CN114716429B

CN114716429B - 一种砜吡草唑的合成方法

Info

Publication number: CN114716429B
Application number: CN202210571879.XA
Authority: CN
Inventors: 吴电亮; 余荣; 郁宗翔
Original assignee: Dingyuan Zhongbang Bioengineering Co ltd
Current assignee: Dingyuan Zhongbang Bioengineering Co ltd
Priority date: 2022-05-25
Filing date: 2022-05-25
Publication date: 2024-03-22
Anticipated expiration: 2042-05-25
Also published as: CN114716429A

Abstract

本发明提供了一种砜吡草唑的合成方法，本发明采用功能化的酸性离子液体来提高双氧水的氧化能力，进而可以高收率、高纯度地制得砜吡草唑，并且反应仅需在常温下进行，可以缩短反应时间至2‑3个小时。

Description

一种砜吡草唑的合成方法

技术领域

本发明涉及除草剂技术领域，尤其是涉及砜吡草唑的合成方法。

背景技术

砜吡草唑是日本组合化学和日本庵原化学公司开发的一种可用于大多数作物田的芽前土壤处理除草剂。其作用机制是被杂草幼根与幼芽吸收之后，破坏幼苗分生组织与胚芽鞘，是植物体内VLCFA(超长侧链脂肪酸)生物合成的潜在抑制剂，抑制幼苗早期生长。它具有广谱、高效和环境友好等特点，受到了广泛关注。

目前，国内对砜吡草唑合成研究的专利文献比较少。报道的合成方法中主要策略是先合成吡唑环中间体和二氢异恶唑环中间体，然后将两个杂环进行对接成硫醚化合物，最后氧化硫醚得到目标产物。现有技术公开的制备方法，最终都需要将硫脒类中间体进行氧化，制得砜吡草唑。

在专利文献(WO2007071900A1)公开了一种制备砜吡草唑的方法。该方法以乙醛酸为起始原料，经过成肟、[3+2]环化、甲硫醇钠取代氧化、还原、与吡唑中间体取代对接、氧化硫醚得到砜吡草唑。反应通式如下：

专利文献（CN113754647A）对上述合成步骤进行了改进，将中间体5,5-二甲基-4,5-二氢异恶唑硫脒盐酸盐替换为S-（5,5-二甲基-4,5-二氢异恶唑-3-基）乙硫酸乙酯。最后一步氧化步骤直接以双氧水作为氧化剂，氧化步骤的收率为83.5%.

专利文献（CN113831333A）公开了在双氧化和催化剂存在下，对硫醚进行氧化，所述的催化剂为钨酸钠、钼酸铵中的一种。其制得的砜吡草唑的含量可达98.5％，收率为95.0％以上。专利文献（CN111393427A）利用钨酸钠作为催化剂，可以稳定和加强双氧水的氧化性，可以直接将硫醚进行加氧氧化成砜，避免副反应亚砜的产生和使用间氯过氧苯甲酸作为氧化剂产生副产物间氯苯甲酸，并且溶剂可以回收套用，最后产物不进行重结晶也可以得到含量大于99％的产物。然而上述方法的反应时间较长，需要8-10小时，且催化剂难以分离回收利于，不利于工业化生产。

Nakatani, Masao等（Journal of Pesticide Science (Tokyo, Japan) (2016),41(4),133-144）报道了以mCPBA代替双氧水作为氧化剂，将硫醚化合物氧化为砜吡草唑。然而mCPBA相对于双氧水价格更为昂贵，且不利于环保。

因此，为了克服现有技术中合成砜吡草唑存在的成本高昂、制备过程三废多、产率和纯度不高的技术问题。开发新的砜吡草唑的合成方法十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种砜吡草唑的合成方法，以解决现有技术中存在的成本高昂、制备过程三废多、产率和纯度不高的技术问题。

在砜吡草唑的合成工艺中，虽然有报道利用双氧水对硫醚化合物进行氧化，制得砜吡草唑，然而由于硫醚的氧化过程中，如果氧化剂的氧化能力不足，容易生成大量的亚砜副产物。现有技术中为了解决这一技术问题，大多是利用杂多酸作为催化剂，或者利用氧化能力更强的氧化剂（如mCPBA）代替双氧水。然而尚未有报道直接利用离子液体催化双氧水的反应。本发明首次发现了可采用功能化的酸性离子液体来提高双氧水的氧化能力，并且由于离子液体本身易于回收，可大量节约生产成本。

本发明提供一种砜吡草唑的合成方法，包括如下步骤：

在酸性离子液体存在下，使中间体II与双氧水发生氧化反应，制得产物I，即砜吡草唑，反应式如下：

。

优选地，所述酸性离子液体的结构式如下：

其中：R₁选自：C₁-C₈烷基、C₁-C₈卤代烷基、C₁-C₈烯基、C₁-C₈卤代烯基、C₁-C₈炔基、C₁-C₈卤代炔基、C₁-C₈烷氧基、C₁-C₈卤代烷氧基、C₁-C₈烷基羰基、单-C₁-C₈烷基氨基C₁-C₈烷基、二-C₁-C₈烷基氨基C₁-C₈烷基、C₆-C₁₀芳基、C₃-C₁₀杂芳基、C₃-C₈环烷基、C₆-C₁₀芳基-C₁-C₈烷基；

R₂、R₃、R₄各自独立地选自如下基团：氢、C₁-C₈烷基、C₁-C₈卤代烷基、C₁-C₈烯基、C₁-C₈卤代烯基、C₁-C₈炔基、C₁-C₈卤代炔基、C₁-C₈烷氧基、C₁-C₈卤代烷氧基、C₁-C₈烷基羰基、单-C₁-C₈烷基氨基C₁-C₈烷基、二-C₁-C₈烷基氨基C₁-C₈烷基、C₆-C₁₀芳基、C₃-C₁₀杂芳基、C₃-C₈环烷基、C₆-C₁₀芳基-C₁-C₈烷基；

n选自0-6的整数。

优选地，R₁选自：C₁-C₆烷基、C₁-C₆卤代烷基；

R₂、R₃、R₄各自独立地选自如下基团：氢、C₁-C₆烷基、C₁-C₆卤代烷基；

n选自1、2或3。

更优选地，所述酸性离子液体的结构式如下：

。

在另一实施例中，本发明所述的砜吡草唑的合成方法包括如下步骤：在反应器中加入溶剂，再加入化合物II，搅拌溶解后，加入酸性离子液体，然后滴加双氧水，在搅拌条件下进行氧化反应。反应结束之后，向体系中滴加硫代硫酸钠水溶液淬灭过量的双氧水，过滤，干燥，得到白色固体砜吡草唑I。

在另一实施例中，所述溶剂优选为甲醇、乙醇、二氯甲烷和二氯乙烷中的一种或几种；

在另一实施例中，所述双氧水的质量浓度优选为1～45％，更优选为10～40％，最优选为20～30％。

在另一实施例中，所述酸性离子液体与化合物II的摩尔比优选为1：(1～100)，更优选为1：(20～80)，最优选为1：(30～60)，具体的，在本发明的实施例中，可以是1：50；

在另一实施例中，所述化合物II与双氧水的摩尔比优选为1：(1～10)，更优选为1：(4～8)。

在另一实施例中，所述氧化反应的温度优选为-20～100℃，更优选为-10～80℃，最优选为0～70℃，具体的，在本发明的实施例中，可以是20-30℃。

在另一实施例中，所述氧化反应的时间优选为1～12小时，更优选为2-5小时，最优选为2-3小时。

在本申请的另一个实施例中还提供了所述离子液体的制备方法，其特征在于包括如下反应步骤：

。

其中R1、R₂、R₃、R₄和n如上任一项所定义。

在另一实施例中，所述制备方法包括如下步骤：

1）将咪唑类化合物1添加到的无水甲苯溶液中，在回流温度下搅拌48小时后，倒出溶剂并用乙醚洗涤，真空干燥后得到离子液体2；

2）室温下，向离子液体2的水溶液中添加Ag₂WO₄，搅拌1 h后，将反应混合液过滤，将滤液浓缩，并真空干燥，得到无色液体形式的离子液体3；

3）向离子液体3中加入二氯甲烷，搅拌均匀，室温下，将氯磺酸在10分钟内滴加至上述混合物中，反应混合物搅拌30-60分钟，然后除去二氯甲烷，混合物用无水二氯甲烷洗涤以除去过量的氯磺酸残留物。将离子液体真空干燥，得到离子液体4。

其中：步骤1）中化合物1与的摩尔比为1:（1-1.5），优选为1:1.1；

步骤2）中离子液体2与Ag₂WO₄的摩尔比为1:（0.5-1），优选为1:0.55；

步骤3）中离子液体3与氯磺酸的摩尔比为1:（1-1.5），优选为1:1.05。

在砜吡草唑的合成工艺中，虽然有报道利用双氧水对硫醚化合物进行氧化，制得砜吡草唑，然而由于硫醚的氧化过程中，如果氧化剂的氧化能力不足，容易生成大量的亚砜副产物。现有技术中为了解决这一技术问题，大多是利用杂多酸作为催化剂，或者利用氧化能力更强的氧化剂（如mCPBA）代替双氧水。然而尚未有报道直接利用离子液体催化双氧水的反应，本发明首次开发了利用酸性离子液体催化制备砜吡草唑。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）氧化过程中，采用功能化的离子液体（磺酸基咪唑类离子液体），配合双氧水进行氧化反应，产物收率和纯度均较高；

2）并且反应仅需在常温下进行，可以缩短反应时间至2-3个小时；

3）本发明的离子液体易于回收，回收后，可重复利用，节约了生产成本，且更为环保，无污染。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

定义：

“烷基”是指仅仅由碳和氢原子组成，不含有不饱和度，可为C1-6烷基。在一些实施方案中，烷基具有1至6或1至4个碳原子。代表性饱和直链烷基包括但不限于-甲基、-乙基、-正丙基、-正丁基、-正戊基和-正己基；而饱和支链烷基包括但不限于-异丙基、-仲丁基、-异丁基、-叔丁基、-异戊基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、2-甲基-戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、2-甲基己基、3-甲基己基、4-甲基己基、5-甲基己基、2,3-二甲基-丁基等。烷基通过单键连接于母体分子。除非在说明书中另外陈述，否则烷基任选被一个或多个独立地包括以下的取代基取代：酰基、烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷基芳基、环烷基。在一非限制性实施方案中，取代的烷基可选自氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、2-氟乙基、3-氟丙基、羟基甲基、2-羟基乙基、3-羟基丙基、苯甲基和苯乙基。

“烷氧基”是指“烷基”通过氧原子与母体分子相连，其中“烷基”具有如上所述的定义。

“卤代烷基”是指其中所有氢原子部分或全部被选自氟代基、氯代基、溴代基和碘代基的卤素置换的烷基。在一些实施方案中，所有氢原子都各自被氟代基置换。在一些实施方案中，所有氢原子都各自被氯代基置换。卤代烷基的实例包括-CF₃、-CF₂CF₃、-CF₂CF₂CF₃、-CFCl₂、-CF₂Cl等。

下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。

实施例1 离子液体4a的制备

1）将(8.2g，0.10 mol)1-甲基咪唑（1a）添加到2-氯乙醇（7.4ml，约0.11 mol）的无水甲苯（50mL）溶液中，在回流温度下搅拌48小时后，倒出溶剂并用乙醚洗涤，真空干燥后得到离子液体2a；

2）室温下，向（8.1g，0.05mol）离子液体2a的水溶液中添加（0.026mol）Ag₂WO₄，搅拌1 h后，将反应混合液过滤，将滤液浓缩，并真空干燥，得到无色液体形式的离子液体3a；

3）向（2.5g，5mmol）离子液体3a中加入二氯甲烷30mL，搅拌均匀，室温下，将（1.22g，10.5mmol）氯磺酸在10分钟内滴加至上述混合物中，反应混合物搅拌30-60分钟，然后除去二氯甲烷，混合物用无水二氯甲烷(3×30 mL)洗涤以除去过量的氯磺酸残留物。将离子液体真空干燥，得到3.3g离子液体4a。¹H NMR (500 MHz, DMSO-d6): 3.63-68 (t,2H), 7.75 (s, 3H), 4.19-25 (t, 2H), 5.35-43 (1H), 7.68 (s, 2H).

实施例2-5 离子液体4b-4e的制备

参照实施例1的方法，分别制得离子液体4b-4e：

。

实施例6 砜吡草唑的制备

在300ml三口烧瓶中加入甲醇80 mL，再加入38.9g（0.1mol）化合物II，搅拌溶解后，加入（1.32g，2mmol）酸性离子液体4a，然后滴加（0.5mol）30%双氧水，室温搅拌反应3h。反应结束之后，向体系中滴加浓度为10％的硫代硫酸钠水溶液淬灭过量的双氧水，过滤，干燥，得到40.2 g白色固体砜吡草唑I，收率95.5%，用液相色谱(LC)检测其砜吡草唑的含量为99.2%。

实施例7-10

参照实施例6的方法，制备砜吡草唑，不同之处在于分别用等摩尔量的酸性离子液体4b-4e代替实施例6中的酸性离子液体4a，相应的结果如下：

实施例11-14 催化剂用量对反应收率的影响

参照实施例6的方法制备砜吡草唑，不同之处在于催化剂的用量不同，相应的反应结果如下：

经过实验发现，当催化剂的用量过少时，产物收率较低，且产物纯度不高，可能是由于生成了大量的亚砜副产物。当催化剂的用量超过2mmol时，收率和纯度相差不大。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种砜吡草唑的合成方法，包括如下步骤：

;

所述酸性离子液体的结构式如下：

R₁选自：C₁-C₆烷基、C₁-C₆卤代烷基；

n选自1、2或3；

所述酸性离子液体与化合物II的摩尔比为1：(30～60)。

2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述酸性离子液体选自如下结构之一：

。

3.根据权利要求1或2所述的合成方法，包括如下步骤：

在反应器中加入溶剂，再加入化合物II，搅拌溶解后，加入酸性离子液体，然后滴加双氧水，在搅拌条件下进行氧化反应，反应结束之后，向体系中滴加硫代硫酸钠水溶液淬灭过量的双氧水，过滤，干燥，得到白色固体砜吡草唑I。

4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于：

所述溶剂选自甲醇、乙醇、二氯甲烷和二氯乙烷中的一种或几种；

所述双氧水的质量浓度为1～45％；

所述化合物II与双氧水的摩尔比为1：(1～10)；

所述氧化反应的温度为-20～100℃；

所述氧化反应的时间为1～12小时。

5.根据权利要求4所述的合成方法，其特征在于：

所述双氧水的质量浓度为10～40％；

所述化合物II与双氧水的摩尔比为1：(4～8)；

所述氧化反应的温度为-10～80℃；

所述氧化反应的时间为2-5小时。

6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于：

所述双氧水的质量浓度为20～30％；

所述氧化反应的温度为20-30℃；

所述氧化反应的时间为2-3小时。

7.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述离子液体的制备方法包括如下步骤：

其中R1、R₂、R₃、R₄和n如权利要求1所定义。

8.根据权利要求7所述的合成方法，其特征在于包括如下步骤：

3）向离子液体3中加入二氯甲烷，搅拌均匀，室温下，将氯磺酸在10分钟内滴加至上述混合物中，反应混合物搅拌30-60分钟，然后除去二氯甲烷，混合物用无水二氯甲烷洗涤以除去过量的氯磺酸残留物，将离子液体真空干燥，得到离子液体4。

9.根据权利要求8所述的合成方法，其特征在于：

步骤1）中化合物1与的摩尔比为1:（1-1.5）；

步骤2）中离子液体2与Ag₂WO₄的摩尔比为1:（0.5-1）；

步骤3）中离子液体3与氯磺酸的摩尔比为1:（1-1.5）。

10.根据权利要求9所述的合成方法，其特征在于：

步骤1）中化合物1与的摩尔比为1:1.1；

步骤2）中离子液体2与Ag₂WO₄的摩尔比为1:0.55；

步骤3）中离子液体3与氯磺酸的摩尔比为1:1.05。