CN113862703B - 一种苯唑草酮中间体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种苯唑草酮中间体的制备方法。为了解决现有苯唑草酮中间体3‑(4,5二氢异噁唑‑3‑基)‑2‑甲基‑4‑甲砜基苯甲酸合成路线不可避免使用活泼金属试剂以及毒性较大的一氧化碳等原料,存在一定的生产安全风险,且对反应设备要求较高,同时存在反应效率不高、后处理繁琐、产物纯度不高、成本高、对环境不友好等问题,本申请将3‑(3‑溴代‑2‑甲基‑6‑甲砜基苯基)‑4,5‑二氢异噁唑和二氧化碳在相转移催化剂存在的条件下于极性溶剂中经电催化羧化反应得到3‑(4,5二氢异噁唑‑3‑基)‑2‑甲基‑4‑甲砜基苯甲酸。本发明的制备方法效率高、成本低、对环境友好并且可实现循环生产,适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域,具体涉及一种苯唑草酮中间体的制备方法。
背景技术
苯唑草酮,英文通用名称为topramezone;商品名称为苞卫,是巴斯夫开发的第一个苯甲酯吡唑酮类除草剂,属于对羟基苯基丙酮酸酯双氧化酶(HPPD)类抑制剂,其结构如下:
苯唑草酮是一种苗后玉米地除草剂具有杀草谱广、活性高、可混性强,环境友好以及对玉米和后茬作物安全等优点,其适用于各种玉米:常规玉米、甜玉米、糯玉米、爆裂玉米等,对玉米具有极优的选择性,能有防除世界范围内玉米作物上的主要禾本科杂草和阔叶杂草,包括藜、铁苋菜、龙葵、马唐、狗尾草、牛筋草、扁穗莎草、马齿苋、反枝苋、稗草、苘麻、苍耳等,相比于其他同类型玉米田除草剂(如硝磺草酮、异噁唑草酮、环磺酮等),其在除草活性和杀草谱上具有显著的优势。更为突出的是,苯唑草酮对耐草甘膦、三嗪类、乙酰乳酸合成酶抑制剂和乙酰辅酶A羧化酶抑制剂的杂草有很好的防除效果。由于其优异的除草性能和范围,为玉米田除草定义了新标准。此外,苯唑草酮可复配药剂有特丁津、烟嘧磺隆、莠去津、硝磺草酮、炔草酯、双氟磺草胺等,其复配产品也受到了很多重视,有很多企业正在开发当中。随着苯唑草酮原药在中国的专利(专利号:CN98802797.6)于2018年1月8日到期,其登记和新工艺开发成为了是各大农化企业争相竞争的新高地。
据统计,苯唑草酮在2018和2019年的销售额均超过1亿美元,但近6年全球市值复合增长率却仅为0.3%,而同期使用复合增长率124.53%,由此可见,超高效除草剂苯唑草酮全球需求空间已经打开,但是昂贵的原药价格和供应紧缺成为市场成长的最大羁绊,呈现出供不应求的困境。就目前现状看,中国尚未一家企业实现苯唑草酮的规模化生产。
从文献报道中不难发现,苯唑草酮可以从两条途径进行合成,方法一主要是巴斯夫公司在专利CN1300284A中报道的由2,3-二甲基硝基苯为原料,制得3-(3-溴代-2-甲基-6-甲砜基苯基)-4,5-二氢异噁唑中间体,后经过一步与吡唑酮的插羰反应构建目标分子。在目前的生产中,主要是利用过渡金属钯催化的插羰反应方法对苯唑草酮进行工业化生产,而过程中的钯催化剂成本高、使用量大、难回收、无法套用等缺点极大地限制了苯唑草酮的生产,同时反应收率也仅能维持在中等水平,这些因素导致目前苯唑草酮整个工艺成本较高。
方法二主要是通过优先构建3-(4,5二氢异噁唑-3-基)-2-甲基-4-甲砜基苯甲酸片段,在通过酯化、重排反应制备苯唑草酮,该通过苯甲酸制备苯唑草酮的方法尽管步骤延长,但相比于过渡金属催化反应,反应效率大大提高,成本大幅降低。综合而言,该策略中构建苯甲酸片段尤为关键,日本曹达株式会社专利CN1278259A报道了2,3-二甲基-4-甲砜基苯甲酸甲酯为原料,经过溴化、羰基化、肟化、环化、水解、氯化、酯化、重排反应制得目标分子,由于原材料价格较高和反应过程中转化率低等缺点,工业化成本难以控制。专利CN110183392A中报道了一种通过丁基锂或镁粉作用下,由溴代物3-(3-溴代-2-甲基-6-甲砜基苯基)-4,5-二氢异噁唑中间体在二氧化碳的作用下生成羧酸产物,再利用常规的酯化和重排反应制得苯唑草酮,该方法收率较高,但不可避免地使用活泼金属试剂,存在一定的生产安全风险,且对反应设备要求较高。
因此,发展高效、温和的苯唑草酮关键中间体3-(4,5二氢异噁唑-3-基)-2-甲基-4甲砜基苯甲酸的合成工艺,以此降低苯唑草酮的合成难度和工艺成本成为了目前的研究热点。在巨大的市场需求量下,降低苯唑草酮的工艺成本也必将带来巨大的经济和社会效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的苯唑草酮关键中间体3-(4,5二氢异噁唑-3-基)-2-甲基-4甲砜基苯甲酸的制备方法,该方法反应条件温和、收率高、成本低,适合大规模工业化生产。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
化合物1的名称为3-(3-溴代-2-甲基-6-甲砜基苯基)-4,5-二氢异噁唑。
化合物2(所述的苯唑草酮中间体)的名称为3-(4,5二氢异噁唑-3-基)-2-甲基-4-甲砜基苯甲酸。
根据本发明,所述的极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、丁醇、水、乙腈中的一种或多种。
优选地,所述的极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种。
根据本发明,用于所述的电催化的正极和负极的材质分别为铜、银、镁、镍、钛中的一种或多种。
优选地,所述的正极的材质为镁。
优选地,所述的负极的材质为铜、镍或银。
根据本发明,所述的电催化采用的电流密度为1~6mA/cm2。
优选地,所述的电催化采用的电流密度为2~5mA/cm2。
进一步优选地,所述的电催化采用的电流密度为3~5mA/cm2。
根据本发明,所述的电催化为恒电流电解。
根据本发明,所述的相转移催化剂为四丁基氟化铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵、18冠6、链状聚乙二醇、链状聚乙二醇二烷基醚、环糊精中的一种或多种。
根据本发明,所述的化合物1在所述的极性溶剂中的浓度为0.05~1mol/L。
优选地,所述的化合物1在所述的极性溶剂中的浓度为0.08~1mol/L。
进一步优选地,所述的化合物1在所述的极性溶剂中的浓度为0.08~0.8mol/L。
再进一步优选地,所述的化合物1在所述的极性溶剂中的浓度为0.08~0.5mol/L。
根据本发明,所述的相转移催化剂在所述的极性溶剂中的浓度为0.5~1mol/L。
优选地,所述的相转移催化剂在所述的极性溶剂中的浓度为0.08~1mol/L。
进一步优选地,所述的相转移催化剂在所述的极性溶剂中的浓度为0.08~0.8mol/L。
再进一步优选地,所述的相转移催化剂在所述的极性溶剂中的浓度为0.08~0.5mol/L。
优选地,所述的化合物1和所述的相转移催化剂的摩尔比为0.8~1.2:1。
根据本发明,所述的电催化和羧化反应的温度为-10℃~40℃。
优选地,所述的电催化和羧化反应的温度为-10℃~30℃
进一步优选地,所述的电催化和羧化反应的温度为-10℃~20℃。
再进一步优选地,所述的电催化和羧化反应的温度为-5℃~20℃。
更进一步优选地,所述的电催化和羧化反应的温度为0℃~20℃。
根据本发明,所述的二氧化碳通入所述的极性溶剂的压力为0.1MPa~2Mpa。
具体地,所述的制备方法的具体步骤为:在装置中配备了金属正负极的电化学电解池中,将化合物1和相转移催化剂溶解于极性溶剂中,设置所述的在二氧化碳气流压强和电解温度后,经过恒电流对化合物1和二氧化碳进行电催化和羧化反应,当电解液中原料化合物1经HPLC检测峰面积小于1%时,停止反应,得到羧酸化合物2,即苯唑草酮关键中间体3-(4,5二氢异噁唑-3-基)-2-甲基-4-甲砜基苯甲酸。
本发明的反应方程式为:
根据本发明,所述的制备方法还包括后处理方法,所述的后处理方法为将反应后的溶液脱除所述的极性溶剂,加入乙酸乙酯,过滤并干燥得到灰色固体,即为所述的苯唑草酮中间体。
由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:
本发明的制备方法无需使用过渡金属、活性金属试剂以及毒性较大的一氧化碳等原料,利用可循环使用且易制备的金属电极,实现了苯唑草酮关键中间体3-(4,5二氢异噁唑-3-基)-2-甲基-4-甲砜基苯甲酸的绿色合成,不仅降低了高危反应风险和工艺成本,并且避免了废固金属的产生,对环境友好,反应溶剂可以反复使用,避免了废液的产生,更为重要的是,利用电解催化羧化反应制备关键中间体3-(4,5二氢异噁唑-3-基)-2-甲基-4-甲砜基苯甲酸的反应效率大大提升,后处理工艺简单,产品纯度高,有利于后续的苯唑草酮合成和纯化。因此,本发明的制备方法效率高、成本低、对环境友好并且可实现循环生产,适合工业化生产。
具体实施方式
本发明书中公开了所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了相互排斥的特征或步骤以外,均可以以任何方式组合。下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明不应限于这些实施例,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中一个例子而已。在本发明中所使用的术语,除非另有说明,一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。
由于现有技术公开的苯唑草酮关键中间体3-(4,5二氢异噁唑-3-基)-2-甲基-4甲砜基苯甲酸合成路线中不可避免使用活泼金属试剂以及毒性较大的一氧化碳等原料,存在一定的生产安全风险,且对反应设备要求较高,同时存在反应效率不高、后处理繁琐、产物纯度不高、成本高、对环境不友好等问题,因此需要开发一种新的高效、环保、安全、成本低的3-(4,5二氢异噁唑-3-基)-2-甲基-4甲砜基苯甲酸的制备方法。
鉴于现有技术中的不足,本案发明人经长期研究和大量实践,得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供一种电解法制备3-(4,5二氢异噁唑-3-基)-2-甲基-4甲砜基苯甲酸。将3-(3-溴代-2-甲基-6-甲砜基苯基)-4,5-二氢异噁唑和相转移催化剂置于极性溶剂以及二氧化碳氛围中,在极性溶剂中放置金属材质的正负极,在一定电流密度和温度的条件下,通过电解催化羧化反应成功制备3-(4,5二氢异噁唑-3-基)-2-甲基-4-甲砜基苯甲酸。
将反应后的溶液脱除极性溶剂,加入乙酸乙酯,过滤并干燥得到灰色固体,即为纯化后的苯唑草酮中间体。
本发明通过使用电解催化化合物1和二氧化碳的羧化反应,避免使用活泼金属试剂以及毒性较大的一氧化碳等原料,反应更加温和,后处理简化,更加便于操作,环境友好,成本低。
进一步地,通过对反应条件的优化,提高3-(4,5二氢异噁唑-3-基)-2-甲基-4-甲砜基苯甲酸的纯度和收率,选择适宜的相转移催化剂,选择适宜的电流、反应温度等,在较短的反应时间内,收率和纯度最高均可达93%以上,大大降低了生产成本。
下面结合实施例对本发明作进一步描述。但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整,未注明的实施条件为本行业中的常规条件。本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在以下实施例中,未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。
在以下实施例中,化合物1的制备参考专利CN1300284A,其余原料或试剂等均可通过市售获得。
实施例1
在装备有正负电极环的电解池中,固定镁为正极,银为负极,将31.8克3-(3-溴代-2-甲基-6-甲砜基苯基)-4,5-二氢异噁唑(化合物1)和36.9克四丁基碘化铵溶解在500毫升N,N-二甲基甲酰胺中,常压下缓慢通入二氧化碳气体,温度保持在10℃进行恒电流(3.5mA/cm2)电解3h,HPLC监测电解池中化合物1的峰面积<1%,停止反应,将电解液中的溶剂减压脱干,溶剂回收备用,固体残渣加入乙酸乙酯200毫升,剧烈搅拌,过滤除去有机溶剂得到粗品,干燥后得灰白色固体,即化合物2(27.8g,含量94.6%,收率93%)。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ10.02(s,1H),8.08(d,J=8.4,1H),7.82(d,J=8.4,1H),4.48(t,J=10.0,2H),3.36(t,J=10.0,2H),3.30(s,3H),2.42(s,3H).
实施例2
在装备有正负电极环的电解池中,固定镁为正极,铜为负极,将31.8克3-(3-溴代-2-甲基-6-甲砜基苯基)-4,5-二氢异噁唑(化合物1)和36.9克四丁基碘化铵溶解在1升N,N-二甲基甲酰胺中,常压下缓慢通入二氧化碳气体,温度保持在10℃进行恒电流(5mA/cm2)电解15h,停止反应,将电解液中的溶剂减压脱干,溶剂回收备用,固体残渣加入乙酸乙酯200毫升,剧烈搅拌,过滤出去有机溶剂得到粗品,干燥后得灰白色固体,即化合物2(19.1g,含量93%,收率63%)。
实施例3
在装备有正负电极环的电解池中,固定镁为正极,镍为负极,将31.8克3-(3-溴代-2-甲基-6-甲砜基苯基)-4,5-二氢异噁唑(化合物1)和36.9克四丁基碘化铵溶解在1升N,N-二甲基甲酰胺中,常压下缓慢通入二氧化碳气体,温度保持在0℃进行恒电流(4mA/cm2)电解20h,停止反应,将电解液中的溶剂减压脱干,溶剂回收备用,固体残渣加入乙酸乙酯200毫升,剧烈搅拌,过滤出去有机溶剂得到粗品,干燥后得灰白色固体,即化合物2(16.4g,含量90%,收率52%)。
实施例4
在装备有正负电极环的电解池中,固定镁为正极,银为负极,将31.8克3-(3-溴代-2-甲基-6-甲砜基苯基)-4,5-二氢异噁唑(化合物1)和36.9克四丁基碘化铵溶解在500毫升二甲亚砜中,常压下缓慢通入二氧化碳气体,温度保持在0℃,温度保持在0℃进行恒电流(4mA/cm2)电解5h,HPLC监测电解池中化合物1的峰面积<1%,停止反应,将电解液中的溶剂减压脱干,溶剂回收备用,固体残渣加入乙酸乙酯200毫升,剧烈搅拌,过滤出去有机溶剂得到粗品,干燥后得灰色固体,即化合物2(28g,含量93%,收率92%)。
实施例5
在装备有正负电极环的电解池中,固定镁为正极,银为负极,将31.8克3-(3-溴代-2-甲基-6-甲砜基苯基)-4,5-二氢异噁唑(化合物1)和32.2克四丁基溴化铵溶解在500毫升二甲亚砜中,常压下缓慢通入二氧化碳气体,温度保持在20℃进行恒电流(3.5mA/cm2)电解10h,HPLC监测电解池中化合物1的峰面积<1%,停止反应,将电解液中的溶剂减压脱干,溶剂回收备用,固体残渣加入乙酸乙酯200毫升,剧烈搅拌,过滤出去有机溶剂得到粗品,干燥后得灰色固体,即化合物2(27.3g,含量91%,收率88%)。
实施例6
在装备有正负电极环的电解池中,固定镁为正极,银为负极,将31.8克3-(3-溴代-2-甲基-6-甲砜基苯基)-4,5-二氢异噁唑(化合物1)和26.4克18冠6溶解在500毫升N,N-二甲基甲酰胺中,常压下缓慢通入二氧化碳气体,温度保持在10℃进行恒电流(5mA/cm2)电解24h,停止反应,将电解液中的溶剂减压脱干,溶剂回收备用,固体残渣加入乙酸乙酯200毫升,剧烈搅拌,过滤出去有机溶剂得到粗品,干燥后得灰色固体,即化合物2(18.3g,含量85%,收率55%)。
实施例7
在装备有正负电极环的电解池中,固定镁为正极,银为负极,将31.8克3-(3-溴代-2-甲基-6-甲砜基苯基)-4,5-二氢异噁唑(化合物1)和36.9克四丁基碘化铵溶解在500毫升N,N-二甲基乙酰胺中,常压下缓慢通入二氧化碳气体,温度保持在20℃进行恒电流(3.5mA/cm2)电解8h,HPLC监测电解池中化合物1的峰面积<1%,停止反应,将电解液中的溶剂减压脱干,溶剂回收备用,固体残渣加入乙酸乙酯200毫升,剧烈搅拌,过滤出去有机溶剂得到粗品,干燥后得灰色固体,即化合物2(27.8g,含量95%,收率93.3%)。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,用于所述的电催化的正极和负极的材质分别为铜、银、镁、镍、钛中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的化合物1在所述的极性溶剂中的浓度为0.05~1 mol/L;和/或,所述的相转移催化剂在所述的极性溶剂中的浓度为0.05~1mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的二氧化碳通入所述的极性溶剂的压力为0.1MPa~2Mpa。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的制备方法还包括后处理方法,所述的后处理方法为将反应后的溶液脱除所述的极性溶剂,加入乙酸乙酯,过滤并干燥得到固体,即为所述的苯唑草酮中间体。
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