CN104447527B - 一种制备吡啶‑2,3‑二羧酸酯化合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机合成领域,具体地涉及一种制备通式I所示吡啶‑2,3‑二羧酸酯化合物的方法。具体是,在溶剂1中,30~160℃温度下,使一摩尔的通式Ⅱ的化合物与至少一摩尔的通式Ⅲ化合物在催化剂1存在下反应制备通式Ⅳ化合物;而后在溶剂2中,30~160℃温度下,使通式IV的化合物与至少一摩尔当量的通式Ⅴ化合物在催化剂2和氨源存在下反应制备得到通式I化合物。本发明提供了一种有较高产率和纯度的吡啶‑2,3‑二羧酸酯化合物的合成方法。通过本发明方法反应可得到副产物醇类,将副产物通过蒸馏或萃取进而可回收再利用。将回收所得醇类可循环制备另外的原料,减少无用的副产物。

Description

一种制备吡啶-2,3-二羧酸酯化合物的方法
技术领域
本发明属于有机合成领域,具体地涉及一种制备吡啶-2,3-二羧酸酯化合物的方法。
背景技术
吡啶-2,3-二羧酸酯衍生物是制备咪唑啉酮类除草剂的重要中间体,有关其合成方法各国学者进行了大量文献报道。专利US4,816,588和US5,597,924以苯胺类衍生物为原料,经缩合、氧化开环制备吡啶-2,3-二羧酸酯的方法,不仅收率较低,而且比较危险。而专利US5,334,576和US4,798,619中所述的方法,如2,3-二烷基或喹啉前体的硝酸氧化或碱金属过氧化物氧化等都具有较高的危险性。常规的使用马来酸二烷基酯衍生物合成吡啶-2,3-二羧酸酯的方法,如专利US4,948,896和US5,047,542中所述,制得的产品一般产率和纯度较低。使用卤化草乙酸二烷基酯制备吡啶-2,3-二羧酸酯衍生物的效果虽然得到改善,但是它需要形成不稳定的α-卤代-β-酮酯类,如氯代草乙酸二烷基酯,这些酯类受热分解,释放HCl气体,对环境造成危害。因此,吡啶-2,3-二羧酸酯衍生物的合成一直受到低产率和低纯度产物或使用不稳定的卤化草乙酸酯中间体的困扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种经济、安全、有效和环境允许的制备通式I所示吡啶-2,3-二羧酸酯化合物的方法。
为实现上述目的,本发明采用技术方案为:
一种制备吡啶-2,3-二羧酸酯化合物的方法,吡啶-2,3-二羧酸酯化合物的方法如通式I所示:
其中,R3是H、卤素、任选被一个或多个Cl-C4烷氧基取代的C1-C6烷基、C2-C6烯基、苯基或取代的苯基;R1和R2各自独立地是Cl-C6烷基、苯基或取代的苯基;
制备具体为,通过在溶剂1存在下,在室温至溶剂沸点的温度范围(30~160℃),最好在回流温度下,使一摩尔的通式Ⅱ的化合物与至少一摩尔的通式Ⅲ化合物在催化剂1存在下反应制备通式Ⅳ化合物,而后在溶剂2中,在室温至溶剂沸点的温度范围(30~160℃),最好在回流温度下,一摩尔通式IV化合物与至少一摩尔通式Ⅴ化合物混合在催化剂2和氨源存在下反应制备得到通式I所示的5位有取代或未取代的吡啶-2,3-二羧酸酯,形成的通式I的产物可采用常规的化学方法,如萃取、过滤、蒸馏、色谱法等进行分离纯化。具体流程如下:
上述通式Ⅱ、通式Ⅲ、通式Ⅳ和通式Ⅴ的结构式中,R1和R2分别选自Cl-C6烷基、苯基或取代的苯基;
R3选自H、卤素、任选被一个或多个Cl-C4烷氧基取代的C1-C6烷基、C2-C6烯基、苯基或取代的苯基;
R4选自C1-C4烷基;
所述催化剂1是碱金属氨基化物、氢化物或三苯甲基化物;优选的催化剂1是氨基钠、氢化钠或三苯甲基钠;最优选的催化剂1是三苯甲基钠。
催化剂2是有机胺化合物;优选的催化剂2是二甲胺、二乙胺、三乙胺或二丁胺;最优选的催化剂2是三乙胺。
溶剂1与溶剂2均选自是能部分溶解或完全溶解反应物又不参与反应的任何有机溶剂。
优选的所述溶剂1与溶剂2均选自烃类、醇类、醚类、酯类中各类物质中的一种或同类物质中的几种物质的组合。
再进一步优选的是溶剂1为烃类中的一种物质或几种物质的混合;溶剂2为醇类中的一种物质或几种物质的混合。
其中,所述烃类为芳烃;醇类为链烷醇;醚类为低级脂肪醚;酯类为乙酸烷基酯。混合时为同类溶剂之间两种或两种以上任意比例混合。
优选的是,芳烃为苯、甲苯、二甲苯、氯苯或萘,优选甲苯。链烷醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇或叔丁醇,优选乙醇。所述的醚类为乙醚、丙醚或异丙醚,优选异丙醚。所述酯类为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯或乙酸丁酯,优选乙酸乙酯。所述混合物为以上所列溶剂同类之间两种或两种以上任意比例混合,优选苯和甲苯混合物、甲醇和乙醇混合物、丙醚和异丙醚混合物以及乙酸乙酯和乙酸丁酯混合物。
反应温度一般与反应时间成反比关系,即提高反应温度使反应时间减少,然而,过高的反应温度会引起不需要的副反应和分解,合适的反应温度一般在30-160℃范围;以大于40℃为佳,最好在80-120℃范围。
氨源包括但不限于,气态氨或铵盐,如乙酸铵、碳酸氢铵、氨基磺酸铵、甲酸铵等,较好的铵盐是乙酸铵、氨基磺酸铵或碳酸氢铵。
同时本发明制备所得取代或未取代的通式I的吡啶-2,3-二羧酸酯化合物是制备高效的对环境有益的通式Ⅵ的咪唑啉酮类除草剂化合物的有用中间体。即通式I的吡啶-2,3-二羧酸酯化合物可与氨基羧酰胺化合物在惰性溶剂和强碱存在下反应,得到通式Ⅵ的咪唑啉酮化合物,
其中,通式Ⅵ的咪唑啉酮类除草剂化合物如下:
其中,R3是H、卤素、任选被一个或多个Cl-C4烷氧基取代的C1-C6烷基、Cl-C6烯基、苯基或取代的苯基。
制备通式Ⅵ的咪唑啉酮化合物,过程如下:
采用本发明方法制得的通式I的二酯还可以水解为相应的二酸,并可用于专利文献中所述的制备通式Ⅵ咪唑啉酮的任何方法路线,如专利US4,798,619中所述。
本发明的优点是:本发明提供了一种有较高产率和纯度的吡啶-2,3-二羧酸酯化合物的合成方法。通过本发明方法反应可得到副产物醇类,将副产物通过蒸馏或萃取进而可回收再利用。将回收所得醇类可循环制备另外的原料,减少无用的副产物。
在说明书和权利要求书中使用的术语取代的苯基,指被一个或多个取代基取代的苯环,这些取代基可以相同或不同,它们包括卤素、NO2、CN、OH、Cl-C4烷基、Cl-C4卤代烷基、Cl-C4烷氧基、Cl-C4烷硫基、C1-C4卤代烷氧基、Cl-C4烷基氨基、二(C1-C4)烷基氨基、和/或Cl-C4烷基磺酰基。卤素指Cl、Br、I或F、卤代烷基指被一个或多个相同或不同的卤素取代的烷基,卤代烷氧基指被一个或多个相同或不同的卤素取代的烷氧基。
为能进一步理解本发明,提出下面的实施例,主要用于更详细说明本发明的目的,本发明不受这些实施例的限制。
实施例1
制备(E)-二乙基2-(乙氧基亚甲基)-3-氧丁二酸酯具体流程如下:
1000ml干燥的四口瓶,装回流冷凝器和温度计,加50.0g草酰乙酸二乙酯,230ml甲苯,43.5g原甲酸三乙酯,0.8g三苯甲基钠,30min内升温至110℃,保持回流3小时,降至25℃,加入300ml冰水中,用稀盐酸将pH调至中性,分出有机相,经干燥后,减压蒸出甲苯,得到63.1g棕色粘稠液体的标题产物,含量98.5%,收率95.8%。由HPLC、13CNMR、1HNMR和MS分析鉴定即为(E)-二乙基2-(乙氧基亚甲基)-3-氧丁二酸酯。
实施例2
制备5-乙基吡啶-2,3-二羧酸乙酯的具体流程如下:
500ml干燥的四口瓶,装回流冷凝器和温度计,加24.8g98.5%(E)-二乙基2-(乙氧基亚甲基)-3-氧丁二酸酯草酰乙酸二乙酯,150ml乙醇,0.5g三乙胺,慢慢升温至80℃开始回流,2.0小时内,滴入9.0g丁醛,继续保持5小时,降温至40℃,加34.2g氨基磺酸铵,继续升温至80℃回流,保温8小时,常压下蒸出溶剂后,加150ml甲苯,降至25℃,加入200ml水,分出有机相,水洗,有机相经干燥后,减压蒸出甲苯,得到24.7g棕色粘稠液体的标题产物,含量98.3%,收率96.7%。由HPLC、13CNMR、1HNMR和MS分析鉴定即为5-乙基吡啶-2,3-二羧酸乙酯。
实施例3
制备5-甲基吡啶-2,3-二羧酸乙酯的具体流程如下:
500ml干燥的四口瓶,装回流冷凝器和温度计,加24.8g98.5%(E)-二乙基2-(乙氧基亚甲基)-3-氧丁二酸酯草酰乙酸二乙酯,150ml乙醇,0.5g三乙胺,慢慢升温至80℃开始回流,2.0小时内,滴入7.3g丙醛,继续保持5小时,降温至40℃,加34.2g氨基磺酸铵,继续升温至80℃回流,保温10小时,常压下蒸出溶剂后,加150ml甲苯,降至25℃,加入200ml水,分出有机相,水洗,有机相经干燥后,减压蒸出甲苯,得到21.9g棕色粘稠液体的标题产物,含量95.3%,收率88.0%。由HPLC、13CNMR、1HNMR和MS分析鉴定即为5-甲基吡啶-2,3-二羧酸乙酯。
实施例4
制备5-甲氧甲基吡啶-2,3-二羧酸乙酯的具体流程如下:
500ml干燥的四口瓶,装回流冷凝器和温度计,加24.8g98.5%(E)-二乙基2-(乙氧基亚甲基)-3-氧丁二酸酯草酰乙酸二乙酯,150ml乙醇,0.5g三乙胺,慢慢升温至80℃开始回流,2.0小时内,滴入11.0g甲氧基丙醛,继续保持5小时,降温至40℃,加34.2g氨基磺酸铵,继续升温至80℃回流,保温13小时,常压下蒸出溶剂后,加150ml甲苯,降至25℃,加入200ml水,分出有机相,水洗,有机相经干燥后,减压蒸出甲苯,得到23.5g棕色粘稠液体的标题产物,含量96.8%,收率85.0%。由HPLC、13CNMR、1HNMR和MS分析鉴定即为5-甲氧甲基吡啶-2,3-二羧酸乙酯。
实施例5
制备(E)-二乙基2-(乙氧基亚甲基)-3-氧丁二酸酯的具体流程如下:
1000ml干燥的四口瓶,装回流冷凝器和温度计,加50.0g草酰乙酸二乙酯,230ml苯,43.5g原甲酸三乙酯,0.8g三苯甲基钠,30min内升温至80℃,保持回流5小时,降至25℃,加入300ml冰水中,用稀盐酸将pH调至中性,分出有机相,经干燥后,减压蒸出苯,得到62.9g棕色粘稠液体的标题产物,含量96.5%,收率93.6%。由HPLC、13CNMR、1HNMR和MS分析鉴定即为(E)-二乙基2-(乙氧基亚甲基)-3-氧丁二酸酯。
实施例6
制备5-乙基吡啶-2,3-二羧酸乙酯的具体流程如下:
500ml干燥的四口瓶,装回流冷凝器和温度计,加25.3g96.5%(E)-二乙基2-(乙氧基亚甲基)-3-氧丁二酸酯草酰乙酸二乙酯,150ml异丙醇,0.5g三乙胺,慢慢升温至83℃开始回流,2.0小时内,滴入9.0g丁醛,继续保持5小时,降温至40℃,加34.2g氨基磺酸铵,继续升温至83℃回流,保温8小时,常压下蒸出溶剂后,加150ml甲苯,降至25℃,加入200ml水,分出有机相,水洗,有机相经干燥后,减压蒸出甲苯,得到24.9g棕色粘稠液体的标题产物,含量95.3%,收率94.4%。由HPLC、13CNMR、1HNMR和MS分析鉴定即为5-乙基吡啶-2,3-二羧酸乙酯。
实施例7
制备5-甲基吡啶-2,3-二羧酸乙酯的具体流程如下:
500ml干燥的四口瓶,装回流冷凝器和温度计,加25.3g96.5%(E)-二乙基2-(乙氧基亚甲基)-3-氧丁二酸酯草酰乙酸二乙酯,150ml异丙醇,0.5g三乙胺,慢慢升温至83℃开始回流,2.0小时内,滴入7.3g丙醛,保持5小时,降温至40℃,加34.2g氨基磺酸铵,继续升温至83℃回流,保温10小时,常压下蒸出溶剂后,加150ml甲苯,降至25℃,加入200ml水,分出有机相,水洗,有机相经干燥后,减压蒸出甲苯,得到20.8g棕色粘稠液体的标题产物,含量93.8%,收率82.3%。由HPLC、13CNMR、1HNMR和MS分析鉴定即为5-甲基吡啶-2,3-二羧酸乙酯。
实施例8
制备5-甲氧甲基吡啶-2,3-二羧酸乙酯的具体流程如下:
500ml干燥的四口瓶,装回流冷凝器和温度计,加25.3g96.5%(E)-二乙基2-(乙氧基亚甲基)-3-氧丁二酸酯草酰乙酸二乙酯,150ml异丙醇,0.5g三乙胺,慢慢升温至83℃开始回流,2.0小时内,滴入11.0g甲氧基丙醛,保持5小时,降温至40℃,加34.2g氨基磺酸铵,继续升温至83℃回流,保温13小时,常压下蒸出溶剂后,加150ml甲苯,降至25℃,加入200ml水,分出有机相,水洗,有机相经干燥后,减压蒸出甲苯,得到23.2g棕色粘稠液体的标题产物,含量90.7%,收率78.8%。由HPLC、13CNMR、1HNMR和MS分析鉴定即为5-甲氧甲基吡啶-2,3-二羧酸乙酯。
同时利用本发明实施例制备所得取代或未取代的通式I的吡啶-2,3-二羧酸酯化合物能够制备得到高效的对环境有益的通式Ⅵ的咪唑啉酮类除草剂化合物。即通式I的吡啶-2,3-二羧酸酯化合物可与氨基羧酰胺化合物在惰性溶剂和强碱存在下反应,得到通式Ⅵ的咪唑啉酮化合物,与此同时,采用本发明实施例制得的通式I的二酯还可以水解为相应的二酸,而后可用于专利文献中所述的制备通式Ⅵ咪唑啉酮的任何方法路线,如专利US4,798,619中所述。

Claims (5)

1.一种制备吡啶-2,3-二羧酸酯化合物的方法,吡啶-2,3-二羧酸酯化合物如通式I所示:
其中,R3是H、卤素、任选被一个或多个Cl-C4烷氧基取代的C1-C6烷基、C2-C6烯基;R1和R2各自独立地是Cl-C6烷基,其特征在于:
在溶剂1中,30~160℃温度下,使一摩尔的通式Ⅱ的化合物与至少一摩尔的通式Ⅲ化合物在催化剂1存在下反应制备通式Ⅳ化合物,而后在溶剂2中,30~160℃温度下,使通式IV的化合物与至少一摩尔当量的通式Ⅴ化合物在催化剂2和氨源存在下反应制备得到通式I化合物;
通式Ⅱ、通式Ⅲ、通式Ⅳ和通式Ⅴ的结构式分别如下:
其中,R1和R2分别选自Cl-C6烷基;
R3选自H、卤素、任选被一个或多个Cl-C4烷氧基取代的C1-C6烷基、C2-C6烯基;
R4选自C1-C4烷基;
溶剂1与溶剂2均选自是能部分溶解或完全溶解反应物又不参与反应的任何有机溶剂;
所述催化剂1是氨基钠、氢化钠或三苯甲基钠;
所述催化剂2是二甲胺、二乙胺、三乙胺或二丁胺;
氨源是氨基磺酸铵。
2.按权利要求1所述的制备吡啶-2,3-二羧酸酯化合物的方法,其特征在于:所述溶剂1与溶剂2均选自烃类、醇类、醚类、酯类中各类物质中的一种或同类物质中的几种物质的组合。
3.按权利要求2所述的制备吡啶-2,3-二羧酸酯化合物的方法,其特征在于:所述烃类为芳烃;醇类为链烷醇;醚类为乙醚、丙醚或异丙醚;酯类为乙酸烷基酯。
4.按权利要求2所述的制备吡啶-2,3-二羧酸酯化合物的方法,其特征在于:所述溶剂1为烃类中的一种物质或几种物质的混合;溶剂2为醇类中的一种物质或几种物质的混合。
5.按权利要求1所述的制备吡啶-2,3-二羧酸酯化合物的方法,其特征在于:在溶剂1中,80-120℃温度下,使一摩尔的通式Ⅱ的化合物与至少一摩尔的通式Ⅲ化合物在催化剂1存在下反应制备通式Ⅳ化合物,而后在溶剂2中,80-120℃温度下,使通式IV的化合物与至少一摩尔当量的通式Ⅴ化合物在催化剂2和氨源存在下反应制备得到通式I化合物。
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