CN104254523A - 制备1-烷基-3-氟烷基-1h-吡唑-4-羧酸氯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-羧酸氯(I)——用于制备杀真菌剂的有用前体——的新方法，其从N-烷基-3-卤代烷基-5-卤代吡唑甲醛(II)开始，通过还原脱卤反应而制备。

Description

制备1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-羧酸氯的方法
本发明涉及一种制备1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-碳酰氯——用于制备杀真菌剂的有用前体——的新方法，其从N-烷基-3-卤代烷基-5-卤代吡唑甲醛开始，通过还原脱卤反应而制备。
1-烷基-3-卤代烷基吡唑碳酰氯是用于制备植物保护活性成分尤其是SDHI杀真菌剂的重要结构单元(building block)。未取代的吡唑碳酰氯通常通过羧酸与氯化剂反应而制备。这种方法的一个优势是相应的羧酸很容易获取，并因此在工业规模上可用。但是这种先决条件并不满足于取代的吡唑碳酰氯的制备，这是由于相应的羧酸并不容易获得。1-烷基-3-卤代烷基吡唑碳酰氯通常在从氟烷基乙酰乙酸酯起始的多阶段转化中制备：
步骤1和2在技术上是特别苛刻的。在步骤1中，需要极大过量(2至3当量)的乙酸酐以确保完全转化。所得产物从步骤1中的分离及其从过量的乙酸酐或乙酸中的分离成本高，并且非常耗时。在步骤2中，第二种同分异构体(最高达15％)的形成及其分离使所述方法困难和成本高。
现已发现式(I)的1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-碳酰氯可通过下列两步骤而获得：
其中，R1为C1-C6-烷基，R2为C1-C5-氟烷基，
在步骤1中，式(II)的5-卤代-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛在碱的存在下通过催化加氢而生成式(III)的1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛，
其中，Hal为Cl、Br或I，并且
R1和R2定义如上，
随后，式(III)的化合物在加入自由基引发剂的条件下通过与氯化剂反应而转化成式(I)的酰氯(步骤2)。
其中，R1和R2定义如上。
本发明的方法可以通过下列方案加以说明：
在实施本发明的方法时用作起始原料的5-卤代-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛通常由式(II)定义。此式(II)中的基团R1优选为甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、戊基，特别优选甲基。基团R2为C1-C5-氟烷基，其中氟烷基为具有1至5个碳原子且已被至少一个氟原子至最高达全氟化取代的烷基基团。如果氟烷基没有被全氟化，其它的卤原子——例如氯和溴，优选氯——可以其它的取代基存在。R2优选为CF2H、CF3、CF2Cl、CCl2F、C2F5、C3F7，特别优选CF2H和CF3。极特别优选5-氯-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(II-1)作为起始原料。
Hal为Cl、Br或I，优选Cl或Br，特别优选Cl。
WO 93/011117 A1公开了从相应的羰醛(carboxaldehyde)开始合成1-甲基-3-三氟甲基-4-吡唑羧酸的方法。然而，WO 93/011117 A1却没有公开本发明的由相应的羰醛合成吡唑碳酰氯的方法。本发明的通过催化加氢的脱卤步骤也没有在WO 93/011117 A1中公开。
WO 2008/086962 A2中公开了一种由相应的醛制备在5-位上被卤代的取代的吡唑碳酰氯。本发明的通过催化加氢的脱卤步骤也没有在WO2008/086962 A2中公开。
WO 2004/063165 A1中记载了N-芳基-3-甲基-5-氯吡唑-甲醛中氯原子的去除。5-卤代-N-烷基-3-卤代烷基吡唑-4-甲醛的还原在现有技术中不是已知的。同时，已知位于1-取代的-吡唑-4-羧酸酯的3位上的卤代烷基基团(CF2Cl)可以被部分还原，从而形成1-取代的3-卤代-3-氟烷基吡唑-4-羧酸(WO 2012/010692 A1)。
现已令人惊奇的发现，在特定的条件下，可以从N-烷基-3-卤代烷基-5-卤代吡唑甲醛中选择性地去除卤原子，而无需影响或还原3位上的卤代烷基基团，也无需还原4位上的醛基基团。
式(II)的5-卤代-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛是已知的或可通过已知方法制备(参见J.Het.Chem.1990,27,243,WO 2006/018725 A1,WO2011/061205 A1)。
式(II)的5-卤代-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛可以简单便利的方式制备，例如，
(a)通过式(Ⅴ)的酯与乙酸乙酯在碱(例如氢化钠或乙醇钠)的存在下进行反应以生成式(VI)的β-二酮酯，
其中，R2定义如上，R3为甲基或乙基，
其中，R2定义如上，并且
(b)式(VI)的β-二酮酯与式(VII)的烷基肼在稀释剂(例如甲苯)的存在下进行反应以生成式(VIII)的5-羟基吡唑，
其中，R1定义如上，
其中，R1和R2定义如上，并且
(c)式(VIII)的5-羟基吡唑在最后一步中与卤化剂(例如磷酰氯、磷酰溴或磷酰碘)——任选地在稀释剂(例如甲苯)或没有稀释剂的存在下——在二甲基甲酰胺的存在下进行反应。
所述方法的各个步骤使用便利的起始原料进行，并且为完全地区域选择性的。
步骤1：还原/催化加氢
通过催化加氢的还原脱卤对5-卤代-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛而言不是已知的。就这一点而言，可以预期，在所述反应条件下，醛基基团也将至少部分地反应。出人意料地，式(II)的吡唑衍生物在所述反应条件下选择性地反应以生成式(III)的吡唑衍生物。
同样被认为出乎意料的是5-卤代-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛的还原脱卤可选择性和高产率的得到1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛。
当实施本发明的方法时，反应温度可在相对宽的范围内变化。一般而言，采用0℃至180℃，优选0℃至100℃和特别优选20℃至80℃的温度。
反应时间可最高达20小时，取决于反应物的反应性，而当完成转化时反应也可提前终止。优选反应时间为3至10小时。
所述反应在氢气的存在下进行反应。可使用纯净的氢气或氢气和惰性气体(例如氮气或氩气)的混合物(最高达1:1)。所述反应在1bar至50bar，优选1bar至20bar和特别优选2bar至10bar的压力下进行。
为了清除反应过程中形成的氯化氢、溴化氢或碘化氢，加入了一种碱。作为所加入的碱，可使用无机碱，例如碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、磷酸单-、二-或三-钠、或磷酸三钾、氢氧化钠或氢氧化钾；或有机碱，例如三乙胺、三丁基胺、二氮杂双环十一烯(DBU)、二氮杂双环壬烯(DBN)、吡啶、二甲基吡啶、2-、3-或4-甲基吡啶、或二氮杂双环辛烷(DABCO)。优选使用三乙胺。加入0.5至20摩尔当量，优选0.5至5摩尔当量和特别优选1至5摩尔当量的碱，基于底物计。
针对用于还原通式(II)化合物的催化加氢反应，可使用任何加氢催化剂作为催化剂。合适的催化剂包括在任何常规的无机载体上的任选地一种或多种选自元素周期表中第8至10族的金属。实例包括贵金属催化剂，例如钌催化剂、钯催化剂、铂催化剂和铑催化剂、兰尼镍催化剂和兰尼钴催化剂以及Lindlar催化剂。除了这些多相催化剂外，也可以在均相催化剂上进行加氢反应，例如在Wilkinson催化剂上。相关的催化剂可以载体的形式使用，例如在碳(木炭或活性炭)、氧化铝、二氧化硅、二氧化锆、碳酸钙或二氧化钛上。这类催化剂对本领域技术人员而言本身是已知的。特别优选负载在碳酸钙上的钯催化剂。所述催化剂可以水湿或干燥的形式使用。所使用的催化剂优选重复用于多次转化。在本发明的方法中，催化剂以约0.01至约30重量％的浓度使用，基于所用的式(II)的卤代-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛计。催化剂优选以约0.1至约5重量％的浓度使用。
所述反应在溶剂的存在下进行。合适的溶剂有：醇类、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、THF、甲基四氢呋喃、二氧六环、甲苯、己烷、庚烷、戊烷或石油醚。特别优选使用甲醇、乙醇、DMSO、二甲基乙酰胺、DMF或NMP。
步骤2：氯化
式(III)中的基团R1和R2具有上述提及的含义。极特别优选1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(III-1)和1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(III-2)，尤其是化合物(III-1)。
吡唑醛氯化生成酰氯已记载于WO 2008/086962中。
通常，式(III)的1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛和氯化剂以1:3至1:2，优选1:1.4至1:1的摩尔比使用。
氯气或释氯剂(chlorine-releasing agent)可用作氯化剂。所述反应可任选地在惰性稀释气体(例如氮气、二氧化碳或稀有气体)的存在下进行。不做任何穷举式的阐述，合适的氯化剂为例如Cl2、SO2Cl2、SOCl2、N-氯代丁二酰亚胺或其混合物。优选使用Cl2、SO2Cl2或其混合物作为氯化剂。特别优选使用Cl2和SO2Cl2作为氯化剂。
式(III)的1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛与氯化剂的反应通常在稀释剂的存在下进行，所述稀释剂在常规的反应条件下是惰性的。所使用的稀释剂可以是例如单氯化或多氯化的脂族烃或芳族烃或其混合物。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。优选的稀释剂是氯苯、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。特别优选使用氯苯和二氯苯。
所述稀释剂通常以20:1至1:20，优选10:1至1:10的比例使用，基于取代的醛(III)计。
根据本发明，所述氯化在自由基条件下进行。其前提条件是氯自由基的形成。
已知有机过氧化物或偶氮化合物在热和/或光的作用下会分解成自由基，其能引发自由基氯化反应。
不做任何穷举式的阐述，合适的过氧化物和偶氮化合物的实例是叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酰、双(4-叔丁基环己基)过氧二碳酸酯、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)、双(2-乙基己基)过氧二碳酸酯、过氧新戊酸叔丁酯、过氧-2-乙基己酸叔戊酯、过氧-2-乙基己酸叔丁酯。
优选使用下列自由基引发剂：2,2’-偶氮双(异丁腈)、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、双(2-乙基己基)过氧二碳酸酯、过氧-2-乙基己酸叔戊酯、过氧-2-乙基己酸叔丁酯。自由基引发剂通常以0.01至1摩尔％，优选0.1至0.5摩尔％的量使用，基于式(III)的醛计。
本发明的所有方法通常在标准压力下进行。但是，也可在高压或减压下(通常在0.1bar和10bar之间)操作。
作为氯化的替代，式(III)的1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛可选地通过与过卤酸(例如高碘酸)在稀释剂(例如乙腈)和氧化剂(例如氯铬酸吡啶盐(PCC))的存在下反应而转化生成式(IV)的1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲酸。
其中，R1和R2定义如上。
式(III)的1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛和式(IV)的1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲酸在合成植物保护剂方面均是重要的中间体(参见例如WO 2007/087906)。
本发明的式(I)的1,3-二烷基-1H-吡唑-4-碳酰氯的制备描述于下列实施例中，其进一步阐述了上述说明。然而，所述实施例应理解为非限制性的。
制备实施例
实施例1：
1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(III-1)
在高压釜内，将10g的5-氯-3-(二氟甲基)-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛溶于150ml的乙醇，并加入10.4g的三乙胺和500mg负载于碳酸钙上的5％的钯。所述高压釜用氮气进行冲洗，并随后加压至5bar的氢气。之后，将所述反应混合物在30℃下搅拌4小时。滤出催化剂后，在减压下除去溶剂，得到熔点为46-47℃的固体产物(7.4g)。
1H NMR(CDCl3)4.1(s,3H),6.85(t,1H),7.73(s,1H),10.1(s,1H)ppm。
实施例2：
4,4-二氟-3-氧代丁酸乙酯(VI-1)
在氮气气氛下，将46.7g(1.168mol)的氢化钠(60％分散在石蜡中)加入至600ml的四氢呋喃中。在35℃下逐滴加入125g(1.008mol)的二氟乙酸乙酯和88.7g(1.010mol)的乙酸乙酯的混合物，同时保持温度在40℃以下。之后，所述混合物进一步在室温下搅拌过夜。将反应混合物小心地倾倒至1.7L的冰水中，并通过加入硫酸调节pH至3。将所述混合物萃取两次，每次均用500ml的甲基叔丁基醚，并且合并的有机相用饱和的氯化钠溶液洗涤两次，经硫酸钠干燥，在40℃和150mbar下浓缩并于60mbar(Vigreux柱)下蒸馏。在85至87℃时得到无色液体产物(104g，理论值的62％且纯度>99％(GC))。
实施例3：
3-(二氟甲基)-1-甲基-1H-吡唑-5-醇(VIII-1)
将166g(1mol)的4,4-二氟-3-氧代丁酸乙酯溶于500ml的甲基叔丁基醚中，并用140g的甲酸处理。在冷却混合物至5℃后，加入119g(40％的水溶液)的单甲基肼(monomethylhydrazine)。之后将所述混合物在22℃下搅拌20小时。分相，并且有机相用200ml的水洗涤并经MgSO4干燥。在减压下去除溶剂之后，得到148g的熔点为133℃和纯度为95％的黄色固体产物。产率为95％。
实施例4：
5-氯-3-(二氟甲基)-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(II-1)
向137.5g(929mmol)3-(二氟甲基)-1-甲基-1H-吡唑-5-醇于136ml(1858mmol)二甲基甲酰胺和750ml甲苯的溶液中逐滴加入冷却的571g(3716mmol)磷酰氯。将所述混合物在回流下加热3小时并冷却，将反应混合物小心地倾倒至4L的冰水中。将产物萃取三次，每次均用1500ml的乙酸乙酯，并且两次洗涤合并的有机相，第一次用饱和的碳酸氢钠溶液，最后用饱和的氯化钠溶液，经硫酸钠干燥并浓缩。得到138g棕黄色固体状的5-氯-3-(二氟甲基)-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(II-1)(纯度>99％(GC))，其无需进一步纯化可用在下一反应步骤中。
实施例5：
1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-碳酰氯
将16g(100mol)的1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛、13.5g(100mmol)的磺酰氯(sulphuryl chloride)和0.2g 2,2-偶氮异丁腈在50ml氯苯中的溶液在70至80℃下搅拌6小时。浓缩反应溶液。得到18.8g的纯度(GC)为98％的油状产物(产率95％)。

Claims (12)

1.一种制备式(I)的1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-碳酰氯的方法
其中，R1为C1-C6-烷基，R2为C1-C5-氟烷基，其特征在于式(II)的5-卤代-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛在第一步中在加入碱的条件下通过催化加氢进行反应，以生成式(III)的1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛，
其中，R1和R2定义如上，Hal为Cl、Br或I，
其中，R1和R2定义如上，
随后，式(III)的化合物在加入自由基引发剂的条件下通过与氯化剂反应而转化成式(I)的酰氯。
2.权利要求1的方法，其特征在于使用式(II)的5-卤代-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛，其中R1为甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、戊基，R2为CF2H、CF3、CF2Cl、CCl2F、C2F5、C3F7，且Hal为Cl。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于使用式(II)的5-卤代-1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛，其中R1为甲基，R2为CF2H或CF3，Hal为Cl。
4.权利要求1至3任一项的方法，其特征在于使用5-氯-1-甲基-3-二氟甲基-1H-吡唑-4-甲醛(II-1)。
5.权利要求1至4任一项的方法，其特征在于使用负载在碳酸钙上的钯催化剂进行催化加氢。
6.权利要求1至5任一项的方法，其特征在于在0℃至100℃的温度下进行催化加氢。
7.权利要求1至6任一项的方法，其特征在于在1至20 bar的压力下进行催化加氢。
8.权利要求1至7任一项的方法，其特征在于催化加氢时加入的碱为三乙胺。
9.权利要求1至8任一项的方法，其特征在于催化加氢时加入0.5至5摩尔当量的碱，基于式(II)的化合物计。
10.权利要求1至9任一项的方法，其特征在于使用SO2Cl2作为氯化剂。
11.权利要求1至10任一项的方法，其特征在于自由基引发剂选自2,2’-偶氮双(异丁腈)、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、双(2-乙基己基)过氧二碳酸酯、过氧-2-乙基己酸叔戊酯、过氧-2-乙基己酸叔丁酯。
12.权利要求1至11任一项的方法，其特征在于自由基引发剂以0.1至0.5mol％的量使用，基于式(III)的1-烷基-3-氟烷基-1H-吡唑-4-甲醛计。
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