CN116082229A - 2-羟基吡啶-n氧化物的合成方法 - Google Patents

2-羟基吡啶-n氧化物的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了合成2‑羟基吡啶‑N氧化物的新方法。该方法包括:将式II化合物在催化剂C1和酸A1存在下与双氧水氧化反应,从而生成式III化合物;将获得的式III化合物与乙醇钠缩合反应,从而生成式IV化合物;和,将获得的式IV化合物与酸性催化剂C2反应,从而获得式I所示2‑羟基吡啶‑N氧化物。本发明的制备方法本发明获得的2‑羟基吡啶‑N氧化物的收率显著提高,副反应的发生显著降低,最终产品的纯度得到提高,并且反应条件温和,对环境友好,从而有利于工业化生产。

Description

2-羟基吡啶-N氧化物的合成方法
技术领域
本发明属于医药和精细化工领域。具体地说,本发明涉及2-羟基吡啶-N氧化物的新合成方法。
背景技术
2-羟基吡啶-N氧化物(式I,简称HOPO)是一种重要的化学试剂,其可与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDCl)组合作为缩合剂使用。其中,EDCl起到活化羧酸与缩合脱水的作用,而HOPO起到提高收率并减少副产物的作用。EDCl/HOPO组合缩合剂在药物奈玛特韦的合成中已大量使用。
CN102001995A中描述的2-羟基吡啶-N氧化物(HOPO)的合成方法如下所示:
该路线以2-氯吡啶为起始物料,在钨酸钠和硫酸催化下用双氧水氧化成2-氯吡啶氮氧化物,然后在氢氧化钠作用下发生取代反应成最终产物HOPO。该路线第一步在钨酸钠和硫酸催化下用双氧水氧化,原料2-氯吡啶转化不完全收率低,如回收原料操作繁琐,如不回收原料,残留的原料会影响产品的质量。第一步氧化反应使用硫酸,废水量大。第二步反应使用氢氧化钠,2-氯吡啶-N-氧化物转化为HOPO的实际转化率约为50%,杂质多且产品的纯度不高。
现有技术文献Jain,Suman L.;Joseph,Jomy K.;Sain,Bir Catalysis Letters(2007),115(1-2),8-12中描述的合成方法如下所示:
该路线是以2-羟基吡啶为原料直接一步反应制得产品HOPO;该路线的优点是路线短仅为一步反应,缺点是原料2-羟基吡啶市场难得且价格高昂,且用到的催化剂TBHP和氧化铝负载物都是价格高昂的催化剂,导致制备工艺复杂和最终成本非常高。没有工业化生成价值。
因此,本领域急需新的2-羟基吡啶-N氧化物合成方法,这种合成方法应具备工艺简便、成本低、收率高、对环境影响小等优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的2-羟基吡啶-N氧化物合成方法,这种合成方法具备工艺简便、成本低、收率高等优点。
在第一方面,本发明提供一种制备式I所示2-羟基吡啶-N氧化物的方法,所述方法如以下反应式所示:
所述方法包括以下步骤:
1)式II所示2-氯吡啶在催化剂C1和酸A1存在下与双氧水氧化反应,从而生成式III所示2-氯吡啶N-氧化物;
2)将步骤1)获得的式III所示2-氯吡啶N-氧化物与乙醇钠缩合反应,从而生成式IV所示2-乙氧基-N-氧化物;
3)将步骤2)获得的式IV所示2-乙氧基-N-氧化物与酸性催化剂C2反应,从而获得式I所示2-羟基吡啶-N氧化物;
其中,催化剂C1为甲基三氧化铼或三氧化钼;
酸A1为硫酸氢钠或硫酸氢钾。
在具体的实施方式中,所述催化剂C1为甲基三氧化铼(MTO)。
在优选的实施方式中,所述催化剂C1的用量百分比为:1%mol-5%mol,优选2%mol-3%mol。
在具体的实施方式中,所述酸A1为硫酸氢钠。
在优选的实施方式中,所述酸A1的用量百分比为:0.5%mol-5%mol,优选0.5%mol-2%mol。
在具体的实施方式中,在步骤2)中,在温度T1下,将步骤1)获得的式III所示2-氯吡啶N-氧化物在溶剂S1中与乙醇钠缩合反应H1小时,从而生成式IV所示2-乙氧基-N-氧化物。
在具体的实施方式中,所述溶剂S1为甲醇、乙醇、甲苯或其组合;优选乙醇。
在具体的实施方式中,所述温度T1为30-75℃;优选50-55℃。
在具体的实施方式中,所述反应时间H1为1-5小时,优选2-3小时。
在优选的实施方式中,所述乙醇钠是乙醇钠的乙醇溶液。
在具体的实施方式中,在步骤3)中,在温度T2下,将步骤2)获得的式IV所示2-乙氧基-N-氧化物与酸性催化剂C2反应H2小时,从而获得式I所示2-羟基吡啶-N氧化物。
在具体的实施方式中,所述酸性催化剂C2为氯化氢气体、浓盐酸或硫酸;优选氯化氢气体。
在具体的实施方式中,所述反应时间H2为6-14小时;优选7-9小时。
在具体的实施方式中,所述温度T2为50-85℃;优选80-85℃。
在优选的实施方式中,所述方法获得式I所示2-羟基吡啶-N氧化物的收率>75%;优选>80%;更优选>91%;
从式III所示2-氯吡啶N-氧化物到最终获得式I所示2-羟基吡啶-N氧化物的收率>80%;优选>84%;更优选>95%。
应理解,在本发明范围内中,本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合,从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅,在此不再一一累述。
附图说明
图1显示了式I所示化合物的HPLC检测图谱。
具体实施方式
发明人经过广泛而深入的研究,出乎意料地发现一种新的2-羟基吡啶-N氧化物的合成方法。这种合成方法不仅具备工艺简便,原材料易得等特点,还具备最终的2-羟基吡啶-N氧化物的收率高,对环境影响小等优点,因此为2-羟基吡啶-N氧化物的合成找到了新的思路。在此基础上,完成了本发明。
本发明的方法
为克服现有技术中制备2-羟基吡啶-N氧化物的方法中的种种不足之处,例如成本高、废水多、纯度低、收率低等缺陷,本发明提供了一种2-羟基吡啶-N氧化物(HOPO)的合成方法,合成新路线反应式如下所示:
在本发明的方法中,以市场易得的2-氯吡啶为起始原料用双氧水在催化剂存在下反应生成式III,然后与乙醇钠反应生成式IV,然后式IV无需处理直接酸催化一锅反应生成产物HOPO(式I)。
在上述反应流程的基础上,本发明还对反应的工艺条件进行了优化,不仅减少了副反应的发生,还显著提高了反应收率和产品的纯度,而且反应条件温和有利于工业化生产。
在具体的实施方式中,所述方法包括以下步骤:
1)式II所示2-氯吡啶在催化剂C1和酸A1存在下与双氧水氧化反应,从而生成式III所示2-氯吡啶N-氧化物;
2)将步骤1)获得的式III所示2-氯吡啶N-氧化物与乙醇钠缩合反应,从而生成式IV所示2-乙氧基-N-氧化物;
3)将步骤2)获得的式IV所示2-乙氧基-N-氧化物与酸性催化剂C2反应,从而获得式I所示2-羟基吡啶-N氧化物。
本发明的方法中采用的催化剂C1可以是甲基三氧化铼(MTO)或三氧化钼,优选甲基三氧化铼;采用的酸A1可以是硫酸氢钠或硫酸氢钾,优选硫酸氢钠。
本发明的方法中,催化剂C1的用量百分比可以为:1%mol-5%mol,优选2%mol-3%mol;所述酸A1的用量百分比为:0.5%mol-5%mol,优选0.5%mol-2%mol。
在优选的实施方式中,在步骤2)中,在温度T1下,将步骤1)获得的式III所示2-氯吡啶N-氧化物在溶剂S1中与乙醇钠缩合反应H1小时,从而生成式IV所示2-乙氧基-N-氧化物。所述溶剂S1可以是甲醇、乙醇、甲苯或其组合;优选乙醇。所述温度T1可以是30-75℃;优选50-55℃。所述反应时间H1可以是1-5小时,优选2-3小时。所述乙醇钠可以采用任何形式加入反应体系,优选乙醇钠的乙醇溶液。
在优选的实施方式中,在步骤3)中,在温度T2下,将步骤2)获得的式IV所示2-乙氧基-N-氧化物与酸性催化剂C2反应H2小时,从而获得式I所示2-羟基吡啶-N氧化物。所述酸性催化剂C2可以是氯化氢气体、浓盐酸或硫酸;优选氯化氢气体。所述反应时间H2可以是6-14小时;优选7-9小时。所述温度T2可以是50-85℃;优选80-85℃。
采用本发明的方法可以极大程度提高反应收率。在优选的实施方式中,所述方法获得式I所示2-羟基吡啶-N氧化物的收率>75%;优选>80%;更优选>91%;特别是,从式III所示2-氯吡啶N-氧化物到最终获得式I所示2-羟基吡啶-N氧化物的收率>80%;优选>84%;更优选>95%。
本发明的优点:
1.本发明提供了全新的制备2-羟基吡啶-N氧化物的方法;
2.采用本发明的方法制备2-羟基吡啶-N氧化物的反应收率显著提高;
3.采用本发明的方法制备2-羟基吡啶-N氧化物,能够减少副反应的发生,从而有利于提高最终产品的纯度;和
4.本发明方法的反应条件温和,对环境友好,从而有利于工业化生产。
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件,或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明,否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。
实施例
材料与方法
以下实施例中使用的试剂均是市售可得的常规试剂。
式I化合物的HPLC检测方法
色谱柱:XBridgeTM C18,4.6mm*150mm,3.5um或类似柱;
柱温:30℃;
流速:1.0ml/min;
检测波长:318nm;
进样量:5μl;
运行时间:15min,后运行时间:5min;
稀释液:1ml氨水至250ml纯水中:乙腈=1:1;
流动相:A:10.38g 25%四丁基氢氧化铵水溶液+1ml氨水至1L纯水中;
B:乙腈
时间(min) 0 3 6 7 15
A(%) 90 60 10 90 90
B(%) 10 40 90 10 10
实施例1:合成式III化合物
不同催化剂C1对比
反应瓶中分别加入56.5g(0.498mol)的2-氯吡啶(式II),1号瓶中加入催化剂三氧化钼2.88g(0.02mol),2号瓶中加入催化剂甲基三氧化铼2.49g(0.01mol),2个反应瓶中分别加入5.65g(0.047mol)的硫酸氢钠,85克35%的双氧水,加完后搅拌升温到65-70℃反应8小时,冷却至室温。滴加硫代硫酸钠溶液至反应液用碘化钾试纸检测不再变蓝。2批反应液用分别用100ml二氯甲烷萃取3次,合并二氯甲烷后用硫酸镁干燥。过滤,滤液浓缩二氯甲烷至恒重,得到式III粗品,计算收率,用HPLC检测纯度如下表1。
表1
实施例2:合成式III化合物
催化剂用量对比研究
取三个反应瓶分别加入56.5g(0.498mol)的2-氯吡啶(式II),5.65g(0.047mol)的硫酸氢钠,85克35%的双氧水。然后一号瓶加入2.48g(0.00995mol)的甲基三氧化铼,二号瓶加入3.10g(0.01245mol)的甲基三氧化铼,三号瓶加入3.72g(0.01493mol)的甲基三氧化铼,加完后搅拌升温到65-70℃反应8小时,冷却至室温。用滴加硫代硫酸钠溶液至反应液用碘化钾试纸检测不再变蓝。3批反应液用分别用100ml二氯甲烷萃取3次,合并二氯甲烷后用硫酸镁干燥。过滤,滤液浓缩二氯甲烷至恒重,得到式III粗品,计算收率,用HPLC检测纯度如下表2。
表2
实施例3:合成式III化合物
不同A1对比研究
取三个反应瓶分别加入56.5g(0.498mol)的2-氯吡啶(式II),3.10g(0.01245mol)的甲基三氧化铼,85g 35%的双氧水。然后一号瓶加入5.65g(0.047mol)硫酸氢钠,二号瓶加入6.40g(0.047mol)硫酸氢钾,三号瓶加入4.61g(0.047mol)硫酸,加完后搅拌升温到65-70℃反应8小时,冷却至室温后用硫代硫酸钠处理反应液,碘化钾试纸不再变蓝。3批反应液分别用100ml二氯甲烷萃取3次,合并二氯甲烷后用硫酸镁干燥。过滤,滤液浓缩二氯甲烷至恒重,得到式III粗品,计算收率,用HPLC检测纯度如下表3。
表3
实施例4:合成式III化合物
硫酸氢钠用量的对比研究
取三个反应瓶分别加入56.5g(0.498mol)2-氯吡啶(式II),3.10g(0.01245mol)甲基三氧化铼,85g 35%的双氧水。然后一号瓶加入2.83g(0.024mol)硫酸氢钠,二号瓶加入5.65g(0.047mol)硫酸氢钠,三号瓶加入11.3g(0.094mol)硫酸氢钠。加完后搅拌升温到65-70℃反应8小时,冷却至室温后用硫代硫酸钠处理反应液,碘化钾试纸不再变蓝。3批反应液分别用100ml二氯甲烷萃取3次,合并二氯甲烷后用硫酸镁干燥。过滤,滤液浓缩二氯甲烷至恒重,得到式III粗品,计算收率,用HPLC检测纯度如下表4。
表4
实施例5:合成式III化合物
反应瓶中加入56.5g(0.498mol)2-氯吡啶(式II),3.10g(0.01245mol)甲基三氧化铼,5.65g(0.047mol)硫酸氢钠,85g 35%的双氧水,加完后搅拌升温到65-70℃反应8小时,冷却至室温后用硫代硫酸钠处理反应液,碘化钾试纸不再变蓝。反应液分别用100ml二氯甲烷萃取3次,合并二氯甲烷后用硫酸镁干燥。过滤,滤液浓缩二氯甲烷至恒重,得到式III粗品61.30g,HPLC:98.7%,收率:95.1%。
实施例6:合成式I化合物
不同溶剂S1对比
三个反应瓶中加入25.8g(0.199mol)式III化合物和20%的乙醇钠溶液68g(0.2mol),加完后一号反应瓶加入100ml甲醇,二号反应瓶加入100ml乙醇,三号反应瓶加入100ml甲苯。加完后65℃反应2小时,然后通入氯化氢气体9.5克(0.26mol)继续反应8小时,反应液冷却搅拌出固体后过滤干燥得到目标产品式I(HOPO)计算收率,用HPLC检测纯度如下表5。
表5
实施例7:合成式I化合物
不同温度T1的对比
三个反应瓶中加入25.8g(0.199mol)式III化合物和20%的乙醇钠溶液68g(0.2mol),加入100ml乙醇。加毕,一号反应瓶30-35℃反应2小时,二号反应瓶50-55℃反应2小时,三号反应瓶70-75℃反应2小时。三个反应瓶通入氯化氢气体9.5g(0.26mol)继续反应8小时,反应液冷却搅拌出固体后过滤干燥得到目标产品式I(HOPO)计算收率,用HPLC检测纯度如下表6。
表6
实施例8:合成式IV化合物
反应时间H1对比研究
反应瓶中加入25.8g(0.199mol)式III化合物和20%的乙醇钠溶液68g(0.2mol),加入100ml乙醇。加完后升温至反应液内温50-55℃开始中控反应时间H1。用HPLC检测反应液原料和式IV纯度如下表7。
表7
实施例9:合成式I化合物
催化剂C2对比研究
反应瓶中加入77.4g(0.597mol)式III化合物和20%的乙醇钠溶液204g(0.6mol),加入300ml的乙醇加完后50-55℃反应2小时。然后将反应液分为三个等份后放在三个反应瓶中,一号反应瓶反应完后然后通入氯化氢气体28.5g(0.78mol)继续反应8小时,二号反应瓶加入36%的盐酸溶液79.2g(0.78mol)继续反应8小时,三号反应瓶加50%的硫酸水溶液152.88g(0.78mol)继续反应8小时。三个反应液冷却搅拌出固体后过滤干燥得到目标产品式I(HOPO),计算收率,用HPLC检测纯度如下表8。
表8
实施例10:合成式I化合物
不同温度T2的对比
反应瓶中加入77.4g(0.597mol)的式III化合物和20%的乙醇钠溶液204g(0.6mol),加入300ml的乙醇加完后50-55℃反应2小时。然后将反应液分为三个等份后放在三个反应瓶中,一号反应瓶反应完后然后通入盐酸气28.5g(0.78mol)50-55℃反应8小时,二号反应瓶通入盐酸气28.5g(0.78mol)70-75℃反应8小时,三号反应瓶通入盐酸气28.5g(0.78mol)80-85℃反应8小时。三个反应液冷却搅拌出固体后过滤干燥得到目标产品式I(HOPO)。计算收率,用HPLC检测纯度如下表9。
表9
实施例11:合成式I化合物
反应时间H2对比研究
反应瓶中加入77.4g(0.597mol)的式III化合物和20%的乙醇钠溶液204g(0.6mol),加入300毫升的乙醇加完后50-55℃反应2小时。然后将反应液分为三个等份后放在三个反应瓶中,一号反应瓶反应完后然后通入盐酸气28.5g(0.78mol)80-85℃反应7小时,二号反应瓶通入盐酸气28.5g(0.78mol)80-85℃反应8小时,三号反应瓶通入盐酸气28.5g(0.78mol)80-85℃反应9小时。三个反应液冷却搅拌出固体后过滤干燥得到目标产品式I(HOPO)。计算收率,用HPLC检测纯度如下表10。
表10
实施例12:合成式I化合物
反应瓶中加入77.4g(0.597mol)的式III化合物和20%的乙醇钠溶液204g(0.6mol),加入300ml的乙醇加完后50-55℃反应2小时.然后将反应液通入盐酸气28.5g(0.78mol)80-85℃反应8小时,冷却搅拌出固体后过滤干燥得到目标产品式I(HOPO)63.73g。HPLC:99.96%,收率:96.0%。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述讲授内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (11)

1.一种制备式I所示2-羟基吡啶-N氧化物的方法,所述方法如以下反应式所示:
Figure FDA0004004279450000011
所述方法包括以下步骤:
1)式II所示2-氯吡啶在催化剂C1和酸A1存在下与双氧水氧化反应,从而生成式III所示2-氯吡啶N-氧化物;
2)将步骤1)获得的式III所示2-氯吡啶N-氧化物与乙醇钠缩合反应,从而生成式IV所示2-乙氧基-N-氧化物;
3)将步骤2)获得的式IV所示2-乙氧基-N-氧化物与酸性催化剂C2反应,从而获得式I所示2-羟基吡啶-N氧化物;
其中,催化剂C1为甲基三氧化铼或三氧化钼;
酸A1为硫酸氢钠或硫酸氢钾。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述催化剂C1为甲基三氧化铼(MTO)。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述酸A1为硫酸氢钠。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤2)中,在温度T1下,将步骤1)获得的式III所示2-氯吡啶N-氧化物在溶剂S1中与乙醇钠缩合反应H1小时,从而生成式IV所示2-乙氧基-N-氧化物。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述溶剂S1为甲醇、乙醇、甲苯或其组合;优选乙醇。
6.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述温度T1为30-75℃;优选50-55℃。
7.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述反应时间H1为1-5小时,优选2-3小时。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤3)中,在温度T2下,将步骤2)获得的式IV所示2-乙氧基-N-氧化物与酸性催化剂C2反应H2小时,从而获得式I所示2-羟基吡啶-N氧化物。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述酸性催化剂C2为氯化氢气体、浓盐酸或硫酸;优选氯化氢气体。
10.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述反应时间H2为6-14小时;优选7-9小时。
11.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述温度T2为50-85℃;优选80-85℃。
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