CN112824393A - 一种3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法 - Google Patents

一种3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种3,4‑二甲基吡唑‑5‑甲酸酯类化合物的制备方法。该方法以2‑丁酮与草酸二酯为原料,在有机环状仲胺催化剂催化下高收率、高区域选择性地制备3‑甲基乙酰丙酮酸酯化合物,3‑甲基乙酰丙酮酸酯化合物再与肼反应,高收率制备3,4‑二甲基吡唑‑5‑甲酸酯类化合物。该制备方法以吡咯啉、哌啶、吗啡啉等有机含氮环状仲胺化合物为催化剂,以甲醇、乙醇等醇类为溶剂进行反应。本发明具有反应条件相对温和、操作简便、区域选择性高、收率高等特点,合成的3,4‑二甲基吡唑‑5‑甲酸酯类化合物可用于制备腈吡螨酯类杀螨剂。

Description

一种3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法
技术领域
本发明属于有机合成领域,具体涉及一种3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法。
背景技术
杂环化合物的高效、高选择性构建是有机合成化学研究的前沿和挑战性领域之一。3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物作为一类重要的杂环化合物,在农药、医药、材料等的合成中具有广泛用途,特别是3,4-二甲基吡唑-5-甲酸乙酯或1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸乙酯,是合成新型杀螨剂腈吡螨酯的原料,因而其合成受到广泛的关注。传统制备1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸乙酯的方法以丙酮和草酸二乙酯为原料,需通过Claisen缩合、与水合肼环化、N-甲基化制备、4-位氯甲基化、Pd/C脱氯等5步反应[(a)D.Huang,M.Huang,A.Liu,X.Liu,W.Liu,X.Chen,H.Xue,J.Sun,D.Yin,X.Wang,Design,Synthesis,and AcaricidalActivities of Novel Pyrazole Acrylonitrile Compounds.J.HeterocyclicChem.2017,54,1121;(b)A.Kamal,A.B.Shaik,S.Polepalli,V.S.Reddy,G.B.Kumar,S.Gupta,K.V.S.R.Krishna,A.Nagabhushana,R.K.Mishra,N.Jain,Pyrazole-oxadiazoleconjugates:synthesis,antiproliferative activity and inhibition oftubulin.Org.Biomol.Chem.2014,12,7993;(c)陈小阳,刘兴平,李谦和,曹丽丹,高德良,刘民华,孙炯,柳爱平,腈吡螨酯及其异构体的合成与生物活性研究.精细化工中间体2014,44,17]。这一制备反应步骤多、操作繁琐、生产成本高,限制了其在工业生产中的大规模应用。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种首先由有机环状仲胺催化剂催化2-丁酮与草酸二酯反应高区域选择性制备3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物,然后再与肼进行缩合环化反应高收率制备3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的方法。本申请采用有机环状仲胺为催化剂,以2-丁酮、草酸二酯和肼为反应原料,在温和条件下通过两步反应,高收率、高区域选择性制备3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物,为3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物,特别是1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物提供了一条操作简单、具有工业应用前景的高收率、高区域选择性的合成新路线。该反应以商用廉价有机环状仲胺为催化剂,在甲醇、乙醇等醇类溶剂中进行。
具体步骤为:
(1)将2-丁酮与草酸二酯溶于醇反应介质中得到混合溶液,然后将该溶液在氮气保护下加入有机环状仲胺催化剂,回流温度下搅拌反应不少于12小时;反应完毕,减压浓缩至基本无溶剂,水洗,乙酸乙酯抽提,干燥,浓缩,得到3-甲基乙酰丙酮酸酯粗产物,该粗产物可以不经纯化直接用于后续环化反应,也可经减压蒸馏纯化用于后续环化反应;
(2)3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物溶于醇类反应介质中,反应温度保持在-10~0℃,搅拌下滴加水合肼或肼的醇溶液,滴毕,保温反应0.5-12小时,脱去溶剂,残留物减压蒸馏得3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物。
所述3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物I具有以下结构:
Figure BDA0002282534360000021
式中:R1、R2为H、C1-C40的烷基、C3-C12的环烷基、带有取代基的C3-C12环烷基、苯基、取代苯基、苄基、取代苄基中的一种或两种;上述C3-C12环烷基上的取代基、苯基上的取代基和苄基上的取代基为C1-C40烷基、C1-C40的烷氧基、卤素、硝基、酯基或氰基中的一种或两种以上。
所述3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物II具有以下结构:
Figure BDA0002282534360000031
式中:R1与上述结构式I中R1为等效基团。
所述草酸二酯III具有以下结构:
Figure BDA0002282534360000032
式中:R1与上述结构式I中R1为等效基团。
所述2-丁酮IV具有以下结构:
Figure BDA0002282534360000033
所述肼V具有以下结构:
Figure BDA0002282534360000034
式中:R2与上述结构式I中R2为等效基团。
所述有机环状仲胺催化剂具有以下结构特征:
Figure BDA0002282534360000035
式中:X为C-C单键、O、NR3、S、CH2、CH2CH2等,前述R3为H、C1-C40的烷基、C3-C12的环烷基、带有取代基的C3-C12环烷基、苯基、取代苯基、苄基、取代苄基;有机环状仲胺催化剂优选为以下结构:
Figure BDA0002282534360000041
所述反应介质为甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、叔丁醇等醇类质子性溶剂中的一种或两种以上;优选为甲醇、乙醇。
所述步骤(1)催化反应条件优选为:温度为反应介质回流温度;反应介质为乙醇;压力为常压;时间为24小时。
所述步骤(1)中所述有机环状仲胺催化剂与2-丁酮的摩尔比为0.001-1:1;
所述步骤(1)2-丁酮与草酸二酯化合物的摩尔比为0.1-10:1;
所述步骤(2)中所述3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物与肼的摩尔比为0.5-2:1;
所述步骤(2)反应条件优选为:温度为-5℃;滴加时间为1小时;压力为常压;时间为2小时。
本发明的反应方程式为:
Figure BDA0002282534360000042
所制备的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物可用于腈吡螨酯类杀螨剂的合成。
本发明具有以下优点:
1、起始原料廉价易得,反应步骤短,操作简便;
2、催化剂廉价易得,用量少;
3、反应活性好、区域选择性高,反应条件易实现;
4、底物适用范围广,对于所述的各类肼化合物都能进行环加成反应并得到理想效果。
5、本发明能为3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物提供一条操作简单、高收率、高区域选择性的合成新路线。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例1制备的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸乙酯类化合物I-1的核磁共振氢谱;
图2为实施例4制备的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸甲酯类化合物I-2的核磁共振氢谱;
图3为实施例5制备的1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸乙酯类化合物I-3的核磁共振氢谱。
图4为实施例6制备的1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸甲酯类化合物I-4的核磁共振氢谱。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明,但并不因此而限制本发明。核磁共振是通过Bruker 400核磁共振仪测定。
实施例1
以草酸二乙酯和水合肼为原料制备3,4-二甲基吡唑-5-甲酸乙酯类化合物I-1。
Figure BDA0002282534360000061
在配有温度计、磁力搅拌和恒压滴液漏斗的100mL三口烧瓶中,加入0.21g(3mmol)吡咯啉Cat-1和50mL乙醇,室温条件下,于1.0小时内自恒压滴液漏斗滴入2.16g(30mmol)2-丁酮IV和4.6g(32mol)草酸二乙酯III-1的混合溶液,滴加完毕后,将反应液升温至回流状态,继续反应12h。脱去挥发性成分,乙酸乙酯萃取(50mL×2),水洗2次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩得3-甲基乙酰丙酮酸乙酯II-1粗产品,不经纯化,直接用于下步合成。
在配有温度计、磁力搅拌和恒压滴液漏斗的100mL三口烧瓶中,将5.16g(30mmol)3-甲基乙酰丙酮酸乙酯II-1粗产品溶于50mL乙醇中,-5℃温度下,于1.5h内滴加2.35g(37.5mmol)80%水合肼V-1,滴加完毕后,继续保温反应1h。减压脱溶,乙酸乙酯萃取(250mL×2),水洗2次,无水硫酸钠干燥,脱去溶剂,残留物减压蒸馏纯化得4.60g 3,4-二甲基吡唑-5-甲酸甲酯,收率91%。产物I-的核磁共振氢谱如图1所示:1H NMR(400MHz,CDCl3)δ1.38(t,J=7.1Hz,3H),2.24(s,3H),2.30(s,3H),4.35-4.40(q,J=7.2Hz,2H).
Cat-1、III-1、IV、V-1的结构式如下:
Figure BDA0002282534360000062
实施例2
将实施例1中的有机催化剂Cat-1用哌啶Cat-2代替,其余同实施例1。反应得到化合物I-1,78%收率。
Cat-2的结构式如下:
Figure BDA0002282534360000071
实施例3
将实施例1中有机催化剂Cat-1用吗啡啉Cat-3代替,其余同实施例1。得到化合物I-1,85%收率。
Cat-3的结构式如下:
Figure BDA0002282534360000072
实施例4
将实施例1中草酸二乙酯III-1用草酸二甲酯III-2代替,其余同实施例1,得到化合物3,4-二甲基吡唑-5-甲酸甲酯类化合物I-2,84%收率。产物IV-2的核磁共振氢谱如图2所示:1H NMR(400MHz,CDCl3)δ2.22(s,3H),2.25(s,3H),3.90(s,3H).
III-2,I-2的结构式如下:
Figure BDA0002282534360000073
实施例5
将实施例1中的水合肼V-1替换为N-甲基肼V-2,其余同实施例1,得到1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸乙酯类化合物I-3,89%收率。产物I-3的核磁共振氢谱如图3所示:1H NMR(400MHz,CDCl3)δ1.39(t,J=7.2Hz,3H),2.18(s,3H),2.19(s,3H),4.07(s,3H),4.33-4.38(q,J=7.2Hz,2H).
I-3、V-2的结构式如下:
Figure BDA0002282534360000081
实施例6
将实施例1中的水合肼V-1替换为N-甲基肼V-2,草酸二乙酯III-1用草酸二甲酯III-2代替,其余同实施例1,得到1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸甲酯类化合物I-4,91%收率。产物I-4的核磁共振氢谱如图4所示:1H NMR(400MHz,CDCl3)δ1.39(t,J=7.2Hz,3H),2.18(s,3H),2.19(s,3H),4.07(s,3H),4.33-4.38(q,J=7.2Hz,2H).
I-4、III-2、V-2的结构式如下:
Figure BDA0002282534360000082

Claims (10)

1.一种3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法,其特征在于:该方法首先采用有机环状仲胺催化剂催化2-丁酮与草酸二酯间的高区域选择性反应制备3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物,然后3-甲基乙酰丙酮酸酯与肼进行缩合环化反应,高收率制备3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物。
2.根据权利要求1所述的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法,其特征在于:该方法的具体步骤为:
(1)将2-丁酮与草酸二酯溶于醇类反应介质中得到混合溶液,然后将该混合溶液在氮气保护下加入有机环状仲胺催化剂,回流温度下搅拌反应不少于12小时;反应完毕,减压浓缩至基本无溶剂,水洗,乙酸乙酯抽提,干燥,浓缩,得到3-甲基乙酰丙酮酸酯粗产物,该粗产物可以不经纯化直接用于后续环化反应,也可经减压蒸馏纯化用于后续环化反应;
(2)3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物溶于醇类反应介质中,反应温度保持在-10~0℃,搅拌下滴加水合肼或肼的醇溶液,滴毕,保温反应0.5-12小时,脱去溶剂,残留物减压蒸馏得3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物;
上述步骤(1)中所述有机环状仲胺催化剂与2-丁酮的摩尔比为0.001-1:1;
所述2-丁酮与草酸二酯化合物的摩尔比为0.1-10:1;
上述步骤(2)中所述3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物与肼的摩尔比为0.5-2:1。
3.根据权利要求1或2所述的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法,其特征在于:
所述3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物,具有以下结构:
Figure FDA0002282534350000011
式中:R1、R2为H、C1-C40的烷基、C3-C12的环烷基、带有取代基的C3-C12环烷基、苯基、取代苯基、苄基、取代苄基中的一种或两种;上述C3-C12环烷基上的取代基、苯基上的取代基和苄基上的取代基为C1-C40烷基、C1-C40的烷氧基、卤素、硝基、酯基或氰基中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1或2所述的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法,其特征在于:
3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物II具有以下结构:
Figure FDA0002282534350000021
式中:R1为H、C1-C40的烷基、C3-C12的环烷基、带有取代基的C3-C12环烷基、苯基、取代苯基、苄基、取代苄基中的一种或两种;上述C3-C12环烷基上的取代基、苯基上的取代基和苄基上的取代基为C1-C40烷基、C1-C40的烷氧基、卤素、硝基、酯基或氰基中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1或2所述的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法,其特征在于:
所述草酸二酯III具有以下结构:
Figure FDA0002282534350000022
式中:R1为H、C1-C40的烷基、C3-C12的环烷基、带有取代基的C3-C12环烷基、苯基、取代苯基、苄基、取代苄基中的一种或两种;上述C3-C12环烷基上的取代基、苯基上的取代基和苄基上的取代基为C1-C40烷基、C1-C40的烷氧基、卤素、硝基、酯基或氰基中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1或2所述的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法,其特征在于:
所述2-丁酮IV具有以下结构:
Figure FDA0002282534350000031
7.根据权利要求1或2所述的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法,其特征在于:
所述肼V具有以下结构:
Figure FDA0002282534350000032
式中:R2为H、C1-C40的烷基、C3-C12的环烷基、带有取代基的C3-C12环烷基、苯基、取代苯基、苄基、取代苄基中的一种或两种;上述C3-C12环烷基上的取代基、苯基上的取代基和苄基上的取代基为C1-C40烷基、C1-C40的烷氧基、卤素、硝基、酯基或氰基中的一种或两种以上。
8.根据权利要求1或2所述的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法,其特征在于:
所述有机环状仲胺催化剂Cat具有以下结构特征:
Figure FDA0002282534350000033
式中:X为C-C单键、O、NR3、S、CH2、CH2CH2等,其中,R3为H、C1-C40的烷基、C3-C12的环烷基、带有取代基的C3-C12环烷基、苯基、取代苯基、苄基、取代苄基。
9.根据权利要求2所述的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法,其特征在于:
所述反应介质为甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、叔丁醇等醇类质子性溶剂。
10.一种如权利要求1-9任一所述方法制备的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的应用,其特征在于:所制备的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物可用于腈吡螨酯类杀螨剂的合成。
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