CN112979448B - 一种高选择性5-溴-2-氯苯甲酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高选择性制备5‑溴‑2‑氯苯甲酸的新方法，具体涉及一种以二溴代胺基硅胶为溴代试剂、三氟甲磺酸铁为催化、卤代烃为溶剂的5‑溴‑2‑氯苯甲酸的高选择性制备方法。该新方法二溴代胺基硅胶可实现循环利用，6次回收率达98％。工艺环境友好、操作简便、EHS风险低、产品收率高(≥95％)、质量好(≥99.8％)，是适合于工业化生产的工艺，大大地降低了5‑溴‑2‑氯苯甲酸的生产成本，并显著降低了生产过程对环境的污染和对资源的消耗。
Description
技术领域
本发明属于有机合成化学技术领域，涉及一种高选择性5-溴-2-氯苯甲酸的制备方法。更具体地说，本发明涉及一种以溴代胺基硅胶为溴代试剂，三氟甲磺酸铁为催化剂高区域选择性制备5-溴-2-氯苯甲酸的方法。
背景技术
5-溴-2-氯苯甲酸是一类重要的医药化工原料，可用于合成钠-葡萄糖协同转运蛋白2(SGLT-2)抑制剂类糖尿病治疗药物，如达格列净、恩格列净、埃格列净等。SGLT-2抑制剂通过选择性地抑制SGLT-2，减少近端肾小管葡萄糖重吸收，增加尿糖排泄来降低血糖浓度。这种独特的非胰岛素依赖型的作用机制，可以促进体内葡萄糖的“逃逸”，改善禁食和餐后高血糖状况，而不引起体重增加、低血糖症或液体潴留等副作用。所以，SGLT-2 近几年已成为治疗糖尿病的新兴靶点，针对该靶点的治疗药物具有巨大的市场前景。自2013年首个SGLT-2类药物卡格列净上市以来，针对该靶点的药物全球销售额保持强劲的增长势头。据EvaluatePharma预测，到2022 年，针对SGLT-2靶点的药物将凭借132.6亿美元的全球销售额，跻身成为第三大糖尿病治疗药物
5-溴-2-氯苯甲酸作为合成SGLT-2抑制剂类药物通用的前端原料，也有着巨大的市场需求，其合成方法也已有多项现有公开技术。
专利CN2013107242045中公开了以浓硫酸为溶剂和催化剂，溴代丁二酰亚胺(NBS)为溴代试剂，2-氯苯甲酸为原料制备5-溴-2-氯苯甲酸的方法。该方法中溴代的区域选择性较差，副产物3-溴-2-氯苯甲酸的含量较大，5-溴-2-氯苯甲酸的纯度仅99.2％，收率为80.8％，且反应产生大量的废酸，环境污染严重。
专利CN2004100572473中公开了通过5-溴-2-氯三氟甲基苯水解制备 5-溴-2-氯苯甲酸的技术，但该方法中的原料5-溴-2-氯三氟甲基苯价格昂贵，收率低(75.6％)，不具备成本优势，且产品质量差，纯度只有99％。
专利CN2016100977449中公开了以2-氯三氯甲苯为原料合成5-溴-2- 氯苯甲酸的方法。该方法中以溴素、NBS、二溴海因和氢溴酸为溴代试剂，铁盐为催化剂，先进行溴代反应，再经水解反应得目标产物。虽然该制备方法收率较高(95％)，但产品纯度只有80％-92％，大大增加了后续SGLT-2 抑制剂类药物合成的质量风险。且该技术使用了大量强腐蚀性氢溴酸和溴素，环境污染严重。
专利CN2017112395250中公开了以2-氯苯甲酸为原料，在水和乙酸溶剂体系中，以溴化钠和高碘酸为溴代试剂，合成得到5-溴-2-氯苯甲酸，收率不足90％，副产物3-溴-2-氯苯甲酸也含量较大，溴代区域选择性较差，产业化过程中高碘酸安全风险高。
专利CN2018100791133中公开了以水杨酸为原料，先后经过溴代、氯代反应制得5-溴-2-氯苯甲酸。该技术方案中溴代反应采用氧化溴代体系，即采用溴化物和强氧化剂组合的方法进行溴代，氯代反应采用三氯化硼、三氯化磷、四氯化硅等试剂。其溴代和氯代试剂均不友好，且反应路线较长。
专利CN2019101993688中公开了一种高选择性合成5-溴-2-氯苯甲酸的方法，该方法仍然以浓硫酸和NBS为溴代体系，通过还原性的硫盐提高溴代的区域选择性，但工艺过程废盐排放量大。
专利CN2019104692080、CN201910983073X、CN2020104687795和CN2020106192621中公开的5-溴-2-氯苯甲酸的制备方法与上述公开技术相比，也并没有显示出实质性的改善，工艺过程中三废排放量大、收率低、产品纯度不高等缺陷仍未得到彻底解决。
鉴于以上现有制备5-溴-2-氯苯甲酸技术的缺陷，开发更为绿色环保的产业化工艺对于三废减排，降低生产过程中的EHS风险，显得尤为重要。本发明提供一种高选择性制备5-溴-2-氯苯甲酸的新方法，该新方法环境友好、绿色环保、操作简便、EHS风险低、产品收率高、质量好，是适合于工业化生产的工艺，大大地降低了5-溴-2-氯苯甲酸的生产成本，并显著降低了生产过程对环境的污染和对资源的消耗。
发明内容
本发明提供一种高选择性5-溴-2-氯苯甲酸的制备方法，更具体而言，本发明提供了一种由二溴代胺基硅胶为溴代试剂高选择性制备5-溴-2-氯苯甲酸的方法。该工艺绿色环保、三废低、后处理简单、收率高、产品质量好、操作简便，适合于工业化生产。
本发明中所述的一种高选择性5-溴-2-氯苯甲酸的制备方法，包括以下内容：
一种高选择性5-溴-2-氯苯甲酸的制备方法，其特征在于：以2-氯苯甲酸为原料，卤代烃为溶剂体系，三氟甲磺酸铁为催化剂，二溴代胺基硅胶为溴代试剂，制备得到5-溴-2-氯苯甲酸：
本发明中所述的制备方法，其特征在于：2-氯苯甲酸和催化剂三氟甲磺酸铁的摩尔比选自1：0.015～1：0.03。
进一步地，本发明中所述的制备方法，其特征在于：二溴代胺基硅胶是胺基硅胶在二氯甲烷中，与溴素、碳酸钾在回流条件下搅拌5～6小时所得：
本发明中所述的制备方法，其特征在于：2-氯苯甲酸和溴代试剂二溴代胺基硅胶的摩尔比选自1：1.1～1：1.5。
本发明中所述的的制备方法，其特征在于：溶剂卤代烃选自1-氯丁烷、 1-溴丁烷或两者的混合溶剂。
本发明中所述的制备方法，其特征在于：反应在60～70℃条件下搅拌6～12小时。
更进一步地，本发明中所述的制备方法，其特征在于：反应结束后，减压条件下将溶剂卤代烃减压浓缩至干，再加入甲苯加热至70～80℃搅拌2～3小时溶解产物5-溴-2-氯苯甲酸，趁热滤除硅胶，自然降温至0～ 10℃搅拌1～2小时，过滤，干燥，得5-溴-2-氯苯甲酸成品。
本发明中所述的制备方法，其特征在于：二溴代胺基硅胶是胺基硅胶在二氯甲烷中制备，其溴素使用量相对于胺基硅胶的2～2.5摩尔当量，碳酸钾使用量相对于胺基硅胶的2～2.5摩尔当量。
需要说明的是，本发明中所述的制备方法，催化剂为三氟甲磺酸铁，是因为该铁盐在卤代烃中有更好的溶解度，能起到更好的催化效果，是所有常见铁盐中的最优方案。本发明的技术人员发现，其他铁盐对本发明中所述的技术方案均具有一定的催化效果，所以更换铁盐酸根离子的做法对本领域的专业技术人员而言都是显而易见的，都应该被视为包括在本发明之内。
需要进一步说明的是，本发明中所述的制备方法，溴代试剂为二溴代胺基硅胶。该二溴代胺基硅胶是市售的胺基硅胶经溴素处理后所得，在催化剂三氟甲磺酸铁的催化作用下实现溴原子的高区域性转移和取代，得到目标产物5-溴-2-氯苯甲酸。产生该高区域选择性的可能机理是由于卤代胺基硅胶与2-氯苯甲酸的羧基形成氢键，确保了溴原子的转移与取代是在羧基附近区域的C5位。而由于苯环C2位上氯原子的位阻效应，使得胺基硅胶较难通过与羧基氢键的形成将溴原子转移至苯环的C3位。
本发明中所述的制备方法，二溴代胺基硅胶在反应结束后可以通过过滤，回收得到一溴代副产物一溴代胺基硅胶，该副产物经过溴素活化处理可实现重复循环使用，6次回收利用率可达到98％，大大减少了工艺过程中的三废排放，工艺绿色环保。
更进一步需要进一步说明的是，本发明中所述的制备方法，溴代试剂二溴代胺基硅胶物质的量均以二溴代胺基硅胶的质量除以二溴代胺基硅胶的摩尔质量计算所得。其中，硅胶部分的摩尔质量以二氧化硅的摩尔质量计。所有关于二溴代胺基硅胶的计量均以SiO2+-N+-Br2的摩尔质量计算所得，所有关于胺基硅胶的计量均以SiO2+-NH2的摩尔质量计算所得。
相对于现有技术，本发明中所述的一种高选择性5-溴-2-氯苯甲酸的制备方法，其优势和先进性主要表现在以下几个方面：
(1)本发明中所述的制备方法，区域选择性高，二溴代胺基硅胶能显著提高溴代的区域选择性，目标产物的选择性可达到99％。
(2)本发明中所述的制备方法，产品质量好(纯度：≥99.8％)，产品收率高(≥95％)。
(3)本发明中所述的制备方法，二溴代胺基硅胶能重复回收利用，6次回收利用率达到98％，有效避免了固废的产生，符合绿色化学的特点。
(4)本发明中所述的制备方法，操作简便，未使用浓硫酸、氢溴酸等强腐蚀性化学试剂，大大减少了产业化过程中对设备的腐蚀，并降低了工艺的安全风险。
具体实施方式
下面具体实施例可以使本专业技术人员全面理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
在下列实施例中，除非另有指明，所有温度为摄氏温度；除非另有指明，所述的室温均为20-30℃；除非另有指明，各种起始原料和试剂均来自市售，均不经进一步纯化直接使用；除非另有指明，各种溶剂均为工业级溶剂，不经进一步处理直接使用；除非另有指明，市售厂家包括但不限于西陇化学试剂、国药试剂等。
在下列实施例中，除非另有指明，HPLC的分析均为采用下列条件和方法实施检测：用十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂硅胶柱(Agilent ZORBAX SB-C18，150mm×4.6mm，5μm)，以0.05％的三氟乙酸水溶液为流动相A，以0.05％的三氟乙酸乙腈溶液为流动相B，检测波长为220nm，柱温为40℃。洗脱梯度如下：0～2min，流动相A：流动相B＝85：15；2～ 44min，流动相A：流动相B＝85：15→40：60；44～47min，流动相A：流动相B＝40：60→85：15；48～53min，流动相A：流动相B＝85：15。稀释液：60％乙腈水；样品配制：称取约10mg于20mL容量瓶中，用稀释液稀释并定容至刻度。
实施例1：本发明中所述的二溴代胺基硅胶的制备
100g(1.31mol)胺基硅胶加至2L三颈瓶中，加入500mL二氯甲烷，开启搅拌，再加入363g(2.63mol)K2CO3，搅拌均匀后，加入461g(2.88mol) 溴素，加热至40～45℃回流搅拌5～6小时。过滤，所得固体即二溴代胺基硅胶，常温减压干燥8小时，备用。
实施例2：本发明中所述的技术方案
向1L三颈瓶中分别加入20g 2-氯苯甲酸(0.128mol)、32.9g二溴代胺基硅胶(0.141mol，1.1eq)和0.96g三氟甲磺酸铁(1.9mmol，0.015eq)，再向三颈瓶中加入160mL1-氯丁烷搅拌悬浮，将悬浮物加热至60～70℃搅拌10～12小时。
反应结束后，40～50℃下将1-氯丁烷减压浓缩至干，再加入100mL 甲苯加热至70～80℃搅拌2～3小时溶解产物5-溴-2-氯苯甲酸。趁热滤除硅胶，取少量滤液HPLC分析反应选择性，HPLC结果显示目标产物5- 溴-2-氯苯甲酸99.3％，3-溴-2-氯苯甲酸0.35％。剩余所得滤液自然降温至 0～10℃搅拌1～2小时，过滤，干燥，得29.3g 5-溴-2-氯苯甲酸成品，收率97.2％，HPLC纯度99.9％。m.p.154～156℃；ESI-MS:236.93[M+H]+；1H NMR(DMSO-d6,400MHz)：δ11.9(br s,1H),8.27(s,1H),7.83(d,6.8Hz,1H), 7.55(d,6.8Hz,1H)。
实施例3：本发明中所述的技术方案
向1L三颈瓶中分别加入20g 2-氯苯甲酸(0.128mol)、38.9g二溴代胺基硅胶(0.166mol，1.3eq)和1.3g三氟甲磺酸铁(2.56mmol，0.02eq)，再向三颈瓶中加入160mL1-氯丁烷搅拌悬浮，将悬浮物加热至60～70℃搅拌8～10小时。
反应结束后，40～50℃下将1-氯丁烷减压浓缩至干，再加入100mL 甲苯加热至70～80℃搅拌2～3小时溶解产物5-溴-2-氯苯甲酸。趁热滤除硅胶，取少量滤液HPLC分析反应选择性，HPLC结果显示目标产物5- 溴-2-氯苯甲酸99.1％，3-溴-2-氯苯甲酸0.41％。剩余所得滤液自然降温至 0～10℃搅拌1～2小时，过滤，干燥，得29.0g 5-溴-2-氯苯甲酸成品，收率96.2％，HPLC纯度99.9％。
实施例4：本发明中所述的技术方案
向1L三颈瓶中分别加入20g 2-氯苯甲酸(0.128mol)、44.9g二溴代胺基硅胶(0.192mol，1.5eq)和1.93g三氟甲磺酸铁(3.84mmol，0.03eq)，再向三颈瓶中加入180mL1-氯丁烷搅拌悬浮，将悬浮物加热至60～70℃搅拌6～8小时。
反应结束后，40～50℃下将1-氯丁烷减压浓缩至干，再加入100mL 甲苯加热至70～80℃搅拌2～3小时溶解产物5-溴-2-氯苯甲酸。趁热滤除硅胶，取少量滤液HPLC分析反应选择性，HPLC结果显示目标产物5- 溴-2-氯苯甲酸99.0％，3-溴-2-氯苯甲酸0.48％。剩余所得滤液自然降温至 0～10℃搅拌1～2小时，过滤，干燥，得28.8g 5-溴-2-氯苯甲酸成品，收率95.5％，HPLC纯度99.9％。
实施例5：本发明中所述的技术方案
向1L三颈瓶中分别加入20g 2-氯苯甲酸(0.128mol)、36.0g二溴代胺基硅胶(0.154mol，1.2eq)和1.09g三氟甲磺酸铁(2.18mmol，0.017eq)，再向三颈瓶中加入160mL1-溴丁烷搅拌悬浮，将悬浮物加热至60～70℃搅拌7～9小时。
反应结束后，55～65℃下将1-溴丁烷减压浓缩至干，再加入100mL 甲苯加热至70～80℃搅拌2～3小时溶解产物5-溴-2-氯苯甲酸。趁热滤除硅胶，取少量滤液HPLC分析反应选择性，HPLC结果显示目标产物5- 溴-2-氯苯甲酸99.5％，3-溴-2-氯苯甲酸0.31％。剩余所得滤液自然降温至 0～10℃搅拌1～2小时，过滤，干燥，得29.5g 5-溴-2-氯苯甲酸成品，收率97.9％，HPLC纯度99.9％。
实施例6：本发明中所述的技术方案
向1L三颈瓶中分别加入20g 2-氯苯甲酸(0.128mol)、40.5g二溴代胺基硅胶(0.173mol，1.35eq)和1.42g三氟甲磺酸铁(2.82mmol，0.022eq)，再向三颈瓶中加入160mL1-溴丁烷搅拌悬浮，将悬浮物加热至60～70℃搅拌9～11小时。
反应结束后，55～65℃下将1-溴丁烷减压浓缩至干，再加入100mL 甲苯加热至70～80℃搅拌2～3小时溶解产物5-溴-2-氯苯甲酸。趁热滤除硅胶，取少量滤液HPLC分析反应选择性，HPLC结果显示目标产物5- 溴-2-氯苯甲酸99.4％，3-溴-2-氯苯甲酸0.37％。剩余所得滤液自然降温至 0～10℃搅拌1～2小时，过滤，干燥，得29.3g 5-溴-2-氯苯甲酸成品，收率97.2％，HPLC纯度99.9％。
实施例7：本发明中所述的二溴代胺基硅胶的回收活化处理
将上述实施例2-6中过滤所得固体废渣合并于50～60℃减压干燥，取100g干燥品，加入至2L三颈瓶中，加入500mL二氯甲烷，开启搅拌，再加入181g(1.32mol)K2CO3，搅拌均匀后，加入230g(1.44mol)溴素，加热至40～45℃回流搅拌5～6小时。过滤，所得固体即二溴代胺基硅胶，常温减压干燥8小时，备用。
实施例8：本发明中所述的二溴代胺基硅胶的回收套用
向1L三颈瓶中分别加入20g 2-氯苯甲酸(0.128mol)、38.9g实施例7 中回收活化后的二溴代胺基硅胶(0.166mol，1.3eq)和1.48g三氟甲磺酸铁(2.94mmol，0.023eq)，再向三颈瓶中加入160mL1-氯丁烷搅拌悬浮，将悬浮物加热至60～70℃搅拌9～10小时。
反应结束后，40～50℃下将1-氯丁烷减压浓缩至干，再加入100mL 甲苯加热至70～80℃搅拌2～3小时溶解产物5-溴-2-氯苯甲酸。趁热滤除硅胶，取少量滤液HPLC分析反应选择性，HPLC结果显示目标产物5- 溴-2-氯苯甲酸99.2％，3-溴-2-氯苯甲酸0.37％。剩余所得滤液自然降温至 0～10℃搅拌1～2小时，过滤，干燥，得29.1g 5-溴-2-氯苯甲酸成品，收率96.5％，HPLC纯度99.9％。
实施例9：采用溴素作为溴代试剂的技术方案
向1L三颈瓶中分别加入20g 2-氯苯甲酸(0.128mol)、24.6g溴素 (0.154mol，1.2eq)和1.09g三氟甲磺酸铁(2.18mmol，0.017eq)，再向三颈瓶中加入160mL1-氯丁烷搅拌悬浮，将悬浮物加热至60～70℃搅拌7～9小时。
反应结束后，55～65℃下将1-氯丁烷减压浓缩至干，再加入100mL 甲苯加热至70～80℃搅拌2～3小时溶解产物5-溴-2-氯苯甲酸。趁热过滤，取少量滤液HPLC分析反应选择性，HPLC结果显示目标产物5-溴-2- 氯苯甲酸71.1％，3-溴-2-氯苯甲酸23.9％。剩余所得滤液自然降温至0～ 10℃搅拌1～2小时，过滤，干燥，得19.6g 5-溴-2-氯苯甲酸成品，收率65％，HPLC纯度89.4％，3-溴-2-氯苯甲酸10.3％。
实施例10：专利CN2013107242045中公开的技术方案
向1L三颈瓶中分别加入20g 2-氯苯甲酸(0.128mol)、27.4g溴代丁二酰亚胺(0.154mol，1.2eq)和150g浓硫酸，搅拌悬浮，将悬浮物加热至40～50℃搅拌4～5小时。
反应结束后，将反应液滴入冰水中，搅拌30分钟，过滤的白色粗品。取少量湿饼检测HPLC分析反应的选择性，HPLC检测结果显示目标产物 5-溴-2-氯苯甲酸83.7％，3-溴-2-氯苯甲酸15.1％，再加入100mL甲苯加热至70～80℃搅拌2～3小时溶解产物5-溴-2-氯苯甲酸，溶清液自然降温至0～10℃搅拌1～2小时，过滤，干燥，得23.7g 5-溴-2-氯苯甲酸成品，收率78.7％，HPLC纯度98.8％，3-溴-2-氯苯甲酸0.7％。
本发明的方法通过较佳实施例进行了描述，相关领域人员明显能在本发明内容和范围内对本发明中所述的方法和应用在有必要的地方稍加适当常识性的调整、改动和组合，来实现和应用本发明技术。本领域人员也可以借鉴本发明内容，通过适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的改进和调整对本领域技术人员来说是显而易见的，都应被视为包括在本发明之内。
Claims (6)
1.一种5-溴-2-氯苯甲酸的制备方法，其特征在于：以2-氯苯甲酸为原料，卤代烃为溶剂体系，三氟甲磺酸铁为催化剂，二溴代胺基硅胶为溴代试剂，制备得到5-溴-2-氯苯甲酸：
其中，二溴代胺基硅胶是胺基硅胶在二氯甲烷中，与溴素、碳酸钾在回流条件下搅拌5～6小时所得：
溴素使用量相对于胺基硅胶的2～2.5摩尔当量，碳酸钾使用量相对于胺基硅胶的2～2.5摩尔当量。
2.如权利要求1中所述的制备方法，其特征在于：2-氯苯甲酸和催化剂三氟甲磺酸铁的摩尔比选自1：0.015～1：0.03。
3.如权利 要求1中所述的制备方法，其特征在于：2-氯苯甲酸和溴代试剂二溴代胺基硅胶的摩尔比选自1：1.1～1：1.5。
4.如权利要求1中所述的制备方法，其特征在于：溶剂卤代烃选自1-氯丁烷、1-溴丁烷或两者的混合溶剂。
5.如权利要求1中所述的制备方法，其特征在于：反应在60～70℃条件下搅拌6～12小时。
6.如权利要求1中所述的制备方法，其特征在于：反应结束后，减压条件下将溶剂卤代烃减压浓缩至干，再加入甲苯加热至70～80℃搅拌2～3小时溶解产物5-溴-2-氯苯甲酸，趁热滤除硅胶，自然降温至0～10℃搅拌1～2小时，过滤，干燥，得5-溴-2-氯苯甲酸成品。
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