CN117327016A - 一种砜吡草唑中间体的制备方法 - Google Patents

一种砜吡草唑中间体的制备方法 Download PDF

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田义群
吴越
彭春雪
郑松林
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D231/00—Heterocyclic compounds containing 1,2-diazole or hydrogenated 1,2-diazole rings
    • C07D231/02—Heterocyclic compounds containing 1,2-diazole or hydrogenated 1,2-diazole rings not condensed with other rings
    • C07D231/10—Heterocyclic compounds containing 1,2-diazole or hydrogenated 1,2-diazole rings not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D231/14—Heterocyclic compounds containing 1,2-diazole or hydrogenated 1,2-diazole rings not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
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Abstract

本发明公开了一种砜吡草唑中间体的制备方法，属于化学合成的技术领域，将1‑甲基‑3‑三氟甲基‑1H‑吡唑‑5‑醇、甲醛在碱性条件下进行羟甲基化反应得到中间体羟基吡唑甲醇，中间体羟基吡唑甲醇继续与二氟氯乙酸钠发生醚化反应得到5‑二氟甲氧基‑1‑甲基‑3‑三氟甲基‑1H‑吡唑‑4‑甲醇；其中醚化反应温度为40~90℃，羟基吡唑甲醇与二氟氯乙酸钠的摩尔比为1：1~3。本发明合成路线与现有合成路线相比，不需要使用有机溶剂和二氟一氯甲烷气体氟化试剂，反应条件温和，操作简便，更绿色环保。

Description

一种砜吡草唑中间体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种砜吡草唑及其中间体的合成方法，具体涉及一种采用1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-5-醇、甲醛、二氟氯乙酸钠合成砜吡草唑中间体5-二氟甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲醇的方法，属于砜吡草唑制备技术领域。
背景技术
砜吡草唑(Pyroxasulfone)是一种异噁唑类除草剂，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-异噁唑，分子式为C12H14F5N3O4S，分子量为391.32，CAS登录号为447399-55-5，熔点为157.6℃，水中溶解度为：0.17mg/L(25℃)。其结构如下：
砜吡草唑是由日本组合化学和庵原化学公司联合开发的一种可以用于防除大多数作物田的苗前土壤处理除草剂。其作用机制是被杂草幼根与幼芽吸收之后，破坏杂草幼苗的分生组织与胚芽鞘，抑制杂草植物体内超长侧链脂肪酸合成，从而达到抑制杂草幼苗早期生长的作用。砜吡草唑能够有效防除稗草、马唐、狗尾草、鹅观草、棒头草、黑麦草等禾本科杂草和苘麻、苋、藜、曼陀罗、紫草、播娘蒿、野豌豆等阔叶杂草，因其具有杀草谱广、活性高、用量低、持效期长、安全性好等优点而在国内具有较好市场应用前景。
5-二氟甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲醇则是合成砜吡草唑的重要中间体。
目前，现有制备5-二氟甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲醇的主要方法是：以1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑为原料，在有机溶剂及碱液存在下，与甲醛进行羟甲基化反应，得到羟基吡唑甲醇；羟基吡唑甲醇与二氟一氯甲烷进行醚化反应，得到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：
该方法的不足在于：(1)羟甲基化过程中一般使用有机溶剂，溶剂回收会增加额外的生产成本；(2)羟基吡唑甲醇与二氟一氯甲烷进行醚化反应过程中过量未反应的二氟一氯甲烷气体回收能耗较高，排放到大气中会导致臭氧含量下降，对环境造成危害；(3)该反应使用了二氟一氯甲烷气体作为醚化试剂，在工业化生产中也会存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种操作简便、对环境更友好、反应收率和产物纯度均较高、适合工业化生产的5-二氟甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲醇制备方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种砜吡草唑中间体的制备方法，它是以1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑为原料，在碱液存在下，与甲醛进行羟甲基化反应，得到羟基吡唑甲醇中间体1；羟基吡唑甲醇与二氟氯乙酸钠进行醚化反应，生成砜吡草唑中间体5-二氟甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲醇，即中间体2。
反应式如下：
1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇与甲醛反应合成中间体羟基吡唑甲醇，该反应为亲核取代反应，反应快速，无须催化剂的加入，在水环境下进行反应，反应无需处理即可进行下一步反应，大大简化了工艺流程。所述的工艺步骤如下：
S1：将1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-5-醇溶于碱液中搅拌，将甲醛溶液滴入，继续搅拌至1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑反应完全，得到中间体1；
S2：将二氟氯乙酸钠加入步骤S1中，升温至羟基吡唑甲醇反应完全，得到中间体2；
S3：将S2的中间体2冷却至室温，调节反应液pH至2以内，加入乙酸乙酯和水进行萃取，合并有机相，减压蒸馏回收乙酸乙酯，得到淡黄色液体即砜吡草唑中间体2。
进一步的，羟基吡唑甲醇在碱液下进行反应，碱液提供的碱性环境有利于反应的进行。所述的碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、碳酸钾溶液中的一种，常用的为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
进一步的，所述步骤S1中，所述碱液的质量浓度优选为5～50％，更优选为10～40％，最优选为15～30％。
进一步的，所述步骤S1中，所述的碱液与1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑的摩尔比为1～5：1，优选为1～3：1；所述甲醛与1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑的摩尔比为1～2：1。
甲醛溶液的浓度为30-37％，反应温度为0～30℃。
进一步的，1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇在碱性环境下与甲醛进行羟甲基化反应，当通过HPLC法检测到1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇含量很低时加入二氟氯乙酸钠，以此减少副反应并发生提高原料的转化率。
进一步的，所述步骤S2中，所述的二氟氯乙酸钠与1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑的摩尔比为所述的二氟氯乙酸钠与中间体1的摩尔比为1～5：1，优选为1～3：1，进一步优选为1.5～2.5：1；不需任何催化剂；所述的羟甲基化反应温度为40～95℃，更优选为55～90℃，最优选为70～90℃。
进一步的，所述步骤S2中选择性加入溶剂，所述的溶剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二乙基甲酰中的一种。所述的溶剂为水时，若反应产物中含有水，可以不加入水；所述的溶剂为本申请中非水溶剂时，则在步骤1中经减压蒸馏除去溶剂水后，再加入其他本案中非水溶剂。
水作为溶剂，其作用是为反应的进行提供良好的均相环境，其用量可以根据反应容器的利用率、反应效率、反应进行的困难度等情况进行选择。
进一步的，合成步骤S1简洁、反应条件温和，无须特殊催化剂和有机溶剂，仅在碱液中进行反应即可。反应温度优选为10～25℃，反应温度较低，能耗低。该反应温度指的是1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇和甲醛的反应温度。
本发明的优点在于：
(1)羟甲基化过程中无需有机溶剂，降低了生产成本；
(2)羟基吡唑甲醇与二氟一氯甲烷进行醚化反应过程中未反应的二氟一氯甲烷气体回收困难且难以处理，排放到大气中会导致臭氧含量下降，对环境造成危害；利用二氟氯乙酸钠代替二氟一氯甲烷，反应更易于控制，同时对环境更加友好。
(3)整个合成过程和后处理过程操作简单，反应得到的产物容易分离、方便处理，简化了生产工艺，适合工业化大生产。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。为对本发明实施例中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作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。
下述实施例中，如无特别说明，所述浓度均为质量百分浓度。
5-二氟甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲醇的合成
实施例1
向50mL的三口烧瓶中加入1.00g 1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑(6.02mmol,1.0eq.)，然后加入1.00g浓度为30％的氢氧化钠水溶液(9.03mmol,1.5eq.)中,将温度控制在10℃；然后向三口烧瓶中缓慢滴加0.72g浓度为37％的甲醛溶液(7.24mmol,1.2eq.),控制在半小时以内滴完；滴加结束后将温度控制在15℃，搅拌3h后用HPLC检测无1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑，反应结束，加入1.38g二氟氯乙酸钠(9.03mmol,1.5eq.)，然后加热至80℃搅拌反应，6h后用HPLC检测无羟基吡唑甲醇，反应结束，向反应中加入2.00mol/L的盐酸溶液调节pH＝2，然后用乙酸乙酯萃取(30mL×3)，将有机相合并之后减压蒸馏，得到1.37g的5-二氟甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲醇，淡黄色油状液体，含量：92.91％，产率：92.60％。
实施例2
向50mL的三口烧瓶中加入1.00g 1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑(6.02mmol,1.0eq.)，然后加入1.70g浓度为30％的氢氧化钾水溶液(9.03mmol,1.5eq.)中,将温度控制在5℃；然后向三口烧瓶中缓慢滴加0.72g浓度为37％的甲醛溶液(7.24mmol,1.2eq.),控制在半小时以内滴完；滴加结束后将温度控制在5℃，搅拌5h后用HPLC检测无1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑，反应结束，然后加入1.84g二氟氯乙酸钠(12.04mmol,2.0eq.),然后加热至65℃搅拌反应，6h后用HPLC检测无羟基吡唑甲醇，反应结束,向反应中加入2mol/L的盐酸溶液调节pH＝2，然后用乙酸乙酯萃取(30mL×3)，将有机相合并之后减压蒸馏，得到1.28g的5-二氟甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲醇，淡黄色油状液体，含量：91.31％，产率：86.52％。
实施例3:
向50mL的三口烧瓶中加入1.00g 1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑(6.02mmol,1.0eq.)，然后加入6.24g浓度为40％的碳酸钾水溶液(18.06mmol,3.0eq.)中,将温度控制在15℃；然后向三口烧瓶中缓慢滴加0.74g浓度为37％的甲醛溶液(9.03mmol,1.5eq.),控制在半小时以内滴完；滴加结束后将温度控制在15℃，搅拌7h后用HPLC检测无1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑，减压蒸馏去除溶剂。后加入1.30g四氢呋喃(18.02mmol,3.0eq.)和1.20g二氟氯乙酸钠(7.83mmol,1.3eq.),并加热至60℃搅拌反应，6h后用HPLC检测无羟基吡唑甲醇，反应结束,向反应液中加入2mol/L的盐酸溶液调节pH＝2，随后用乙酸乙酯萃取(30mL×3)，将有机相合并之后减压蒸馏，得到1.19g5-二氟甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲醇，淡黄色油状液体，含量：88.90％，产率：80.41％。
实施例4：
向50mL的三口烧瓶中加入1.00g 1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑(6.02mmol,1.0eq.)，然后加入6.24g浓度为40％的碳酸钾水溶液(18.06mmol,3.0eq.)中,将温度控制在8℃；然后向三口烧瓶中缓慢滴加0.74g浓度为37％的甲醛溶液(9.03mmol,1.5eq.),控制在半小时以内滴完；滴加结束后将温度控制在15℃，搅拌4h后用HPLC检测无1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑，反应结束后减压去除水，加入1.32g N,N-二甲基甲酰胺溶解中间体1后加入1.20g二氟氯乙酸钠(7.83mmol,1.3eq.),并加热至90℃搅拌反应，5h后用HPLC检测无羟基吡唑甲醇，反应结束,向反应液中加入2mol/L的盐酸溶液调节pH＝2，随后用乙酸乙酯萃取(30mL×3)，将有机相合并之后减压蒸馏，得到1.35g5-二氟甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲醇，淡黄色油状液体，含量：93.90％，产率：91.52％。
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 (8)

1.一种砜吡草唑中间体的合成方法，其特征在于:反应式为，
以1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑为原料，在碱液存在下，与甲醛进行羟甲基化反应，得到羟基吡唑甲醇中间体1；羟基吡唑甲醇中间体1与二氟氯乙酸钠进行醚化反应，得到醚化吡唑甲醇中间体2。
2.根据权利要求1所述的砜吡草唑中间体的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-5-醇溶于碱液中搅拌，将甲醛溶液滴入，继续搅拌至1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑反应完全，得到中间体1；
S2：将二氟氯乙酸钠加入步骤S1中，升温至羟基吡唑甲醇反应完全，得到中间体2；
S3：将S2的中间体2冷却至室温，调节反应液pH至2以内，加入乙酸乙酯和水进行萃取，合并有机相，减压蒸馏回收乙酸乙酯，得到淡黄色液体即砜吡草唑中间体2。
3.根据权利要求2所述的砜吡草唑中间体的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述的碱液与1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑的摩尔比为1～5：1，优选为1～3：1；所述甲醛与1-甲基-3-三氟甲基-5-羟基-1H-吡唑的摩尔比为1～2：1。
4.根据权利要求2所述的砜吡草唑中间体的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述的碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、碳酸钾溶液中的一种，所述碱液质量浓度为5～50％的碱液中，优选为10～40％，更优选为15～30％。
5.根据权利要求2所述的砜吡草唑中间体的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中，甲醛溶液的浓度为30-37％，反应温度为0～30℃。
6.根据权利要求2所述的砜吡草唑中间体的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述的二氟氯乙酸钠与中间体1的摩尔比为1～5：1，优选为1.5～2.5：1。
7.根据权利要求2所述的砜吡草唑中间体的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中选择性加入溶剂，所述的溶剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二乙基甲酰中的一种。
8.根据权利要求2所述的砜吡草唑中间体的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中，反应温度为40～95℃，优选为55～90℃。
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