重结晶,得到淡黄色的N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺固体,用HPLC测定其纯度为97.5%,产率为98%。
表征结果与实施例1相同。
实施例4
该实施例用于说明本发明提供的N-羟基苯胺的制备方法。
将2.5克铁粉干燥,并在200℃下活化2小时。将得到的活化的铁粉加入250mL的1,2-二氯乙烷溶液中,在10℃下搅拌加入50克(0.152mol)2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]硝基苯和50克浓度为25重量%的氨水,反应10小时后,体系由黄色浑浊变为褐色澄清,抽滤,并将滤液用无水硫酸钠干燥,再抽滤,然后将滤液减压蒸馏脱去有机溶剂,得到含有N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺的产物。将该产物用石油醚和乙酸乙酯混合溶剂进行重结晶,得到淡黄色的N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺固体,用HPLC测定其纯度为97%,产率为95%。
表征结果与实施例1相同。
实施例5
该实施例用于说明本发明提供的N-羟基苯胺的制备方法。
将19克锌粉干燥,并在300℃下活化12小时。将得到的活化的锌粉加入250mL的1,2-二氯乙烷溶液中,在室温(25℃下)下搅拌加入50克(0.152mol)2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]硝基苯和7克甲基肼,反应3小时后,体系由黄色浑浊变为褐色澄清,抽滤,并将滤液用无水硫酸钠干燥,再抽滤,然后将滤液减压蒸馏脱去有机溶剂,得到含有N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺的产物。将该产物用石油醚和乙酸乙酯混合溶剂进行重结晶,得到淡黄色的N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺固体,用HPLC测定其纯度为97%,产率为96%。
表征结果与实施例1相同。
实施例6
该实施例用于说明本发明提供的N-羟基苯胺的制备方法。
将19克雷尼镍干燥,并在300℃下活化12小时。将得到的活化的雷尼镍加入250mL的1,2-二氯乙烷溶液中,在室温(25℃)下搅拌加入50克(0.152mol)2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]硝基苯和7.5克水合肼,反应3小时后,体系由黄色浑浊变为褐色澄清,抽滤,并将滤液用无水硫酸钠干燥,再抽滤,然后将滤液减压蒸馏脱去有机溶剂,得到含有N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺的产物。将该产物用石油醚和乙酸乙酯混合溶剂进行重结晶,得到淡黄色的N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺固体,用HPLC测定其纯度为98.5%,产率为98.5%。
表征结果与实施例1相同。
实施例7
该实施例用于说明本发明提供的N-羟基苯胺的制备方法。
按照实施例6的方法制备N-羟基苯胺,不同的是,所述雷尼镍用相同重量份的铁粉替代。得到淡黄色的N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺固体,用HPLC测定其纯度为95%,产率为94%。
表征结果与实施例6相同。
实施例8
该实施例用于说明本发明提供的N-羟基苯胺的制备方法。
按照实施例6的方法制备N-羟基苯胺,不同的是,2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]硝基苯用相同重量份的2-[(N-4-氯-3-甲基苯基)-3-吡唑氧基甲基]硝基苯(具有式(1)所示的结构,R1为Cl,R2为甲基,R3-R11为H)替代。得到淡黄色的N-羟基-N-2-[(N-4-氯-3-苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺固体(具有式(2)所示的结构,R1为Cl,R2为甲基,R3-R11为H),用HPLC测定其纯度为95%,产率为93%。
mp:115-116℃.1H NMR(400MHz,dmso)δ8.29(s,2H),8.15(s,1H),7.57(d,J=7.6Hz,2H),7.57(d,J=7.6Hz,2H),7.36-7.15(m,2H),6.61(t,J=7.2Hz,1H),6.29(s,1H),5.35-5.17(m,2H),2.34(s,3H).13C NMR(100MHz,cdcl3)δ162.59,147.62,134.20,131.24,130.60,129.37,129.16,127.13,126.25,123.44,121.33,119.34,117.46,114.25,93.61,62.30,19,90.MS:m/z=329.89(M+).
对比例1
该对比例用于说明参比N-羟基苯胺的制备方法。
按照实施例6的方法制备N-羟基苯胺,不同的是,所述雷尼镍用相同重量份的铑替代。得到淡黄色的N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺固体,用HPLC测定其纯度为94%,产率为92%。
表征结果与实施例6相同。
对比例2
该对比例用于说明参比N-羟基苯胺的制备方法。
按照实施例6的方法制备N-羟基苯胺,不同的是,所述水合肼用相同重量份的氢气替代。得到淡黄色的N-羟基-N-2-[(N-对氯苯基)-3-吡唑氧基甲基]苯胺固体,用HPLC测定其纯度为92%,产率为90%。
表征结果与实施例6相同。
从以上实施例和对比例的结果可以看出,将选自氨、胺和肼中的一种或多种的还原剂与选自铁、锌、钯碳和雷尼镍中的一种或多种的催化剂配合使用,能够提高得到的N-羟基苯胺的收率和纯度。从实施例6和实施例7的对比可以看出,当所述还原剂为肼,且所述催化剂为雷尼镍时,两者能够起到更完美的配合作用,从而进一步提高所述N-羟基苯胺的收率和纯度。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (9)
1.一种N-羟基苯胺的制备方法,该方法包括在氧化还原条件下,将具有式(1)所示结构的硝基苯与还原剂和催化剂在有机溶剂中接触,得到具有式(2)所示结构的N-羟基苯胺,其特征在于,所述还原剂为氨、胺和肼中的一种或多种,所述催化剂为铁、锌、钯碳和雷尼镍中的一种或多种;
式(1),
式(2),
其中,R1为卤素,R2-R11为H或C1-C5的烷基。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其中,R1为Cl,R2-R11为H。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其中,所述硝基苯与催化剂的重量比为2.5-50:1。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法,其中,所述硝基苯与还原剂的重量比为1-50:1。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法,其中,所述胺为甲胺和/或异丙胺。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法,其中,所述肼为水合肼、甲基肼和苯肼中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法,其中,所述还原剂为肼,且所述催化剂为雷尼镍。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法,其中,所述接触的条件包括温度为-10℃至50℃,时间为1-24小时。
9.根据权利要求1或2所述的制备方法,其中,该方法还包括将所述硝基苯与还原剂和催化剂接触之前,先将所述催化剂在100-300℃下活化0.1-24小时。
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