CN108264492B - 一种氧二氮杂环化合物的制备工艺及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧二氮杂环化合物的制备工艺及应用。该工艺以N,N’‑二酰基氧二氮杂环化合物为原料，通过与碱在非极性溶剂中反应得氧二氮杂环化合物，后者经过进一步的反应，可转化为除草剂如唑啉草酯。与现有技术相比，该工艺具有收率高、操作方便，三废少等优势，有利于工业化生产。

Description

一种氧二氮杂环化合物的制备工艺及应用
技术领域
本发明属于有机氮氧杂环合成领域，具体涉及一种氧二氮杂环化合物的制备工艺及其应用。
背景技术
有机氮氧杂环化合物是一类重要的合成中间体。例如[1,4,5]-氧二氮杂䓬䓬是合成除草剂唑啉草酯的重要中间体(WO99047525)。
WO99047525公开了一种由N,N’-二叔丁氧羰基-[1,4,5]-氧二氮杂䓬与氢溴酸在乙醚中反应来制备[1,4,5]-氧二氮杂䓬氢溴酸盐的工艺。该工艺所用的保护基团原料Boc2O价格昂贵，保护基团分子量大、脱保护时产生大量的废料，使用的氢溴酸对设备腐蚀严重，使用的溶剂乙醚闪点低、存在安全隐患。不仅如此，该工艺反应时间长(48h)、效率低，产物[1,4,5]-氧二氮杂䓬氢溴酸盐容易吸潮、热稳定性差。
WO02051853公开了由N,N’-二酰基-[1,4,5]-氧二氮杂䓬与氢卤素酸反应制备[1,4,5]-氧二氮杂䓬氢卤酸盐的工艺。该工艺虽然解决了上述Boc2O保护基团价格昂贵，分子量大、脱保护时废料多的问题，但是其它问题如反应周期长，溶剂使用量大，产物[1,4,5]-氧二氮杂䓬氢卤酸盐吸潮、热稳定性差，设备腐蚀性等仍然存在(WO2006045587)。
WO2006045587公开了由N,N’-二酰基-[1,4,5]-氧二氮杂䓬与无机碱如氢氧化钾在极性溶剂中反应制备[1,4,5]-氧二氮杂䓬的工艺。该工艺解决了上述工艺中使用氢卤酸所引起的种种问题。但该工艺只有在以水为溶剂时才能取得较高的收率(65-90％)。同时需要使用大量的有机盐，产生大量废固。除此以外由于产物[1,4,5]-氧二氮杂䓬在水中溶解性极好，导致产物分离困难，需要经过多次萃取分离，既增加了生产成本，又产生大量废液。
无机碱如氢氧化钾在非极性溶剂如甲苯、二甲苯等中的溶解度极小。由于低溶解度的原因，在本领域的技术人员不会使用这样的组合来直接进行酰胺类化合物的水解反应。尽管如此，本发明技术人员经过大量思考和实验探索，惊奇地发现N,N’-二酰基氧二氮杂环化合物与碱在非极性溶剂中不仅能够直接发生反应，并且收率极高。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明所提供制备氧二氮杂环化合物的新工艺，以N,N’-二酰基氧二氮杂环化合物(1)为原料，通过与碱在非极性溶剂中反应得到氧二氮杂环化合物(2)。
所述的化合物(1)的结构式如下所示：
Figure BDA0001199465850000021
其中，所述的R1、R2、R3和R4彼此独立地为氢，C1-C10烷基，C6-C12芳基或含有1-2个氮、氧、硫原子的杂芳基；
m和n彼此独立地为1或2。
所述的化合物(2)的结构是如下所示：
Figure BDA0001199465850000022
其中，所述的R3和R4彼此独立地为氢，C1-C10烷基，C6-C12芳基或含有1-2个氮、氧、硫原子的杂芳基；
m和n彼此独立地为1或2。
所述的碱包括碱金属或碱土金属的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、醇化物中的一种或多种混合物，优选为碱金属氢氧化物，进一步优选为氢氧化钾。碱的用量与化合物(1)的摩尔比为2-4：1。
所述的非极性溶剂包括苯、氯苯等芳烃和取代芳烃，乙二醇二甲醚等醚类，己烷等烷烃中的一种或多种混合物，优选为芳烃、取代芳烃类溶剂，进一步优选为甲苯、二甲苯。
所述反应可以在0～200℃的温度范围内进行，优选为100～130℃。
所述反应可以在相转移催化剂的存在下进行。所述的相转移催化剂包括季铵盐类，季磷盐类，18-冠-6等环状冠醚类化合物，优选为季铵盐类，进一步优选为四丁基氯化铵、四丁基溴化铵。
本发明的另一方面是由上述工艺技术方案所制备的氧二氮杂环类化合物在有机合成如除草剂合成中的应用。具体地，由上述技术方案所制备的[1,4,5]-氧二氮杂䓬在非极性溶剂中的溶液不需经过纯化就直接用于除草剂如唑啉草酯的制备，从而简化整个工艺流程，减少三废，降低成本，有利于工业化生产。
本发明提供的制备氧二氮杂环类化合物的新工艺技术方案及其应用与现有技术相比，具有以下特殊优点：(1)本发明收率普遍高于90％；(2)反应不需要使用大量的无机盐，减少了废固；(3)反应后处理简便，副产物盐在非极性溶剂中不溶，可以通过简单的过滤操作除去；(4)反应使用非极性溶剂，产物不需要经过水相萃取分离，减少了废液；(5)反应得到产物在非极性溶剂中的溶液不需经过纯化就可直接用于除草剂如唑啉草酯的合成，从而进一步简化整个工艺流程，减少三废，降低成本，有利于工业化生产。
具体实施方式
下面的实施例进一步举例说明了本发明的一些特征，但本发明所申请保护的内容和范围并不受下述实施例的限制。
本发明使用的式(1)的化合物可以通过已知方法制备(WO 03/051853，WO1999/047525)。
实施例一：[1,4,5]-氧二氮杂䓬的合成
将原料N,N’-二乙酰基[1,4,5]-氧二氮杂䓬93.1g(0.50mol)加入甲苯中，加入氢氧化钾63.1g(1.13mol)。升温回流3h，反应完全，冷却到室温，过滤得到[1,4,5]-氧二氮杂䓬的甲苯溶液。GC分析其中含有产物48.4g(收率95％)。
实施例二：[1,4,5]-氧二氮杂䓬的合成
将原料N,N’-二乙酰基[1,4,5]-氧二氮杂䓬111.7g(0.60mol)加入甲苯中，加入四丁基溴化铵12.9g(0.03mol)，氢氧化钾67.3g(1.20mol)。升温回流3h，反应完全，冷却到室温，过滤得到[1,4,5]-氧二氮杂䓬的甲苯溶液。GC分析其中含有产物55.7g(收率91％)。
实施例三：[1,4,5]-氧二氮杂䓬的合成
将原料N,N’-二乙酰基[1,4,5]-氧二氮杂䓬46.5g(0.25mol)加入800mL二甲苯中，加入四丁基氯化铵2.7g(0.01mol)，氢氧化钾56.1g(1.00mol)。升温到130℃反应，反应完全，冷却到室温，过滤得到[1,4,5]-氧二氮杂䓬的二甲苯溶液。GC分析其中含有产物24.0g(收率94％)。
实施例四：[1,4,5]-氧二氮杂䓬的合成
将原料N,N’-二乙酰基[1,4,5]-氧二氮杂䓬74.5g(0.40mol)加入甲苯中，加入氢氧化钠40.0g(1.00mol)。升温回流，反应完全，冷却到室温，过滤得到[1,4,5]-氧二氮杂䓬的甲苯溶液。GC分析其中含有产物33.9g(收率83％)。
实施例五：[1,4,5]-氧二氮杂䓬的合成
将原料N,N’-二苯甲酰基[1,4,5]-氧二氮杂䓬217.2g(0.70mol)加入甲苯中，加入氢氧化钾88.4g(1.40mol)。升温回流，反应完全，冷却到室温，过滤得到[1,4,5]-氧二氮杂环的甲苯溶液。GC分析其中含有产物65.0g(收率91％)。
实施例六：[1,4,5]-氧二氮杂䓬的合成
将原料N,N’-二乙酰基[1,4,5]-氧二氮杂䓬55.9g(0.30mol)加入二甲苯中，加入氢氧化钾33.7g(0.60mol)。升温到130℃反应，反应完全，冷却到室温，过滤得到[1,4,5]-氧二氮杂䓬的二甲苯溶液。GC分析其中含有产物29.4g(收率96％)。实施例七：8-(2,6-二乙基-4-甲基苯基)四氢吡唑并[1,2-d][1,4,5]氧杂二氮杂䓬-7,9-二酮的合成
向实施例三中制备的[1,4,5]-氧二氮杂䓬的二甲苯溶液中依次加入2-(2,6-二乙基-4-甲基苯基)丙二酰胺49.7g(0.20mol)，三乙胺30.4g(0.30mol)。将反应液升温回流反应。待反应完全后，冷却到室温，反应液依次用1N盐酸、水洗涤，干燥，浓缩得到固体8-(2,6-二乙基-4-甲基苯基)四氢吡唑并[1,2-d][1,4,5]氧杂二氮杂䓬-7,9-二酮56.9g，收率90％。
实施例八：唑啉草酯的合成
将实施例七中制备的8-(2,6-二乙基-4-甲基苯基)四氢吡唑并[1,2-d][1,4,5]氧杂二氮杂䓬-7,9-二酮31.6g(0.10mol)，4-二甲基氨基吡啶0.2g(0.002mol)和三乙胺20.2g(0.20mol)溶解在300mL四氢呋喃中，降温，然后滴加新戊酰氯15.7g(0.13mol)。滴加完毕后室温反应。待反应完全后，将反应混合物倒入饱和氯化钠水溶液中并用甲基叔丁基醚萃取。有机相干燥，浓缩结晶得到产物唑啉草酯34.0g。1H NMR(CDCl3,500MHz,TMS):δ8.88(s,2H),4.28-4.26(m,2H),3.94-3.93(m,2H),3.89-3.83(m,4H),2.56-2.47(m,2H),2.45-2.40(m,2H),2.39(s, 3H),1.12(t,J＝9.0Hz,3H),1.23(s,9H)。
实施例九：唑啉草酯的合成
向实施例六中制备的[1,4,5]-氧二氮杂䓬的二甲苯溶液中依次加入2-(2,6-二乙基-4-甲基苯基)丙二酰胺59.6g(0.24mol)，三乙胺43.7g(0.43mol)。将反应液升温回流反应。待反应结束后，降温，加入新戊酰氯52.1g(0.43mol)，室温反应，反应完全后用1N盐酸洗涤，乙酸乙酯萃取。合并有机相，干燥，浓缩结晶得到产物唑啉草酯67.3g。

Claims (7)

1.一种制备氧二氮杂环化合物的工艺，其特征在于，N,N’-二酰基氧二氮杂环化合物(1)与碱，在非极性溶剂中，反应得到氧二氮杂环化合物(2)，用反应式表示如下：
Figure FDA0002265137480000011
其中，R1、R2、R3和R4彼此独立地为氢、C1-C6烷基、C6-C12芳基或含有1个或2个选自氮、氧、硫原子的杂芳基；
m和n彼此独立地为1或2；
所述碱为氢氧化钾；
所述反应温度为100-130℃；
所述的非极性溶剂为甲苯、二甲苯。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，R1和R2彼此独立地为C1-C3烷基、C6-C12芳基，R3和R4为氢，m和n为2。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，R1和R2为甲基、苯基。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，碱的用量与化合物(1)的摩尔比为2-4：1。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的反应在相转移催化剂的存在下进行。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述的相转移催化剂为季铵盐、季磷盐或环状冠醚类化合物。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述的相转移催化剂为四丁基氯化铵或四丁基溴化铵。
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