CN108218851B - 一种改进制备苯唑草酮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了本发明提供了一种改进制备苯唑草酮的方法，属于化学合成的技术领域，该方法以3‑硝基邻二甲苯为原料，通过肟化反应、乙烯关环、钯碳还原、重氮化、醛基化、氧化、及缩合重排反应得到苯唑草酮，在优化条件下，总收率33.7％，其原材料便宜易得，整个过程处理方便，具有较高的收率，对工业化生产具有一定的意义。
Description
技术领域
本发明涉及的是化学合成的技术领域，尤其涉及的是一种改进制备苯唑草酮的方法。
背景技术
苯唑草酮其化学名为[3-(4,5-二氢-1,2-噁唑-3-基)-4-甲磺酰基-2-甲基苯基](5-羟基-1-甲基吡唑-4-基)甲酮，英文名为Topramezone,化学结构式为：
苯唑草酮是苯甲酯吡唑酮类除草剂，是德国巴斯夫公司生产和开发的一类玉米除草剂，它同时拥有吡唑和异噁唑结构，对拥有对羟基苯基丙酮酸酯双氧化酶(4-HPPD)的杂草有很好的抑制作用。是最新研发的后茎叶处理除草剂，有效防除玉米地一年生禾本科和阔叶杂草，能更有效的防治一些特定的禾本科杂草。与莠去津等有很好的混用兼容性，是一类极有前景的广谱苗后除草剂。
由于苯唑草酮的制备方法尚处于专利保护期，目前国内对其合成研究的文献较少。而国外有专利报道的是德国巴斯夫公司和日本曹达株式会社，日本曹达公司报道的专利路线收率很低，并且存在柱层析纯化等在工业上较难实现的步骤。巴斯夫公司(专利公开号US6469176B1，2002年)报道的合成路线，收率也很低，生产成本很高。
中国专利文献CN103788083A，公开了一种制备除草剂苯唑草酮的方法，该方法以3-硝基邻二甲苯为起始原料，经过肟化、与乙烯加成、还原、重氮化、溴代、与正丁基锂进行卤锂交换后与二氧化碳反应、氧化、缩合重排八步反应得到苯唑草酮，反应通式如下：
该方法原料简单、处理方便，但总产率仍然仅有30.2％，收率也较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种改进制备苯唑草酮的方法，以解决现有方法总收率较低的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种改进制备苯唑草酮的方法，该方法以化合物Ⅰ3-硝基邻二甲苯为起始原料，经过肟化反应合成中间体Ⅱ，再经过高压乙烯关环合成化合物Ⅲ，然后通过钯炭催化还原合成化合物Ⅳ，接着重氮化接甲硫基合成化合物Ⅴ，然后与丁基锂反应合成苯荃化合物Ⅵ，然后经过氧化反应合成化合物Ⅶ，最后与1-甲基-5羟基吡唑缩合重排得到苯唑草酮，反应通式如下：
进一步地，由化合物Ⅴ合成化合物Ⅵ的步骤包括：在-78℃-0℃下，将化合物Ⅴ与TMEDA(四甲基乙二胺)混合均匀，在有机溶剂反应体系、惰性气体保护下加入正丁基锂拔氢，然后加热回流，回流完毕冷却加入醛基类化合物，常温下搅拌，接着用水淬灭，乙酸乙酯萃取，最后从乙酸乙酯中收集化合物Ⅵ。
进一步地，所述加热回流时间为3-12h，常温下搅拌时间为2-5h。
进一步地，所述有机溶剂为乙酸乙酯、四氢呋喃或二氧六环；所述醛基类化合物为DMF(二甲基甲酰胺)、DMAC(二甲基乙酰胺)或DIEA(N-乙基二异丙胺)。
进一步地，化合物Ⅴ与TMEDA的摩尔比为：1:2.0-3.0；化合物Ⅴ与有机溶剂的体积比为：0.1-0.5g/mL；化合物Ⅴ与正丁基锂的摩尔比为：1：1.2-1.5；化合物Ⅴ与醛基类化合物的摩尔比为：1：2.5-4.0；
进一步地，所述惰性气体为氮气或氩气。
进一步地，所述正丁基锂为浓度为2.5mol/L的正丁基锂的正己烷溶液。
进一步地，由化合物Ⅵ合成化合物Ⅶ的步骤包括：在室温下将化合物Ⅵ与冰醋酸混合均匀，然后缓慢加入双氧水溶液反应，反应完毕倒入冰水中淬灭，最后用二氯乙烷萃取，脱去有机溶剂后得到化合物Ⅶ。
进一步地，所述缓慢加入双氧水溶液进行反应的温度为10℃-50℃，时间为5-30h。
进一步地，所述化合物Ⅵ与冰醋酸的体积比为0.5-1.0g/mL；化合物Ⅵ与双氧水的摩尔比为1：5-15；双氧水的浓度为10％-30％。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明提供了一种改进制备苯唑草酮的方法，该方法以3-硝基邻二甲苯为原料，通过肟化反应、乙烯关环、钯碳还原、重氮化、醛基化、氧化、及缩合重排反应得到苯唑草酮，在优化条件下，总收率33.7％，其原材料便宜易得，整个过程处理方便，具有较高的收率，对工业化生产具有一定的意义。
具体实施方式
本发明提供了一种改进制备苯唑草酮的方法，该方法以化合物Ⅰ3-硝基邻二甲苯为起始原料，经过肟化反应合成中间体Ⅱ，再经过高压乙烯关环合成化合物Ⅲ，然后通过钯炭催化还原合成化合物Ⅳ，接着重氮化接甲硫基合成化合物Ⅴ，然后与丁基锂反应合成苯荃化合物Ⅵ，然后经过氧化反应合成化合物Ⅶ，最后与1-甲基-5羟基吡唑缩合重排得到苯唑草酮，反应通式如下：
其中，化合物Ⅰ到化合物Ⅴ的合成步骤为常规步骤，可参照中国专利文献CN103788083A或美国专利文献(公开号US6469176B1，2002年)等公开文献进行，化合物Ⅴ生成化合物Ⅶ的步骤为本发明的创新点，化合物Ⅶ到化合物Ⅷ(终产物)的合成步骤参照中国专利文献CN103788083A进行。
由化合物Ⅴ合成化合物Ⅵ的步骤包括：在-78℃-0℃下，化合物Ⅴ与TMEDA混合均匀，取乙酸乙酯、四氢呋喃或二氧六环等有机溶液为溶剂，氮气或氩气保护下加入正丁基锂拔氢，然后加热回流3-12h，回流完毕冷却加入DMF、DMAC或DIEA等，常温下搅拌2-5h，接着用水淬灭，乙酸乙酯萃取，然后从乙酸乙酯中收集化合物Ⅵ。其中，化合物Ⅴ与TMEDA的摩尔比为：1:2.0-3.0；化合物Ⅴ与有机溶剂的体积比为：0.1-0.5g/mL；化合物Ⅴ与正丁基锂的摩尔比为：1：1.2-1.5；化合物Ⅴ与醛基类化合物的摩尔比为：1：2.5-4.0；正丁基锂为浓度为2.5mol/L的正己烷溶液。
由化合物Ⅵ合成化合物Ⅶ的步骤包括：在室温下化合物Ⅵ与冰醋酸混合均匀，在然后缓慢加入10％-30％的双氧水溶液在10℃-50℃反应5-30h，反应完毕倒入冰水中淬灭。然后用二氯乙烷萃取，脱去有机溶剂得到化合物Ⅶ。其中，化合物Ⅵ与冰醋酸的体积比为0.5-1.0g/mL；化合物Ⅵ与双氧水的摩尔比为1：5-15。
实施例1
本实施例提供了一种改进制备苯唑草酮的方法，步骤包括：
(1)化合物Ⅱ的合成
在500mL三颈瓶内加入DMF 200mL、3-硝基邻二甲苯24g、亚硝酸异戊酯27g，搅拌冷却至-40℃以下，控制温度-35℃到-40℃之间缓慢分批加入35g甲醇钠，加毕，控制温度-35到-40℃，反应半小时。滴加60mL水，加完后，滴加60mL冰醋酸溶液至pH为5-6。过滤，用500mL冷水洗涤搅拌30min，抽滤，干燥得米白色色固体，将该固体放入烘箱内在30℃下干燥过夜最终得粗品(2-甲基-6-硝基苯亚甲基醛肟)约22.4g(收率80％)。
(2)化合物Ⅲ的合成
取10g步骤(1)获得的2-甲基-6-硝基苯亚甲基醛肟粗品，溶入约100mL的冰醋酸中，一边搅拌一边通入氯气4小时。氯化反应完毕后，减压蒸馏将剩冰醋酸除去，加入100mL二氯乙烷，转移到500mL压力反应釜内。缓慢加入6.0g三乙胺，然后通入8-10bar的乙烯气体反应24小时，反应结束，反应液分别用饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤，减压拉干溶剂，得到淡黄色固体(3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异恶唑)10.3g(收率91.3％)。
(3)化合物Ⅳ的合成
在500mL的氢化反应釜中，将20g步骤(2)制备获得的3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异恶唑溶于300mL二氯乙烷中，另向反应釜中加1.0g 5％的钯碳。抽真空，用氮气将氢化反应釜置换两次，通入20公斤氢气，在25-30℃下反应10小时。反应完毕将钯碳过滤，将母液减压除去有机溶剂得黄色固体(3-(2-甲基-6-氨基苯基)-4,5-二氢异恶唑)18.5g(收率92.5％)。
(4)化合物Ⅴ的合成
在250mL三口烧瓶内分别加入8g亚硝酸异戊酯，0.5g铜粉以及30mL的二甲基二硫醚。另将10g步骤(3)制备获得的3-(2-甲基-6-氨基苯基)-4,5-二氢异恶唑溶于50mL的二甲基二硫醚中，冰浴下将该混合液滴加至三口烧瓶中。滴加完毕后，将反应液加热至30℃反应2小时。反应完毕后，减压回收二甲基二硫，残夜用二氯乙烷溶解，分别用3mol/L的盐酸、饱和碳酸氢钠和水洗涤两次，无水硫酸钠干燥，减压蒸掉溶剂，得到11.5g黑红色油状液体(3-(2-甲基-6-甲硫基苯基)-4,5-二氢异恶唑)。(收率95％)。
(5)化合物Ⅵ的合成
在250mL三口烧瓶内加入步骤(4)制备获得的化合物3-(2-甲基-6-甲硫基苯基)-4,5-二氢异恶唑(13.95g，67.4mmol)、四甲基乙二胺TMEDA(20.4mL，15.7g，135mmol)和乙酸乙酯(100mL)，并于冷却到0℃，缓慢加入正丁基锂(32.4mL,2.5mol/L的正己烷溶液，81.0mmol)，加毕回流3h，然后冷却到0℃，将反应液缓慢加入DMF(19.0mL，203mmol)中，常温搅拌2h，然后倒入水(300mL)中淬灭，分离有机相，水相用乙酸乙酯萃取2次，合并有机相，无水硫酸钠干燥，旋干溶剂，得到淡黄色固体(3-(3-醛基-2-甲基-6-甲硫基苯基)-4,5-二氢异恶唑)13.82g(87％)。
(6)化合物Ⅶ的合成
在250mL的三口烧瓶内分别加入步骤(5)制备获得的3-(3-醛基-2-甲基-6-甲硫基苯基)-4,5-二氢异恶唑(11.3g，48mmol)和100mL冰醋酸。混合均匀，然后缓慢加入30％的双氧水溶液(27.2g，240mmol)在30℃反应30小时，反应完毕倒入冰水中淬灭。然后用二氯乙烷萃取3次，有机相用无水硫酸钠干燥，，脱去有机溶剂得到化合物Ⅶ(3-(4,5-二羟基异恶唑-3-基)-2-甲基-4-甲砜基苯甲酸)10.2g(收率75％)。
(7)化合物Ⅷ的合成
在250mL的三口烧瓶内分别加入步骤(6)制备获得的3-(4,5-二羟基异恶唑-3-基)-2-甲基-4-甲砜基苯甲酸(11.3g,40mmol)、100mL干甲苯、0.5mL吡啶和二氯亚砜(9.44g，80mmol)，加热回流3h，冷却，减压蒸去溶剂，得到的残余物溶于50ml无水二氧六环中，滴加到1-甲基-5-羟基吡唑(4.7g，48mmol)的50mL二氧六环中，再滴加3g三乙胺，滴加完毕，室温反应3h。待反应结束，加100mL水，用12％稀盐酸调节PH至3-4，二氯乙烷萃取，有机相依次用饱和食盐水、饱和碳酸钠和清水洗涤，无水硫酸钠干燥，负压脱去溶剂，得到白色晶体(苯唑草酮)11.7g(收率80.5％)。
以上为本发明一种详细的实施方式和具体的操作过程，是以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。
Claims (8)
1.一种改进制备苯唑草酮的方法，该方法以化合物Ⅰ3-硝基邻二甲苯为起始原料，其特征在于，经过肟化反应合成中间体Ⅱ，再经过高压乙烯关环合成化合物Ⅲ，然后通过钯炭催化还原合成化合物Ⅳ，接着重氮化接甲硫基合成化合物Ⅴ，然后与正丁基锂反应合成苯醛化合物Ⅵ，然后经过氧化反应合成化合物Ⅶ，最后与1-甲基-5羟基吡唑缩合重排得到苯唑草酮，反应通式如下：
由化合物Ⅴ合成化合物Ⅵ的步骤包括：在-78℃-0℃下，将化合物Ⅴ与TMEDA混合均匀，在有机溶剂反应体系、惰性气体保护下加入正丁基锂拔氢，然后加热回流，回流完毕冷却加入DMF或DMAC，常温下搅拌，接着用水淬灭，乙酸乙酯萃取，最后从乙酸乙酯中收集化合物Ⅵ；
由化合物Ⅵ合成化合物Ⅶ的步骤包括：在室温下将化合物Ⅵ与冰醋酸混合均匀，然后缓慢加入双氧水溶液反应，反应完毕倒入冰水中淬灭，最后用二氯乙烷萃取，脱去有机溶剂后得到化合物Ⅶ。
2.根据权利要求1所述的一种改进制备苯唑草酮的方法，其特征在于，所述加热回流时间为3-12h，常温下搅拌时间为2-5h。
3.根据权利要求1所述的一种改进制备苯唑草酮的方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙酸乙酯、四氢呋喃或二氧六环。
4.根据权利要求1所述的一种改进制备苯唑草酮的方法，其特征在于，化合物Ⅴ与TMEDA的摩尔比为1:2.0-3.0；化合物Ⅴ与有机溶剂的质量体积比为0.1-0.5g/mL；化合物Ⅴ与正丁基锂的摩尔比为1：1.2-1.5；化合物Ⅴ与DMF或DMAC的摩尔比为1：2.5-4.0。
5.根据权利要求1所述的一种改进制备苯唑草酮的方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氩气。
6.根据权利要求1所述的一种改进制备苯唑草酮的方法，其特征在于，所述正丁基锂为浓度为2.5mol/L的正丁基锂的正己烷溶液。
7.根据权利要求1所述的一种改进制备苯唑草酮的方法，其特征在于，所述缓慢加入双氧水溶液进行反应的温度为10℃-50℃，时间为5-30h。
8.根据权利要求1所述的一种改进制备苯唑草酮的方法，其特征在于，所述化合物Ⅵ与冰醋酸的质量体积比为0.5-1.0g/mL；化合物Ⅵ与双氧水的摩尔比为1：5-15；双氧水的浓度为10％-30％。
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