CN1051561A - 制备5-甲基-N-芳基-1，2，4-三唑并[1，5-a]嘧啶-2-磺酰胺类的水溶液方法 - Google Patents

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Abstract

在碱水溶液存在下，使N-(3-((芳基氨基)磺酰 基)-1H-1，2，4-三唑-5-基)胺与4-甲氧基-3-丁 烯-2-酮或其合成等价物进行环化反应，制备出5- 甲基-N-芳基-1，2，4-三唑并(1，5-a)嘧啶-2-磺酰 胺。将该缩合反应的pH控制在8.5至10.5之间，可 大大减少副产物的形成。

Description

本发明涉及一种制备5-甲基-N-芳基-1，2，4-三唑并〔1，5-a〕嘧啶-2-磺酰胺的方法，该方法是在碱水溶液中，使N-（3-（（芳基氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺与4-甲氧基-3-丁烯-2-酮或其前体进行环化反应。
芳基取代的5-甲基-N-芳基-1，2，4-三唑并〔1，5-a〕嘧啶-2-磺酰胺（Ⅰ），
例如美国专利4，755，212中所描述的这类化合物，是用于选择性控制农作物中的杂草的有效除草剂。美国专利4，734，123建议，以N-（3-（（芳基氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺（Ⅱ）与适当取代的1，3-二羰基化合物或其合成等价物的环化反应，作为制备化合物（Ⅰ）的最终步骤，例如：
因此，该环化反应可以在酸性、中性或碱性条件下，在各种溶剂中进行，可用的溶剂包括例如乙酸、乙醇、丁醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或四氢呋喃。这类环化反应遇到的困难包括，由于产物和原料分解及形成不希望有的异构体（如下式的7-甲基异构体）而使产率下降。
如果能发现一种对所要的5-甲基异构体具有高度选择性的高产率方法，则将具有重要意义。此外，用对环境无害的水代替易燃且有毒的有机溶剂也将是大大有利的。
本发明涉及一种制备下式的5-甲基-N-芳基-1，2，4-三唑并〔1，5-a〕嘧啶-2-磺酰胺的方法：
其中X代表F、Cl、Br或C1-C4烷基;
Y代表F、Cl、Br或NO2;
Z代表H、C1-C4烷基或C1-C4烷氧基;
该方法的特征在于，在一种碱水溶液存在下，使下式的N-（3-（（芳基氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺与4-甲氧基-3-丁烯-2-酮或4，4-二甲氧基丁-2-酮反应，同时控制该混合物的pH在8.5至10.5之间。
Figure 901089095_IMG7
其中X、Y和Z如前面所限定。
通过在8.5至10.5的pH下在水中进行环化反应，可得到高产率的所需5-甲基异构体，而7-甲基异构体的污染极小。
这里所用的术语“C1-C4烷基”和“C1-C4烷氧基”指最多四个碳原子的直链或支链烃基，条件是所有取代基都彼此在空间上可共存。术语“在空间上可共存”用来表示取代基不受空间位阻的影响，因为空间位阻这一术语在《简明化学词典》（“The Condensed Chemical Dictionary”，Reinhold Publishing Co.，N.Y.）1966年第七版第893页中定义如下：“空间位阻：一种分子结构特性，在该结构中分子中各原子的空间排列方式使该分子与另一分子的某个特定反应受阻或速度减慢”。
正如D.J.Cram和G.Hammond的《有机化学》（Organic  Chemistry，McGraw-Hill  Book  Company，N.Y.）1964年第二版第215页中所讨论的，“在空间上可共存”可以进一步定义为：参与反应的化合物的各取代基的物理整体不要求限制在不足以表现取代基的正常行为的体积内。
优选的“C1-C4烷基”和“C1-C4烷氧基”为-CH3、-CH2CH3、-OCH3和-OCH2CH3。最优选的基团为-CH3。
N-（3-（（芳基氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺（Ⅱ）为已知化合物，在美国专利4，734，123中有描述。在这些原料中，X和Y优选为F或Cl。最优选的是X和Y都为F。Z优选为H。
4-甲氧基-3-丁烯-2-酮是一种市场有售的化合物。此外，4-甲氧基-3-丁烯-2-酮也可由适当的前体就地生成。例如，在碱性条件下，4，4-二甲氧基丁酮消除甲醇生成4-甲氧基-3-丁烯-2-酮。
在水溶液环化反应中，N-（3-（（芳基氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺与4-甲氧基-3-丁烯-2-酮或4，4-二甲氧基丁-2-酮缩合。
原则上每种试剂需一当量，而实际上优选使用过量的4-甲氧基-3-丁烯-2-酮或4，4-二甲氧基丁-2-酮。一般采用1.1至1.5当量的4-甲氧基-3-丁烯-2-酮或4，4-二甲氧基丁-2-酮，而优选1.2当量。
理论上，该反应可在酸性、中性或碱性条件下进行。但发现在碱水溶液条件下（即pH≥8.5），该环化反应对所要的5-甲基异构体具有高度选择性。此外，在pH≥11时，4-甲氧基-3-丁烯-2-酮迅速分解，而且所要的产物5-甲基-N-芳基-1，2，4-三唑并〔1，5-a〕嘧啶-2-磺酰胺易发生水解，也就是环化反应的逆反应。所以，为确保在水溶液反应条件下所要的异构体达到高产率，关键是要保持反应的pH在8.5至10.5之间，比较优选的是在8.5至9.5之间。反应的pH可以通过在反应进行的过程中进行连续的监测和调节来控制，或者最好用缓冲液来控制。
可用于该反应的合适水溶性碱包括碱金属氢氧化物、碳酸盐和碳酸氢盐。优选碱金属（特别是钠）的氢氧化物和碳酸盐及其混合物作为碱，而优选碳酸盐和碳酸氢盐作为缓冲剂。实际发生的环化反应是以碱催化的，并且碱的用量并不关键，这一缩合反应通常采用0.2至1.0当量的碱。由于N-（3-（（芳基氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺（Ⅱ）原料的相对酸性，因此首先需要额外当量的碱将其中和。
在一个典型的反应中，加入一当量的NaOH中和原料，再加入约0.2当量的Na2CO3催化环化反应。Na2CO3也起到缓冲反应介质的作用。如果就地生成活泼的4-甲氧基-3-丁烯-2-酮，例如由4，4-二甲氧基丁酮与苛性碱反应生成，则通常不需要额外的NaOH，因为该反应是以碱催化的。
环化反应通常在室温至90℃，最好在60至80℃下进行。
环化反应可在盐水及水中进行。实际上，可以从盐水中制备出N-（3-（（芳基氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺粗品，利用该粗品在所述盐水中进行环化反应，这样做常常是很方便的。在此方法，5-甲基-N-芳基-1，2，4-三唑并〔1，5-a〕嘧啶-2-磺酰胺的制备由5-氨基-3-巯基-1，2，4-三唑开始分三步进行：
（a）氯氧化形成5-氨基-3-氯磺酰基-1，2，4-三唑;
（b）与取代苯胺偶联制得N-（3-（（芳基氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺;
（c）环化生成所要的产物。
对其中的芳基为2，6-二氟苯基（即X和Y为F，Z为H）的化合物来说，这是一种特别优选的方法。
每个步骤都可在不分离中间产物的情况下在水中进行。
在该方法的一个典型实例中，N-（3-（（（2，6-二氟苯基）氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺以中性化合物和单钠盐的混合物形式存在于盐水中。在将这一混合物准备用于环化反应时，向上调整pH达到形成单钠盐和二钠盐的条件。例如，可以用Na2CO3将pH调至约9.0。然后加入1.2当量的二甲氧基丁烷或甲氧基丁烯酮开始进行环化反应，并保持温度为60℃直到转化完全。单钠盐形式的产物不溶于盐水，因而在反应过程中沉淀出来。可通过过滤分离固体单钠盐来进行纯化。大部分杂质都被排除在滤液和洗涤液中。转化成中性产物时，最有利的做法是将单钠盐溶于热水中，缓慢酸化而生成结晶状沉淀物。用乙酸进行酸化已证明很容易控制，它形成乙酸盐缓冲液而防止了产物的酸水解。
提供下列实例来说明本发明，但不应误认为是限制本发明。
用下列体系中的一种或另一种来进行高压液相色谱（HPLC）：
（a）一台色谱仪，其组成为：Hitachi L6200泵、Kratos Spectroflow 757可变波长检测器（214nm）、Spectra Physics SP 4290积分仪、以及带有一个20微升进样环管和一个Jones Chromatography（Littleton Co.）Apex Octyl5微升25厘米×4.6毫米反相柱的Rheodyne 7125注射器。色谱柱用8%（体积）乙腈和0.1%（体积）H3PO4水溶液以1.8毫升/分洗脱;或
（b）一台Hewlett Packard 1090液相色谱仪，它带有214m紫外检测、5微升注射环管和25厘米Jones C-8柱，色谱柱用19%（体积）乙腈和0.1%（体积）H3PO4水溶液以1.8毫升/分洗脱。
实例1 用二甲氧基丁酮和Na2CO3进行环化
Figure 901089095_IMG11
将N-（3-（（（2，6-二氟苯基）氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺（2克，7.3毫摩尔）悬浮于15毫升水中，并与1.2克（10.9毫摩尔）Na2CO3混合。将该浆状液加热至50℃，加入1.44克（10.9毫摩尔）4，4-二甲氧基丁-2-酮。5小时后，通过HPLC分析判断反应已完全，过滤出固体产物并用水洗涤。在室温下将湿滤饼溶于水中，并用18%HCl酸化至pH达到4左右。搅拌所得浆状物20小时，过滤回收产物并干燥，得到1.82克白色固体，其中5-甲基/7-甲基异构体的比率大于100。
实例2 用二甲氧基丁酮和Na2CO3/NaOH进行环化
将N-（3-（（（2，6-二氟苯基）氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺（27.5克，0.1摩尔）溶于100毫升1N NaOH溶液（0.1摩尔）中，并与5.3克（0.05摩尔）Na2CO3混合，将该混合物加热至70℃。加入二甲氧基丁酮（19.8克，0.15摩尔），将该混合物于70℃下搅拌1小时。将该浆状物冷却并过滤，滤饼用100毫升水洗涤并干燥，得到30.3克（产率为86%）干燥的单钠盐，其中5-甲基/7-甲基异构体的比率为46。
实例3 用二甲氧基丁酮和Na2CO3/NaOH进行环化
将N-（3-（（（2，6-二氟苯基）氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺单水合物（14.6克，0.05摩尔），与50毫升1N NaOH（0.05摩尔）和5.2克（0.05摩尔）Na2CO3在50毫升水中的溶液混合，将该混合物加热至80℃，得到澄清的溶液。加入9.7克（0.075摩尔）4，4-二甲氧基丁-2-酮开始环化反应。反应维持在80℃进行，并用HPLC进行监测。大约10分钟后，产物以燕麦粥样的稠度迅速沉淀出来。75分钟后反应完全，5-甲基/7-甲基异构体的比率为36。将反应混合物冷却到3℃，真空过滤回收单钠盐。滤饼用30毫升冰水洗涤，然后再悬浮于100毫升水中。将该悬浮液加热至90℃，得到澄清的溶液，用30分钟滴加4.5克乙酸在25毫升水中的溶液进行酸化。将所得浆状物冷却至3℃并真空过滤。产物用50毫升冰水洗涤，再用50毫升甲醇洗涤。真空干燥后产物重14.2克（产率为87%），利用HPLC面积百分比分析计算出其纯度为99.8%。
实例4 用二甲氧基丁酮和Na2CO3/NaOH在盐水中进行环化
在装配有温度计、机械搅拌器和滴液漏斗的500毫升三颈瓶中，使N-（3-（（（2，6-二氟苯基）氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺（27.5克，0.1摩尔）在77克水中的浆状物与100毫升1N  NaOH溶液（0.1摩尔）和35克NaCl混合。向反应混合物中加入碳酸钠（2.1克，0.02摩尔）并将烧瓶加热至60℃。加入4，4-二甲氧基丁-2-酮（95%，16克，0.12摩尔），将该反应混合物在60℃下搅拌7小时。这段时间过后，所有原料均已消耗完。冷却后反应混合物的5-甲基/7-甲基异构体的比率大约为42。滤出白色沉淀物，滤饼用100毫升20%NaCl溶液洗涤。在80℃下将湿滤饼在水中再打浆，并滴加1N  HCl（100毫升，0.1摩尔）将其中和。将该混合物冷却至0-10℃，过滤分离出白色固体产物，于90℃下真空干燥至恒重。所得产物的产率为91%（35.4克）。
实例5  在不分离中间产物的情况下由5-氨基-3-巯基-1，2，4-三唑制备5-甲基-N-（2，6-二氟苯基）-1，2，4-三唑并〔1，5-a〕嘧啶-2-磺酰胺
在装配有机械搅拌器、滴液漏斗和氯气鼓入管的500毫升三颈瓶中，装入5-氨基-3-巯基-1，2，4-三唑（23.5克，0.2摩尔）和160毫升6.25N HCl（1.0摩尔）。在保持反应温度在20至30℃之间的同时，用10分钟时间滴加12克（0.105摩尔）30%H2O2。加完后，将反应物短暂温热至50℃，然后用冰/乙醇浴冷却至0℃。在0℃下用2小时向反应物中鼓入氯（39克，0.56摩尔），在反应接近结束时加入60毫升去离子水以保持浆状物可以搅拌。利用HPLC确认已完全转化为磺酰氯后，加入3克Na2S2O5以还原任何过量的氯。
将5-氨基-3-氯磺酰基-1，2，4-三唑反应混合物一次全部加入到310克（2.4摩尔）湿的2，6-二氟苯胺中，反应放热至约45℃。20分钟后偶联反应完全。反应物用176克（2.2摩尔）50%NaOH中和，使pH为6.0。用水蒸汽蒸馏法回收2，6-二氟苯胺，用迪安-斯达克榻分水器作接收器，使馏出液中的水相连续地返回蒸馏瓶。回收到283.5克2，6-二氟苯胺后，得到的浆状物中含有N-（3-（（（2，6-二氟苯基）氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺，其中只残留有痕量的苯胺。将该浆状物冷却至60℃准备用于环化反应。
加入10.6克Na2CO3将浆状物的pH由5.3调至9.2。加热至60℃并加入34克（0.25摩尔）95%二甲氧基丁酮，从而开始环化反应。反应温度保持在60℃4小时，在此期间沉淀出产物。4小时后，将反应物冷却至20℃并真空过滤。滤饼用200毫升20%NaCl盐水洗涤，并在300毫升水中再打浆。加热至90℃后，用1小时时间滴加100毫升2N HCl将浆状物酸化。冷却至室温后，真空过滤收集固体产物，并用约200毫升水洗涤。在100℃下真空干燥后得到53.3克5-甲基-N-（2，6-二氟苯基）-1，2，4-三唑并〔1，5-a〕嘧啶-2-磺酰胺。

Claims (9)

1、一种制备下式的5-甲基-N-芳基-1，2，4-三唑并[1，5-a]嘧啶-2-磺酰胺的方法：
Figure 901089095_IMG1
其中X代表F、Cl、Br或C1-C4烷基；
Y代表F、Cl、Br或NO2；
Z代表H、C1-C4烷基或C1-C4烷氧基；
该方法的特征在于，在一种碱水溶液存在下，使下式的N-(3-((芳基氨基)磺酰基)-1H-1，2，4-三唑-5-基)胺与4-甲氧基-3-丁烯-2-酮或4，4-二甲氧基丁-2-酮反应，同时控制该混合物的pH在8.5至10.5之间。
其中X、Y和Z如前所定义。
2、权利要求1的方法，其中X和Y代表F，Z代表H。
3、权利要求1或2的方法，其中碱为一种碱金属的氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐或其混合物。
4、前述权利要求中任一项的方法，其中pH控制在8.5至9.5之间。
5、前述权利要求中任一项的方法，其中反应混合物的pH使用缓冲剂来控制。
6、权利要求5的方法，其中缓冲剂为一种碱金属碳酸盐或碳酸氢盐。
7、权利要求1的方法，其中N-（3-（（芳基氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺是在水溶液介质中使取代苯胺与5-氨基-3-氯磺酰基-1，2，4-三唑偶联来制备的。
8、权利要求7的方法，其中取代苯胺为2，6-二氟苯胺。
9、权利要求7或8的方法，其中不经分离而在盐水中使用从该盐水中制备出的N-（3-（（芳基氨基）磺酰基）-1H-1，2，4-三唑-5-基）胺。
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