CN116444452A - 一种用于合成苯唑草酮的中间体i的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于精细化工领域，涉及一种用于合成苯唑草酮的中间体I的制备工艺，该工艺包括：（1）在50‑150℃下，化合物II与氰乙酸酯进行取代反应，然后降低温度，对取代中间产物依次进行氧化和酯化反应，得到化合物III；（2）在钯碳催化剂存在下，在‑10‑10℃和氮气气氛下，化合物III与硝基烷烃反应，得到化合物IV；（3）在钯碳催化剂存在下，在20‑50℃下，将化合物IV加氢还原，得到化合物V；（4）将化合物V氧化，再与乙烯进行合环反应，得到中间体I；其中，在化合物I‑V的结构式中，R为C1‑C3烷基中的任一种。该工艺原料廉价且易获得，反应条件温和，纯度和收率较高，适合工业化成产。整体制备工艺的合成路线如下所示：
Description
技术领域
本发明属于精细化工领域，涉及一种用于合成苯唑草酮的中间体I的制备工艺。
背景技术
苯唑草酮是巴斯夫首创研制的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)抑制剂，称为苯唑草酮或苯吡唑草酮，商品名为Campus或“苞卫”，能有效防除玉米地一年生禾本科杂草和阔叶杂草，对玉米安全，因此，其使用范围已逐渐扩大至水稻及甘蔗等作物，且与其他农药可安全进行复配使用。据报道，2018年全球苯唑草酮市场规模约为1.09亿美元，原药应用总量约为269.35t，其中玉米田市场占比65.55%，其他作物约占34.45%。虽然苯唑草酮具有优异的药效和广阔的市场前景，但其难度极高的合成工艺使其售价高昂，限制了它的广泛使用。
目前，苯唑草酮的制备工艺主要包括以下两条路线：
路线1
路线2
具体地，据专利文献US20026469176记载，路线1中反应原料化合物（8）的制备需要经过超低温反应构建异噁唑环，同时该路线还使用了剧毒的一氧化碳和昂贵的金属钯催化剂，由此造成高昂的成本。而据专利文献CN103788083A的记载，路线2中反应原料化合物（7）的制备如路线3所示，该路线中，起始原料来源困难。也可以参照专利文献US20026469176中的方法制备，在转变为羧基的过程中，正丁基锂需要在-100℃至-60℃的超低温条件下反应，这对于工业化生产来说，难于操作。
路线3
综上，现有的制备苯唑草酮及中间体的方法存在起始原料来源困难、反应条件苛刻、收率和纯度低以及成本较高等问题。因此，寻求成本较低、合成条件温和、且产物收率和纯度高的苯唑草酮及其中间体的制备方法一直是本领域研究热点和目标。
发明内容
针对现有技术合成苯唑草酮及中间体中存在的不足，本申请的发明人旨在提供一种新的、更环保、更低成本的用于合成苯唑草酮的中间体I的制备工艺，及一种合成苯唑草酮的工艺。
第一方面，本发明提供了一种用于合成苯唑草酮的中间体I的制备工艺，包括：
（1）在50-150℃下，化合物II与结构式（1）所示的氰乙酸酯进行取代反应，然后在10-100℃下，取代中间产物依次进行氧化和酯化反应，得到化合物III；
（2）在钯碳催化剂存在下，在-10-10℃和氮气气氛下，化合物III与硝基烷烃反应，得到化合物IV；
（3）在钯碳催化剂存在下，在20-50℃下，将化合物IV加氢还原，得到化合物V；和
（4）将化合物V氧化，再与乙烯进行合环反应，得到式（I）所示的中间体I；
其中，在结构式（1）和化合物I-V的结构式中，R独立地表示C1-C3烷基中的任一种；
结构式（1）
所述制备工艺的整体路径如路线I所示：
路线I。
进一步地，步骤（1）整体上为一锅法的反应。在优选的80-120℃下，化合物II与氰乙酸酯在非质子极性溶剂中进行取代反应1-10h，优选地，反应2-5h。该非质子极性溶剂为选自N,N-二甲基甲酰胺DMF、N,N-二甲基乙酰胺DMAC、二甲基亚砜DMSO和N-甲基吡咯烷酮NMP中的任一种；优选地，该非质子极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF。该氰乙酸酯为氰乙酸甲酯、氰乙酸乙酯或氰乙酸丙酯。
进一步地，步骤（1）中，在优选的50-80℃下，向取代中间产物添加氧化剂，以进行氧化反应1-10h；优选地，反应2-5h。该氧化剂为双氧水。优选地，反应物II与氧化剂的摩尔比为1：0.95-2，优选地，1：1-1.5。
进一步地，步骤（1）中，进一步加入硫酸作为催化剂，在室温下反应生成化合物III。
进一步地，步骤（2）中，硝基烷烃为硝基甲烷、硝基乙烷或硝基丙烷。
进一步地，步骤（2）中，在-10-10℃，优选0-5℃下，反应时间1-10h，优选地，反应2-6h，以生成化合物IV，其中该步骤中的溶剂为甲醇、乙醇或THF，优选地，甲醇。
进一步地，步骤（3）中，在钯碳催化剂存在下，压强2-5MPa下，在卤代烷烃中进行还原反应1-10h，优选地，反应2-6h。
进一步地，步骤（3）中，该卤代烷烃为氯代C2-C5烷烃；更优选地，二氯代乙烷。
进一步地，步骤（4）中，在0-5℃下，化合物IV与氧化剂次氯酸钠的摩尔比为1：1-5，优选地，1：1-2，发生氧化反应1-10h，更优选地，反应2-6h。
进一步地，步骤（4）中，优选地，在0-5℃下，化合物IV与乙烯的投料比为1：2-20，优选地，1：2-5下，发生环合反应1-10h，更优选地，反应2-6h。
第二方面，本发明提供了一种合成苯唑草酮的工艺，其包括上文所述中间体I的制备工艺。
有益效果
通过本发明上述技术方案，本发明克服了现有技术中存在技术不足，获得了一种新的、更适合工业化生产苯唑草酮的中间体I的制备工艺。
与现有中间体I的制备工艺相比，本发明采用起始原料化合物II相对容易获得，且反应步骤1-4操作简单，中间反应条件温和，克服了一些合成工艺中如插羰反应条件苛刻及成本高等问题。这个合成路线条件温和，中间产物及目标产物中间体I的收率高，且成本较低，有利于工业化生产。
而且，该工艺中所使用的非质子极性溶剂还可以回收再利用，无污染，适合工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的解释，但是并不以任何方式限制本发明，在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所属领域的普通技术人员来说，能够实现的任何改动、改造或者等同替换方法都将落入本发明的权利要求范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明中，在没有特别说明的情况下，室温指的是20-25℃。
本发明的合成路线中，中间产物和目标产物的含量（纯度）通过液相色谱（AgilentHPLC 1260）测得。反应的转化率和选择性通过以下公式计算：
转化率=（原料投入摩尔量-产物中残留的原料摩尔量）/原料投入摩尔量×100%。
选择性=目标产物的实际摩尔量/目标产物的理论摩尔量×100%。
本发明的实施例提供一种用于合成苯唑草酮的中间体I的制备工艺，具体地，如路线I所示，该工艺包括：
（1）在50-150℃下，化合物II与结构式（1）所示的氰乙酸酯进行取代反应，然后在10-100℃下，取代中间产物依次进行氧化和酯化反应，得到化合物III；
（2）在钯碳催化剂存在下，在-10-10℃和氮气气氛下，化合物III与硝基烷烃反应，得到化合物IV；
（3）在钯碳催化剂存在下，在20-50℃下，将化合物IV加氢还原，得到化合物V；和
（4）将化合物V氧化，再与乙烯进行合环反应，得到式（I）所示的中间体I；
其中，在结构式（1）和化合物I-V的结构式中，R独立地表示C1-C3烷基中的任一种；
结构式（1）；
所述制备工艺的整体路径如路线I所示：
路线I。
进一步地，步骤（1）整体上为一锅法的反应。步骤（1）中，在优选的80-120℃下，化合物II与氰乙酸酯在非质子极性溶剂中进行取代反应1-10h，优选地，反应2-5h。该非质子极性溶剂为选自N,N-二甲基甲酰胺DMF、N,N-二甲基乙酰胺DMAC、二甲基亚砜DMSO和N-甲基吡咯烷酮NMP中的任一种；优选地，该非质子极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF。该氰乙酸酯为氰乙酸甲酯、氰乙酸乙酯或氰乙酸丙酯。
进一步地，步骤（1）中，在优选的50-80℃下，向取代中间产物添加氧化剂，以进行氧化反应1-10h；优选地，反应2-5h。该氧化剂为双氧水。优选地，反应物II与氧化剂的摩尔比为1：0.95-2，优选地，1：1-1.5。
进一步地，步骤（1）中，进一步加入硫酸作为催化剂，在室温下反应生成化合物III。
进一步地，步骤（2）中，硝基烷烃为硝基甲烷、硝基乙烷或硝基丙烷。
进一步地，步骤（2）中，在优选的0-5℃下，反应时间1-10h，优选地，反应2-6h，以生成化合物IV，其中该步骤中的溶剂为甲醇、乙醇或THF，优选地，甲醇。
进一步地，步骤（3）中，在钯碳催化剂存在下，压强2-5MPa下，在卤代烷烃中进行还原反应1-10h，优选地，反应2-6h。该卤代烷烃为氯代C2-C5烷烃；更优选地，二氯代乙烷。
进一步地，步骤（4）中，在0-5℃下，化合物IV与氧化剂次氯酸钠的摩尔比为1：1-5，优选地，1：1-2，发生氧化反应1-10h，更优选地，反应2-6h。
进一步地，步骤（4）中，优选地，在0-5℃下，化合物IV与乙烯的投料比为1：2-20，优选地，1：2-5下，发生环合反应1-10h，更优选地，反应2-6h。
基于上述实施例记载的中间体I的制备工艺，本发明还提供了一种合成苯唑草酮的工艺。
在下述实施例中，化合物II可以参照专利文献WO 2018/160891 A1公开的方法进行制备，或者购买获得。以化合物II为原料，按照本发明上述路线I制备中间体I。
实施例1: 化合物III的制备
在室温下，向装有机械搅拌、温度计、冷凝管的1L四口瓶中，依次加入1mol原料化合物II，DMF500g，加热至80℃下，开始滴加氰乙酸甲酯，持续滴加5h；采用高效液相色谱（HPLC）分析检测反应进度，待原料面积占所有峰面积的百分比＜0.2%后，停止搅拌，终止反应；过滤除去盐后，减压蒸馏，回收溶剂；
向中间产物加入乙酸乙酯，加热50℃，滴加2mol双氧水，滴加时间3h；HPLC监控反应进度，静止分层；
加入甲醇100g，硫酸10g，加热回流10h，降低至室温下进行酯化反应；蒸馏回收溶剂，即可获得化合物III213.8g。以化合物I为基准，经计算，化合物III收率80%，纯度95%。
实施例2：化合物IV的制备
向1L高压釜中，依次加入1mol化合物III、300g甲醇，5g Pa/C，在5-10℃下，氮气置换3次，在5-10℃下继续保温，反应1h；采用高效液相色谱（HPLC）分析检测，当反应体系中化合物III占所有峰面积的百分比＜0.1%后，停止反应，生成化合物IV；过滤，回收催化剂，减压脱除甲醇后，得到化合物IV，238.00g。以化合物III为基准，经计算，化合物IV收率为95%，纯度为95%。
实施例3：化合物V和I的制备
本发明实施例可以采用一锅法制备化合物V和I。
向装有机械搅拌、温度计、冷凝管的1L四口瓶中，加入1mol化合物IV，5g Pa/C，200g 1,2-二氯乙烷，在温度30-40℃下，开始滴加1.2mol次氯酸钠，滴加时间2h；采用HPLC分析检测反应进度，当体系中式化合物IV占所有峰面积的百分比＜0.5%后，停止反应。
将含有化合物V反应体系作为母液转入高压釜中，通入10kg的乙烯气体，在0-5℃下反应10h，直到压力稳定不变为止，停止反应；减压脱溶，除去1,2-二氯乙烷，得到化合物I250.33g。以化合物III为基准，经计算，收率为90%，纯度为95%。
从上述实施例，可以看出，反应条件及对设备要求苛刻度不高，中间产物收率较高；整体生产成本低，溶剂、催化剂还可以回收再利用，基本无污染，适合工业化生产。与背景技术中提及的现有技术相比，该制备工艺能够得到纯度和收率更高的中间体I，在具体的实施例中，本发明路线I所获得中间I的收率超过68%以上，纯度达到95%以上。
Claims (9)
1.一种用于合成苯唑草酮的中间体I的制备工艺，其特征在于，该制备工艺包括：
（1）在50-150℃下，化合物II与结构式（1）所示的氰乙酸酯进行取代反应，然后降低温度，对取代中间产物依次进行氧化和酯化反应，得到化合物III；
（2）在钯碳催化剂存在下，在-10-10℃和氮气气氛下，化合物III与硝基烷烃反应，得到化合物IV；
（3）在钯碳催化剂存在下，在20-50℃下，将化合物IV加氢还原，得到化合物V；和
（4）将化合物V氧化，再与乙烯进行合环反应，得到式（I）所示的中间体I；
其中，在结构式（1）和化合物I-V的结构式中，R独立地表示C1-C3烷基中的任一种；
结构式（1）；
所述制备工艺的整体路径如路线I所示：
路线I。
2.根据权利要求1所述的中间体I的制备工艺，其特征在于，步骤（1）整体上为一锅法的反应，该步骤进一步包括：
在80-120℃下，化合物II与氰乙酸酯在非质子极性溶剂中进行取代反应；其中该非质子极性溶剂为选自N,N-二甲基甲酰胺DMF、N,N-二甲基乙酰胺DMAC、二甲基亚砜DMSO和N-甲基吡咯烷酮NMP中的任一种；该氰乙酸酯为氰乙酸甲酯、氰乙酸乙酯或氰乙酸丙酯；
在10-100℃下，向取代中间产物添加氧化剂，以进行氧化反应；其中该氧化剂为双氧水；和
在硫酸催化剂存在下，在室温下反应，得到化合物III。
3.根据权利要求2所述的中间体I的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，反应物II与氧化剂的投料摩尔比为1：0.95-2。
4.根据权利要求1所述的中间体I的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，硝基烷烃为硝基甲烷、硝基乙烷或硝基丙烷。
5.根据权利要求1所述的中间体I的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，在0-5℃下反应生成化合物IV，其中该步骤中溶剂为甲醇、乙醇或THF。
6.根据权利要求1所述的中间体I的制备工艺，其特征在于，步骤（3）中，在钯碳催化剂存在下，压强2-5MPa下，在卤代烷烃中进行还原反应1-10h，其中该卤代烷烃为氯代C2-C5烷烃。
7.根据权利要求1所述的中间体I的制备工艺，其特征在于，步骤（4）中，在0-5℃下，化合物IV与氧化剂次氯酸钠的摩尔比为1：1-5。
8.根据权利要求1所述的中间体I的制备工艺，其特征在于，步骤（4）中，在0-5℃下，化合物IV与乙烯的投料比为1：2-20。
9.一种合成苯唑草酮的工艺，其包括上述权利要求1-8中任一项所述中间体I的制备工艺。
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