CN109563027A - 氟代烷基腈和相应的氟代烷基四唑的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过使氟化羧酰胺与三氯化磷(PCl3)或三氯氧化磷(POCl3)在碱的存在下反应来制备氟代烷基腈和相应的氟代烷基四唑的方法。

Description

氟代烷基腈和相应的氟代烷基四唑的制备方法
本发明涉及一种从氟代烷基羧酰胺起始制备氟代烷基腈和相应的氟代烷基四唑的方法。
氟代烷基腈和相应的氟代烷基四唑是制备农用化学活性成分的重要中间体。
Grunewald等人(J.Med.Chem.2006,49,2939-2952)以及Swarts(Bulletin desSociétés Chimiques Belges,1922,卷31,364-365)记载了从二氟乙酰胺和五氧化二磷起始制备二氟乙腈。在这种情况下，加热两种固体，并将挥发性的腈在-78℃下冷凝。然而，残留在反应容器中的固体反应残余物难以除去。
Parker在Synthetic Communications(卷34,2004,第903–907页)和EP 729940A2中记载了通过使相应的酰胺与三氟乙酸酐在吡啶中反应来制备氟化腈。该方法的缺点是使用昂贵的三氟乙酸酐，其必须以化学计量使用。
CN 102746190A(2012)记载了通过多磷酸/磷酸催化剂体系由酰胺来制备三氟乙腈。
CN 103804231A(2014)公开了在四氯化碳中通过添加三氟乙酸酐由酰胺来制备三氟乙腈。
WO 2010/142377A1记载了通过使氟化羧酰胺与酰卤和氟化羧酸反应来制备氟代烷基腈。
使用酰卤作为脱水剂的问题是形成副产物如卤化氢。由于经常使氟代烷基腈与例如叠氮化钠和乙腈反应以产生相应的氟代烷基四唑(还参见Radies，Journal of FluorineChemistry(2008,129,1199-1205))，因此通过使相应的卤化氢与叠氮化钠反应形成不稳定的且极易爆炸的叠氮化氢(HN3)是可能的，但实际上绝对不是所期望的。
Jones在Journal of Organic Chemistry(1943,65,1458)中记载了通过五氧化二磷使三氟乙酰胺脱水。上述所有方法的特征在于：需要特殊的设备、非常高的温度和昂贵且危险的试剂；只有通过复杂的分离才能将所需产物从产物混合物中分离出来。
除了其他脱水剂外，DE 69428783T2还公开了适合用于制备腈类化合物的三氯氧化磷(POCl3)。然而，其中没有记载氟化衍生物。
从现有技术出发，本发明的目的是提供一种尽可能安全的制备氟代烷基腈和可由其获得的氟代烷基四唑的方法(即，例如完全避免形成HN3)，其优选以简单并且具有成本效益的方式进行。在这种情况下，通过该期望的方法应当优选以高收率和高纯度获得氟代烷基腈和氟代烷基四唑。特别地，期望的方法应当使得能够获得期望的目标化合物，而无需复杂的纯化方法。
本发明的目的通过一种制备通式(I)的氟代烷基腈的方法实现，
其中
X1和X2相互独立地为氟、氯、氢或甲基，
其特征在于
使式(II)的氟化羧酰胺与三氯化磷(PCl3)和/或三氯氧化磷(POCl3)在碱的存在下反应，
其中X1和X2如上所定义。
X1和X2优选各自独立地为氟。
在本发明一个优选的实施方案中，在根据上述方法进行制备之后，使通式(I)的氟代烷基腈直接与叠氮化钠在溶剂的存在下反应，产生相应的通式(III)的氟代烷基四唑，
其中X1和X2如上所定义。
用于该步骤的叠氮化钠的量应当足够大，使得可在工业上可行的时间内使腈完全转化。叠氮化钠与通式(I)的氟代烷基腈的摩尔比优选在1和10之间、更优选在1和5之间且特别优选在1和2之间。溶解或悬浮叠氮盐的溶剂的量不是至关重要的。典型的混合物可包含最高达20重量％的叠氮化物。
出人意料地，在根据本发明的条件下，可以高收率和高纯度安全地制备式(I)的氟代烷基腈和由其制备的相应的通式(III)的氟代烷基四唑，这意味着本发明方法不具有在现有技术背景下记载的缺点。
一般定义
在本发明上下文中，除非有不同定义，术语卤素或卤化物包括选自以下的元素：氟、氯、溴和碘，优选使用氟、氯和溴，并且特别优选使用氟和氯。
任选被取代的基团可以是单取代或多取代的，其中在多取代的情况下，取代基可以相同或不同。
三氯化磷(PCl3)和/或三氯氧化磷(POCl3)
为制备通式(I)的氟代烷基腈，尤其优选使用三氯化磷(PCl3)和/或(优选地或)三氯氧化磷(POCl3)。
三氯化磷(PCl3)或三氯氧化磷(POCl3)与使用的通式(II)的氟代烷基酰胺的摩尔比可以为例如0.05至1、优选0.5至0.9。使用更大量(摩尔比大于1)的三氯化磷(PCl3)或三氯氧化磷(POCl3)不是至关重要的，但不经济。
碱
根据本发明制备通式(I)的氟代烷基腈的方法在碱的存在下进行。例如，吡啶或取代的吡啶和取代的或未取代的喹啉适合用作碱。优选使用吡啶或取代的吡啶和取代的或未取代的喹啉。特别优选的碱的实例是吡啶、甲基吡啶、喹啉、喹哪啶和卤代吡啶。非常特别优选使用3-甲基吡啶。
碱与使用的通式(II)的氟代烷基酰胺的摩尔比可为例如1至10、特别优选3至6。
使用更大量的碱不是至关重要的，但不经济。
制备通式(I)的化合物的反应或者随后制备通式(III)的化合物的反应一般可在减压、标准压力或高压下进行。施加的温度也可根据使用的基材而变化，并可由本领域技术人员通过常规试验容易地确定。例如，制备通式(I)的化合物的反应可在-50℃至250℃、优选0℃至170℃的温度下进行。反应特别优选在10℃至140℃的温度下进行。
根据本发明使用的式(II)的氟代烷基酰胺是市售可得的或可通过从文献(WO 03/080563)中获知的方法容易地制备。
溶剂
式(II)的氟代烷基酰胺反应以产生式(I)的化合物可任选地在溶剂的存在下进行。在反应中优选省略另外的溶剂。
式(I)的氟代烷基腈反应以产生式(III)的化合物在溶剂的存在下进行。对于该反应，优选使用非质子极性溶剂，例如，酮如丙酮，内酯如γ-丁内酯，内酰胺如N-甲基-2-吡咯烷酮，腈如乙腈，硝基化合物如硝基甲烷，叔羧酰胺如二甲基甲酰胺，脲衍生物如四甲基脲或二甲基丙烯基脲(DMPU)，亚砜如二甲基亚砜(DMSO)，砜如环丁砜，碳酸酯如碳酸二甲酯或碳酸亚乙酯。特别优选使用丙酮或乙腈作为溶剂。
可例如通过蒸馏将期望的通式(I)的化合物分离出来。
可例如通过过滤将期望的通式(III)的化合物分离出来。
通过以下实施例来详细说明本发明，但是实施例不应以限制本发明的方式来进行解释。
制备实施例
实施例1
将148.3g(1.592mol，3.00当量)的3-甲基吡啶和8.1g(0.053mol；0.10当量)的POCl3的混合物加热至100℃。向该混合物中计量加入57.0g(0.372mol；0.70当量)的POCl3，并且同时计量加入60.0g(0.531mol；1.00当量)的三氟乙酰胺于98.9g(1.062mol；2.00当量)的3-甲基吡啶中的混合物，历时4小时。随后，历时一小时将温度升至125℃。使所得三氟乙腈通过回流冷凝器和装满3-甲基吡啶的洗瓶，并引入到36.2g(0.557mol；1.05当量)的叠氮化钠和320.3g的丙酮的混合物中。在25℃至30℃的温度下进行轻微放热反应。在反应结束时，过滤掉过量的叠氮化钠并用丙酮洗涤。通过在减压下蒸馏丙酮将滤液浓缩至30重量％的三氟甲基四唑Na。理论收率为75％。
实施例2
将150g(1.613mol；3.00当量)的3-甲基吡啶和7.3g(0.053mol；0.10当量)的PCl3的混合物加热至70℃。向该混合物中计量加入51.0g(0.372mol；0.70当量)的PCl3，并且同时计量加入60.0g(0.531mol；1.00当量)的三氟乙酰胺于100g(1.074mol；2.00当量)的3-甲基吡啶中的混合物，历时4小时。随后，历时一小时将温度升至80℃。使所得三氟乙腈通过回流冷凝器和装满3-甲基吡啶的洗瓶，并引入到36.2g(0.557mol；1.05当量)的叠氮化钠和320.0g的丙酮的混合物中。在25℃至30℃的温度下进行轻微放热反应。在反应结束时，过滤掉过量的叠氮化钠并用丙酮洗涤。通过在减压下蒸馏丙酮将滤液浓缩至30重量％的三氟甲基四唑Na。理论收率为63％。

Claims (6)

1.制备通式(I)的氟代烷基腈的方法，
其中
X1和X2相互独立地为氟、氯、氢或甲基，
其特征在于
使式(II)的氟化羧酰胺与三氯化磷(PCl3)和/或三氯氧化磷(POCl3)在碱的存在下反应，
其中X1和X2如上所定义。
2.根据权利要求1所述的方法，其中X1和X2皆为氟。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中卤化磷与使用的通式(II)的氟化烷基酰胺的摩尔比为0.05至1。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中碱选自吡啶、甲基吡啶、喹啉、喹哪啶和卤代吡啶。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中碱与使用的通式(II)的氟化烷基酰胺的摩尔比为1至10。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于
使获得的通式(I)的氟代烷基腈
与叠氮化钠在溶剂的存在下反应，以产生相应的通式(III)的氟代烷基四唑
其中X1和X2如上所定义。
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