CN105348258B - 一种2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的合成方法 - Google Patents

一种2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种2‑氯‑5‑((2‑(硝基亚甲基)咪唑啉‑1‑基)甲基)吡啶的合成方法,其以2‑氯‑5‑氯甲基吡啶为起始原料,在相转移催化剂和碱的存在下,与乙二胺发生取代反应,生成氯吡啶乙二胺,并向同一反应容器中加入1,1‑二甲氧基‑2‑硝基乙烯,回流反应,后处理制得目标产品,即通过一锅法合成了2‑氯‑5‑((2‑(硝基亚甲基)咪唑啉‑1‑基)甲基)吡啶。所述合成方法能够获得高含量的目标产品,并且其第一步反应的中间体不需要分离和纯化,在同一个反应釜中完成两步合成单元操作,设备利用率高,后处理工艺简便,操作条件温和,因此具有工业化生产的前景。

Description

一种2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的合 成方法
技术领域
本发明涉及有机合成领域,尤其涉及一种2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的合成方法。
背景技术
2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶是一种重要的精细化工中间体,其常被用作杀虫剂吡虫啉、哌虫啶、环氧虫啶的主要合成原料。2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的分子式是:C5H6Cl2O,英文名称为:2-chloro-5-[[2-(nitromethylene)-1-imidazolidinyl]methyl]pyridine;CAS号是:101336-63-4;其结构式如下:
Figure BDA0000874238080000011
现有技术中,2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的合成方法工艺复杂,可操作性差,成本高,不利于工业化生产。如专利CN103524489A报道的合成方法,通过多步反应制备得到咪唑烷钾盐后,再合成目标产品——2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶;然而,该方法的各步反应不仅收率低,而且均需要通过分离纯化后投料,从而导致操作复杂。又如专利PCT2007101369和文献Bioorg.Med.Chem.,2008,18,6513-6516的报道:以氯吡啶与乙二胺先制备氯吡啶乙二胺后,再与二硫甲基硝基乙烯反应,脱除甲硫醇合成2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶;然而,采用这种方法,不但原子经济性不高,而且反应释放的甲硫醇其他具有恶臭,严重污染空气,可见难以实现工业化生产。
因此,寻求一种用于合成2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的适于工业化生产的合成方法,是本领域相关研发人员研究的重点。
发明内容
一锅法(one-pot reaction)是一种非常具有前景的有机合成方法,其可将多步反应从相对简单易得的原料出发,不经中间体的分离,直接获得结构复杂的目标分子。为了于克服上述现有技术中的不足,本发明旨在提供一种利用一锅法工艺合成2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的方法,该方法反应步骤短,反应活性好,操作条件可控,工艺绿色环保,两步反应一锅烩即可合成目标产品,后处理简单,无需蒸馏即可获得纯度为98.5%的2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶,并大大降低了合成该目标产品成本,具有工业化生产的前景。
本发明的第一方面,提供了一种2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的合成方法,其合成路线如下:
Figure BDA0000874238080000021
并且,所述2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的合成方法包括以下步骤:
步骤①向容器中加入作为起始原料的2-氯-5-氯甲基吡啶(2)和溶剂,并加入相转移催化剂和碱,在-20℃~50℃的温度下加入乙二胺;然后,在-20℃~50℃的温度下进行取代反应3-5h,制得氯吡啶乙二胺(3);
步骤②升温至0℃~35℃,再加入1,1-二甲氧基-2-硝基乙烯,再加热回流,并搅拌反应,直至反应完全;后处理,制得目标产品2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶。
优选地,在上述合成方法中,所述溶剂选自以下任一种:水、甲醇、乙醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、正己烷、乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、苯、甲苯、氯苯、二甲苯。
优选地,在上述合成方法中,所述相转移催化剂选自以下任一种:苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、卤化正丁基铵、卤化苄基三甲基铵、卤化苄基三乙基铵、卤化十二烷基三甲基铵、卤化十六烷基三甲基铵。
优选地,在上述合成方法中,投加的所述相转移催化剂的物质的量为所述2-氯-5-氯甲基吡啶的物质的量的1%-15%。
优选地,在上述合成方法中,所述碱为无机碱,并选自以下任一种:氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氢化钾。
优选地,在上述合成方法中,所述碱为有机碱,并选自以下任一种:甲醇钠、乙醇钠、三乙胺、吡啶、哌啶。
优选地,在上述合成方法中,所述步骤①为:向容器中加入作为起始原料的2-氯-5-氯甲基吡啶(2)和溶剂,并加入相转移催化剂和碱,在-20℃~10℃的温度下加入乙二胺;然后,在-20℃~0℃的温度下进行取代反应3-5h,制得氯吡啶乙二胺(3)。
优选地,在上述合成方法中,所述步骤②为:升温至10℃~25℃,再加入1,1-二甲氧基-2-硝基乙烯,再加热回流,并搅拌反应,直至反应完全;后处理,制得目标产品2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶。
进一步优选地,在上述合成方法中,所述溶剂为甲苯,所述相转移催化剂为四丁基溴化铵,所述碱为碳酸钾。
进一步优选地,在上述合成方法中,所述后处理包括以下步骤:冷却反应液至室温,抽滤,所得滤饼用有机溶剂重结晶,以及烘干结晶物的步骤。
采用上述任一种优选的方法,最终都能够获得含量≥98.5%的2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶。
与现有技术中所提供的合成方法相比,本发明所述的合成方法具备的技术优势为:
(1)一锅法两步合成2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶,该合成方法所需设备占用少,设备利用率高,后处理简便,且产生三废少,绿色环保。
(2)本发明所述合成方法在同一反应釜内完成两步反应操作,并且反应条件温和,工艺流程简单,符合工业化生产的要求;此外经上述方法合成得到2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶含量高(含量≥98.5%)。
具体实施方式
下面参照具体的实施例对本发明所述的合成方法作进一步地描述,以更好地理解本发明。
本发明的第一方面,提供了一种2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的合成方法,其合成路线如下:
Figure BDA0000874238080000041
并且,所述2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的合成方法包括以下步骤:
步骤①向容器中加入作为起始原料的2-氯-5-氯甲基吡啶(2)和溶剂,并加入相转移催化剂和碱,在-20℃~50℃的温度下加入乙二胺;然后,在-20℃~50℃的温度下进行取代反应3-5h,制得氯吡啶乙二胺(3);
步骤②升温至0℃~35℃,再加入1,1-二甲氧基-2-硝基乙烯,再加热回流,并搅拌反应,直至反应完全;后处理,制得目标产品2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶。
在一个优选实施例中,在上述合成方法中,所述溶剂选自以下任一种:水、甲醇、乙醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、正己烷、乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、苯、甲苯、氯苯、二甲苯。
在一个优选实施例中,在上述合成方法中,所述相转移催化剂选自以下任一种:苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、卤化正丁基铵、卤化苄基三甲基铵、卤化苄基三乙基铵、卤化十二烷基三甲基铵、卤化十六烷基三甲基铵。
在一个优选实施例中,在上述合成方法中,投加的所述相转移催化剂的物质的量为所述2-氯-5-氯甲基吡啶的物质的量的1%-15%。
在一个优选实施例中,在上述合成方法中,所述碱为无机碱,并选自以下任一种:氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氢化钾。
在一个优选实施例中,在上述合成方法中,所述碱为有机碱,并选自以下任一种:甲醇钠、乙醇钠、三乙胺、吡啶、哌啶。
在一个优选实施例中,在上述合成方法中,所述步骤①为:向容器中加入作为起始原料的2-氯-5-氯甲基吡啶(2)和溶剂,并加入相转移催化剂和碱,在-20℃~10℃的温度下加入乙二胺;然后,在-20℃~0℃的温度下进行取代反应3-5h,制得氯吡啶乙二胺(3)。
在一个优选实施例中,在上述合成方法中,所述步骤②为:升温至10℃~25℃,再加入1,1-二甲氧基-2-硝基乙烯,再加热回流,并搅拌反应,直至反应完全;后处理,制得目标产品2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶。
在一个进一步优选的实施例中,在上述合成方法中,所述溶剂为甲苯,所述相转移催化剂为四丁基溴化铵,所述碱为碳酸钾。
在一个进一步优选的实施例中,在上述合成方法中,所述后处理包括以下步骤:冷却反应液至室温,抽滤,所得滤饼用有机溶剂重结晶,以及烘干结晶物的步骤。
实施例1
在250ml三口烧瓶中加入2-氯-5-氯甲基吡啶(0.2mol)和甲苯60mL,并加入四丁基溴化铵(5mmol)和碳酸钾固体(0.4mol),降温至-20℃,再加入乙二胺(1.0mol);然后在-20℃反应5h,发生取代反应,得到氯吡啶乙二胺;升温至20℃,再加入1,1-二甲氧基-2-硝基乙烯(0.18mol),加热至回流,并搅拌回流反应4h。反应完全后,冷却至室温,抽滤,滤饼用无水乙醇重结晶,然后将所得结晶物质烘干,即制得目标产品2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶,其纯度98.5%,收率76%(以2-氯-5-氯甲基吡啶计)。
实施例2
在250ml三口烧瓶中加入2-氯-5-氯甲基吡啶(0.2mol)和甲苯60mL,并加入十二烷基三甲基氯化铵(5mmol),加入氢氧化钾固体(0.4mol),降温至-15℃,再加入乙二胺(1.0mol);然后在-15℃反应5h,发生取代反应,得到氯吡啶乙二胺;升温至20℃,再加入1,1-二甲氧基-2-硝基乙烯(0.18mol),加热至回流,并搅拌回流反应5h。反应完全后,冷却至常温,抽滤,滤饼用无水乙醇重结晶,然后将所得结晶物质烘干,即制得目标产品2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶,其纯度98.8%,收率91%(以2-氯-5-氯甲基吡啶计)。
实施例3
在250ml三口烧瓶中加入2-氯-5-氯甲基吡啶(0.2mol)和N,N-二甲基甲酰胺60mL,并加入四丁基溴化铵(5mmol),加入碳酸钠固体(0.4mol),降温至-10℃,再加入乙二胺(1.0mol);然后在-10℃反应5h,发生取代反应,得到氯吡啶乙二胺;升温至15℃,再加入1,1-二甲氧基-2-硝基乙烯(0.18mol),加热至回流,并搅拌回流反应4h。反应完全后,冷却至常温,抽滤,滤饼用无水乙醇重结晶,然后将所得结晶物质烘干,即制得目标产品2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶,其纯度98.6%,收率86%(以2-氯-5-氯甲基吡啶计)。
实施例4
在250ml三口烧瓶中加入2-氯-5-氯甲基吡啶(0.2mol)和二甲苯60mL,加入四丁基溴化铵(5mmol),并加入氢氧化钾固体(0.4mol),降温至0℃,再加入乙二胺(1.0mol);然后在0℃反应5h,发生取代反应,得到氯吡啶乙二胺;升温至15℃,再加入1,1-二甲氧基-2-硝基乙烯(0.18mol),加热至回流,并搅拌回流反应4h。反应完全后,冷却至常温,抽滤,滤饼用无水乙醇重结晶,然后将所得结晶物质烘干,即制得目标产品2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶,其纯度98.7%,收率62%(以2-氯-5-氯甲基吡啶计)。
实施例5
在250ml三口烧瓶中加入2-氯-5-氯甲基吡啶(0.2mol)和乙酸乙酯60mL,加入苄基三乙基氯化铵(5mmol),加入碳酸钾固体(0.4mol),降温至10℃,再加入乙二胺(1.0mol);然后在0℃反应5h,发生取代反应,得到氯吡啶乙二胺;升温至25℃,再加入1,1-二甲氧基-2-硝基乙烯(0.18mol),加热至回流,并搅拌回流反应4h。反应完全后,冷却至常温,抽滤,滤饼用无水乙醇重结晶,然后将所得结晶物质烘干,即制得目标产品2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶,其纯度98.7%,收率54%(以2-氯-5-氯甲基吡啶计)。
实施例6
在250ml三口烧瓶中加入2-氯-5-氯甲基吡啶(0.2mol)和甲苯60mL,并加入四丁基溴化铵(5mmol)和乙醇钠固体(0.4mol),降温至-20℃,再加入乙二胺(1.0mol);然后在-25℃反应5h,发生取代反应,得到氯吡啶乙二胺;升温至30℃,再加入1,1-二甲氧基-2-硝基乙烯(0.18mol),加热至回流,并搅拌回流反应3h。反应完全后,冷却至室温,抽滤,滤饼用无水乙醇重结晶,然后将所得结晶物质烘干,即制得目标产品2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶,其纯度99.1%,收率74%(以2-氯-5-氯甲基吡啶计)。
实施例7
在250ml三口烧瓶中加入2-氯-5-氯甲基吡啶(0.2mol)和二甲基亚砜60mL,并加入苄基三乙基氯化铵(5mmol)和乙醇钠固体(0.4mol),降温至-10℃,再加入乙二胺(1.0mol);然后在-15℃反应4h,发生取代反应,得到氯吡啶乙二胺;升温至25℃,再加入1,1-二甲氧基-2-硝基乙烯(0.18mol),加热至回流,并搅拌回流反应4h。反应完全后,冷却至室温,抽滤,滤饼用无水乙醇重结晶,然后将所得结晶物质烘干,即制得目标产品2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶,其纯度98.8%,收率66.8%(以2-氯-5-氯甲基吡啶计)。
实施例8
在250ml三口烧瓶中加入2-氯-5-氯甲基吡啶(0.2mol)和三氯甲烷60mL,并加入四丁基氯化铵(5mmol)和氢氧化钠固体(0.4mol),降温至-10℃,再加入乙二胺(1.0mol);然后在-10℃反应5h,发生取代反应,得到氯吡啶乙二胺;升温至25℃,再加入1,1-二甲氧基-2-硝基乙烯(0.18mol),加热至回流,并搅拌回流反应3h。反应完全后,冷却至室温,抽滤,滤饼用无水乙醇重结晶,然后将所得结晶物质烘干,即制得目标产品2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶,其纯度98.9%,收率57.2%(以2-氯-5-氯甲基吡啶计)。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述,但其只是作为范例,本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言,任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此,在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改,都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (3)

1.一种2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的合成方法,其特征在于,其合成路线如下:
Figure FDA0002382452820000011
并且,所述2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的合成方法包括以下步骤:
步骤①向容器中加入作为起始原料的2-氯-5-氯甲基吡啶(2)和溶剂,并加入相转移催化剂和碱,在-20℃~10℃的温度下加入乙二胺;然后,在-20℃~0℃的温度下进行取代反应3-5h,制得氯吡啶乙二胺(3);
步骤②升温至10℃~25℃,再加入1,1-二甲氧基-2-硝基乙烯,再加热回流,并搅拌反应,直至反应完全;后处理,制得目标产品2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶;
其中,所述溶剂为甲苯;
所述相转移催化剂为四丁基溴化铵;
所述碱为碳酸钾。
2.根据权利要求1所述的2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的合成方法,其特征在于,投加的所述相转移催化剂的物质的量为所述2-氯-5-氯甲基吡啶的物质的量的1%-15%。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的2-氯-5-((2-(硝基亚甲基)咪唑啉-1-基)甲基)吡啶的合成方法,其特征在于,所述后处理包括以下步骤:冷却反应液至室温,抽滤,所得滤饼用有机溶剂重结晶,以及烘干结晶物的步骤。
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