CN117229273B - 一种砜吡草唑及其中间体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种砜吡草唑及其中间体的制备方法。本发明由结构式1所示的化合物和结构式2所示的化合物在碱性水溶液条件下反应得到结构式3所示的砜吡草唑中间体，反应式如下：
Description
技术领域
本发明属于化学化工领域，具体涉及一种砜吡草唑及其中间体的制备方法。
背景技术
砜吡草唑（Pyroxasulfone）化学名称为[3-[(5-二氟甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基)-甲基磺酰基]-4,5-二氢-5,5-二甲基-1,2-噁唑]，分子式是C12H14F5N3O4S，CAS号是447399-55-5，它是日本组合化学工业公司开发的可用于大多数作物田的芽前土壤处理剂，其作用机制与乙草胺及其有关除草剂近似，但其应用作物种类广、生物活性远大于乙草胺与异丙甲草胺。
专利CN101213181A中公布的砜吡草唑关键中间体的合成方法：
,
该方法在碱性条件下发生取代反应，由于底物活性和水体系溶解度差的原因，导致反应收率低于70%。
专利CN111574511A公开了如下工艺路线，5-羟基- 1- 甲基-3-三氟甲基- 1H-吡唑经过羟烷基化、氟甲基化、氯化反应制得中间体：4- (氯甲基) -5- (二氟甲氧基) - 1-甲基-3- (三氟甲基) - 1H 吡唑，中间体与5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑-3基硫脲溴酸盐反应制得关键中间体3-[[5-(二氟甲氧基)- 1- 甲基-3- (三氟甲基) 吡唑-4-基]甲基磺酰基]-5,5-二甲基-4H- 1,2-噁唑，最后氧化反应制得成品砜吡草唑，反应路线如下：
上述工艺路线在氯化工序产生了大量的二氧化硫和盐酸混合废水，在中间体4-(氯甲基) -5- (二氟甲氧基) - 1-甲基-3- (三氟甲基) - 1H 吡唑与5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑-3基硫脲溴酸盐反应工序中产生了大量的含混合盐的氨氮废水，这些废水均很难循环利用处理，对环境不太友好。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种反应条件温和、快速，产率高且对环境友好的砜吡草唑及其中间体的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种结构式3所示的砜吡草唑中间体的制备方法，由结构式1所示的化合物和结构式2所示的化合物在碱性水溶液条件下反应得到，反应式如下：
。
优选地，结构式1所示的化合物由结构式4所示的化合物与结构式5所示的化合物反应得到，反应式如下：
。
优选地，所述碱性水溶液为碱金属的氢氧化物水溶液。
进一步优选地，所述碱金属的氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。
再进一步优选地，所述碱金属的氢氧化物水溶液的浓度为25%~35%。
优选地，所述反应温度为10℃~40℃，进一步优选为15℃~35℃，再进一步优选为15℃~30℃，更进一步优选为20℃~25℃。
优选地，所述的制备方法还包括结构式1所示的化合物和结构式2所示的化合物反应结束后的后处理，所述后处理包括向反应液中加有机溶剂分层萃取，有机相回收有机溶剂后得到所述结构式3所示的砜吡草唑中间体。
优选地，所述化合物1、碱金属的氢氧化物、化合物2的摩尔比为1:（0.9~1.2）:（0.9~1.2），进一步优选为1:（1~1.15）:（1~1.15）。
根据一些具体实施方式，控制在温度20℃以下的条件下，向所述碱性水溶液中加入结构式2所示的化合物，然后在反应温度下，缓慢加入结构式1所示的化合物，保温反应0.5~1.5h。
优选地，结构式4所示的化合物与结构式5所示的化合物在缚酸剂和有机溶剂存在的条件下进行反应，反应温度为-5℃~30℃，反应温度进一步优选为-5℃~20℃，再进一步优选为0℃~15℃，更进一步优选为4℃~10℃。
优选地，所述的制备方法还包括结构式4所示的化合物与结构式5所示的化合物反应结束后的后处理，所述后处理包括向反应液中加水分层萃取，有机相回收有机溶剂后得到所述结构式1所示的化合物。
进一步优选地，所述缚酸剂为三乙胺和/或N,N-二甲基苯胺。
进一步优选地，所述有机溶剂为甲苯、乙酸乙酯、氯苯、乙腈、丁腈、甲基叔丁基醚的一种或多种的混合物。
进一步优选地，所述结构式4所示的化合物、所述缚酸剂和所述结构式5所示的化合物的摩尔比为1：（0.9~1.5）：（0.9~1.2），再进一步优选为1：（1~1.4）：（1~1.2）。
优选地，结构式2所示化合物由结构式9所示的化合物与硫氢化钠反应制得，反应式如下：
。
优选地，所述碱性水溶液为碱金属的氢氧化物水溶液。
进一步优选地，所述碱金属的氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。
再进一步优选地，所述碱金属的氢氧化物水溶液的浓度为25%~35%。
优选地，所述反应温度为10℃~40℃，进一步优选为15℃~35℃，再进一步优选为15℃~30℃，更进一步优选为20℃~25℃。
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优选地，所述化合物1、碱金属的氢氧化物、化合物2的摩尔比为1:（0.9~1.2）:（0.9~1.2），进一步优选为1:（1~1.15）:（1~1.15）。
根据一些具体实施方式，控制在温度20℃以下的条件下，向所述碱性水溶液中加入结构式2所示的化合物，然后在反应温度下，缓慢加入结构式1所示的化合物，保温反应0.5~1.5h。
优选地，结构式4所示的化合物与结构式5所示的化合物在缚酸剂和有机溶剂存在的条件下进行反应，反应温度为-5℃~30℃，反应温度进一步优选为-5℃~20℃，再进一步优选为0℃~15℃，更进一步优选为4℃~10℃。
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进一步优选地，所述缚酸剂为三乙胺和/或N,N-二甲基苯胺。
进一步优选地，所述有机溶剂为甲苯、乙酸乙酯、氯苯、乙腈、丁腈、甲基叔丁基醚的一种或多种的混合物。
进一步优选地，所述结构式4所示的化合物、所述缚酸剂和所述结构式5所示的化合物的摩尔比为1：（0.9~1.5）：（0.9~1.2），再进一步优选为1：（1~1.4）：（1~1.2）。
优选地，结构式2所示化合物由结构式9所示的化合物与硫氢化钠反应制得，反应式如下：
。
进一步优选地，上述反应的反应温度为-5℃~0℃。
再进一步优选地，硫氢化钠以浓度为15%~25%的硫氢化钠水溶液的形式投料，结构式9所示的化合物以浓度为20%~40%的结构式9所示的化合物甲苯溶液通过滴加的方式加入所述硫氢化钠水溶液中，-5℃~0℃保温反应。
更进一步优选地，保温反应结束后静置分层取甲苯层，控制温度20℃~30℃向甲苯油层中加入液碱反应，静置分层出下层水层，水层加入二氯甲烷，控制温度20℃~30℃加入25%~35%盐酸溶液，分层取下层二氯甲烷层，负压脱溶至50℃得到化合物2。
本发明还提供一种砜吡草唑的制备方法，由上述制备方法制备的结构式3所示的砜吡草唑中间体与双氧水反应得到，反应式如下：
。
优选地，将40℃~80℃的含有结构式3所示的砜吡草唑中间体的溶液滴加至双氧水溶液中反应。
进一步优选地，将含有结构式3所示的砜吡草唑中间体的溶液加热至40℃~60℃后滴加至双氧水溶液中。
优选地，所述结构式3所示的砜吡草唑中间体与所述双氧水的摩尔比是1:（2~5）。
进一步优选地，所述含有结构式3所示的砜吡草唑中间体的溶液的溶剂为乙腈、甲醇、乙醇的一种或多种的混合物。
进一步优选地，所述含有结构式3所示的砜吡草唑中间体的溶液的质量浓度为15%~35%。
进一步优选地，所述含有结构式3所示的砜吡草唑中间体的溶液的质量浓度为25%~30%。
进一步优选地，所述结构式3所示的砜吡草唑中间体与双氧水反应的反应温度为50℃~80℃，再进一步优选为40℃~60℃。
进一步优选地，所述双氧水溶液的浓度为10%~35%。
进一步优选地，所述双氧水溶液的浓度为15%~25%。
本发明中结构式1所示的化合物和结构式2所示的化合物在碱性水溶液条件下可温和快速的进行反应，反应过程只产生副产物对甲苯磺酸钠盐的水溶液（经过浓缩后得到对甲苯磺酸钠可作为有价值的副产物），无含氨氮很高的混盐水溶液，整个反应过程容易操作且对环境很友好。
在结构式1所示的化合物的制备过程中，以对甲苯磺酰氯代替氯化亚砜，减少了氯化时产生的二氧化硫和氯化氢气体的废水，反应过程中只有少量的缚酸剂盐酸盐废水，将废水调pH后可将缚酸剂回收循环套用，整个反应过程的水可以循环套用，对环境非常友好。
本发明在砜吡草唑合成过程中采用反滴加方式省掉了催化剂，废水更容易处理。整个反应过程反应条件温和、快速，不会产生难以处理的废水，对环境比较友好。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明的反应过程反应条件温和、快速，收率高且不会产生难以处理的废水，对环境友好，具有广阔的前景。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
以下实施例中，若无特殊说明，所采用的原料、试剂均为市售产品。
本发明中所使用到的结构式4所示的化合物可参照专利CN111574511A实施例1步骤（1），其步骤（1）中的初反应物即为结构式4所示的化合物：5-(二氟甲氧基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-4-甲醇，反应式如下：
。
结构式2所示化合物（3-巯基-5,5二甲基-4,5二氢异噁唑）可参照CN102666502A的实施例5合成3-氯-5,5二甲基-4,5二氢异噁唑或3-溴-5,5二甲基-4,5二氢异噁唑片段后加入硫氢化钠反应制得，反应式如下：
反应瓶内投20%的硫氢化钠水溶液56g，冷却至-5℃~0℃，控制反应温度-5℃~0℃缓慢滴加3-氯-5,5二甲基-4,5二氢异噁唑（0.2mol）的甲苯溶液（29.7g 90%含量的3-氯-5,5二甲基-4,5二氢异噁唑溶于60g甲苯中），约1h滴加结束，滴加结束后-5℃~0℃保温反应6h后HPLC中控，待3-氯-5,5二甲基-4,5二氢异噁唑小于0.5%后静置分层，分出上层甲苯油层；控制温度20℃~30℃向甲苯油层中加入5%液碱96g，搅拌30min，HPLC中控化合物2小于0.5%后静置分层，分出下层水层；下层水层加入二氯甲烷26g，控制温度20℃~30℃加入30%盐酸溶液15.3g，搅拌10min后静置分层，分出下层二氯甲烷油层，将二氯甲烷油层负压脱溶至50℃，得到化合物2的淡黄色油状物13.65g，含量96%，收率50%，核磁氢谱为：1H NMR (500MHz, Chloroform ) δ 2.57 (s, 2H), 1.97 (s, 1H), 1.24 (s, 6H)。
实施例1~2：制备砜吡草唑中间体结构式1所示的化合物（4-（对甲苯磺酰甲氧基）-5-(二氟甲氧基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑），反应式如下：
。
实施例1
在反应瓶内投甲苯102g，5-(二氟甲氧基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-4-甲醇51.3g（96%，0.2mol），三乙胺26.8g（98%，0.26mol），5℃搅拌10min后缓慢分批加入对甲苯磺酰氯42.4g（99%，0.22mol），控制反应温度5℃，分20次加完对甲苯磺酰氯，加完后5℃下保温30min HPLC检测，5-(二氟甲氧基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-4-甲醇小于1%时，加入水50g搅拌10min后分层。下层水调pH至中性后分层分出三乙胺可直接套用，水层可直接套用至合格后用水，套用三次后将水蒸出继续套用。油层直接负压回收甲苯至110℃，瓶内余80g淡黄色油状化合物1（4-（对甲苯磺酰甲氧基）-5-(二氟甲氧基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑），含量95%，收率95%，核磁氢谱为：1H NMR (500 MHz, Chloroform ) δ 8.23(t,J= 114.7 Hz, 1H), 7.84 – 7.68 (m, 2H), 7.55 – 7.36 (m, 2H), 5.29 (s, 2H),3.48 (s, 3H), 2.43 (s, 3H)。
实施例2
在反应瓶内投甲苯102g，5-(二氟甲氧基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-4-甲醇51.3g（96%，0.2mol），N,N-二甲基苯胺31.5g（98%，0.26mol），8℃搅拌10min后缓慢分批加入对甲苯磺酰氯42.4g（99%，0.22mol），控制反应温度8℃，分18次加完对甲苯磺酰氯，加完后5℃下保温30min HPLC检测，5-(二氟甲氧基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-4-甲醇小于1%时，加入水50g搅拌10min后分层。下层水调pH至中性后分层分出N,N-二甲基苯胺可直接套用，水层可直接套用至反应合格后用水，套用三次后将水蒸出继续套用。油层直接负压回收甲苯至110℃，瓶内余80.8g淡黄色油状化合物1（4-（对甲苯磺酰甲氧基）-5-(二氟甲氧基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑），含量94.8%，收率95.7%。
实施例3~4：制备砜吡草唑中间体结构式3所示的化合物（3-[[5-(二氟甲氧基)-1-甲基-3-(三氟甲基)吡唑-4-基]甲基磺酰基]-5,5-二甲基-4H-1,2-噁唑），反应式如下：
。
实施例3
在反应瓶内投30%液碱27.9g（0.209mol），控制温度20℃以下加入96%含量的3-巯基-5,5二甲基-4,5二氢异噁唑27.2g（0.1995mol），加完后搅拌30min，控制20-25℃慢慢加入实施例1中制备的化合物1（80g，95%，0.19mol），加完后搅拌1h后HPLC检测，4-(对甲苯磺酰甲氧基)-5-(二氟甲氧基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H 吡唑小于1%时，加入80g甲苯萃取分层，下层废水直接负压蒸出大部分水后冷却结晶得到98%对甲苯磺酸钠副产；上层甲苯油层负压回收甲苯套用，负压至110℃后停止蒸馏，得到黄色油状化合物3：66.4g，含量96%，收率93.5%。
实施例4
在反应瓶内投30%KOH水溶液39.3g（0.2106mol），控制温度20℃以下加入96%含量的3-巯基-5,5二甲基-4,5二氢异噁唑27.44g（0.201mol），加完后搅拌30min，控制20-25℃慢慢加入实施例2中制备的化合物1（80.8g，94.8%，0.1915mol），加完后搅拌1.5h后检测，4-(对甲苯磺酰甲氧基)-5-(二氟甲氧基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H 吡唑小于1%时，加入80g乙酸乙酯萃取分层，下层废水直接负压蒸出大部分水后冷却结晶得到98%对甲苯磺酸钠副产；上层乙酸乙酯油层先常压回收乙酸乙酯，常压至100℃后负压至100℃停止蒸馏，得到黄色油状化合物3：65.1g，含量95.7%，收率90.6%。
实施例5
制备砜吡草唑，反应式如下：
。
在反应瓶内投85g 20%双氧水（0.5mol），缓慢升温至50℃，开始缓慢滴加实施例3和4制备的化合物3的甲醇溶液（75.6g化合物3（0.2mol），甲醇189g），控制滴加时反应温度在60-65℃，约1h滴加结束，滴加结束后60℃保温30min后升温至70℃继续保温1h HPLC中控检测，化合物3小于0.1%时反应合格，反应合格后缓慢降温至5℃，在5℃搅拌1h后抽滤得砜吡草唑湿品，烘干后得71.5g白色固体粉末砜吡草唑成品，含量98.4%，收率90%，核磁氢谱为：1H NMR (500 MHz, Chloroform ) δ 7.95 (t,J= 114.6 Hz, 1H), 4.67 (s, 2H),3.48 (s, 3H), 2.20 (s, 2H), 1.24 (s, 6H)。
上述实施例只是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者修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种结构式3所示的砜吡草唑中间体的制备方法，其特征在于：由结构式1所示的化合物和结构式2所示的化合物在碱性水溶液条件下反应得到，反应式如下：
。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：结构式1所示的化合物由结构式4所示的化合物与结构式5所示的化合物反应得到，反应式如下：
。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碱性水溶液为碱金属的氢氧化物水溶液；
和/或，所述反应温度为10℃~40℃；
和/或，所述的制备方法还包括结构式1所示的化合物和结构式2所示的化合物反应结束后的后处理，所述后处理包括向反应液中加有机溶剂分层萃取，有机相回收有机溶剂后得到所述结构式3所示的砜吡草唑中间体。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述碱金属的氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾；
和/或，所述化合物1、碱金属的氢氧化物、化合物2的摩尔比为1:（0.9~1.2）:（0.9~1.2）。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：结构式4所示的化合物与结构式5所示的化合物在缚酸剂和有机溶剂存在的条件下进行反应，反应温度为-5℃~30℃；
和/或，所述的制备方法还包括结构式4所示的化合物与结构式5所示的化合物反应结束后的后处理，所述后处理包括向反应液中加水分层萃取，有机相回收有机溶剂后得到所述结构式1所示的化合物。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述缚酸剂为三乙胺和/或N,N-二甲基苯胺；
和/或，所述有机溶剂为甲苯、乙酸乙酯、氯苯、乙腈、丁腈、甲基叔丁基醚的一种或多种的混合物；
和/或，所述结构式4所示的化合物、所述缚酸剂和所述结构式5所示的化合物的摩尔比为1：（0.9~1.5）：（0.9~1.2）。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：结构式2所示化合物由结构式9所示的化合物与硫氢化钠反应制得，反应式如下：
。
8.一种砜吡草唑的制备方法，其特征在于：其包括采用权利要求1至7中任一项所述的制备方法制备结构式3所示的砜吡草唑中间体的步骤和采用所述结构式3所示的砜吡草唑中间体与双氧水反应得到砜吡草唑的步骤，
结构式3所示的砜吡草唑中间体与双氧水反应的反应式如下：
。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：在采用所述结构式3所示的砜吡草唑中间体与双氧水反应得到砜吡草唑的步骤中，将40℃~80℃的含有结构式3所示的砜吡草唑中间体的溶液滴加至双氧水溶液中反应；所述结构式3所示的砜吡草唑中间体与所述双氧水的摩尔比是1:（2~5）。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：在采用所述结构式3所示的砜吡草唑中间体与双氧水反应得到砜吡草唑的步骤中，所述含有结构式3所示的砜吡草唑中间体的溶液的溶剂为乙腈、甲醇、乙醇的一种或多种的混合物；
和/或，所述含有结构式3所示的砜吡草唑中间体的溶液的质量浓度为15%~35%；
和/或，所述结构式3所示的砜吡草唑中间体与双氧水反应的反应温度为50℃~80℃；
和/或，所述双氧水溶液的浓度为10%~35%。
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