CN117417333A - 一种砜吡草唑的合成工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种砜吡草唑的合成工艺，采用无机碱KOH作为催化剂，能够以较低的生产成本、较高的收率得到关键中间体4‑(((5,5‑二甲基‑二氢异恶唑‑4‑基)硫代)甲基)‑1‑甲基‑3‑(三氟甲基)‑1H‑吡唑‑5‑醇，再经过取代反应和氧化反应，制得砜吡草唑，反应收率高，原料简单易得，三废排放少，利于工业化大生产。
Description
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工艺。
背景技术
砜吡草唑是一种可用于大多数作物田的芽前土壤处理除草剂。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。报道的合成工艺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。
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。反应路线如下：
。
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。
专利文献（CN111393427A）公开了提供一种砜吡草唑的合成工艺，以化合物I为起始原料，经过环化反应合成得到中间体II，中间体II 在氯化试剂作用下，经过氯化反应得到中间体III；中间体III与硫脲反应得到盐酸盐中间体IV；盐酸盐中间体IV、化合物VI与甲醛进行反应，得到中间体VII，再经过二氟甲氧基化反应，得到中间体VIII，最后在催化剂的条件下，使用双氧水进行氧化得到砜吡草唑IX。反应路线如下：
上述路线均的反应路线较长，操作过程复杂，且均需要进行氯化步骤。专利文献（CN113754648A）公开了一种砜吡草唑中间体A的制备方法，利用Mannich反应制备中间体，再经过取代和氧化步骤，制得砜吡草唑，反应路线如下：
。
该专利采用环仲胺和盐酸作为催化体系，在溶剂存在下，进行Mannich反应。环仲胺的价格相对于一般的无机碱价格更为昂贵，会增加生产成本；此外，环仲胺通过作为有机碱，其与盐酸会发生酸碱中和反应，生成环状氯化铵盐，不利于反应的进行。
因此，本发明提供了一种砜吡草唑的合成工艺，采用无机碱KOH作为催化剂，能够以较低的生产成本、较高的收率得到关键中间体4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇，再经过取代反应和氧化反应，制得砜吡草唑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种砜吡草唑的合成工艺，以解决现有技术中存在的生产成本高、步骤过长、产率低和纯度不高的技术问题。
本发明提供一种砜吡草唑的合成工艺，包括如下步骤：
1）在水溶液中，无机碱存在下，5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑、甲醛和5,5-二甲基-4,5-二氢异恶唑-3-硫醇反应，制得4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇；
2）在溶剂、碱和相转移催化剂存在下，将4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇，与一氯二氟甲烷反应，制得[(甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基)甲硫基]-5.5-二甲基-二氢异恶唑；
3）在双氧水、溶剂、酸和钨酸钠存在下，将[(甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基) 甲硫基]-5.5-二甲基-二氢异恶唑进行氧化反应，制得砜吡草唑；
反应式如下：
；
其中：步骤1）的无机碱选自氢氧化钾、氢氧化钠；
步骤1）中5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑、甲醛和无机碱的摩尔比为：1 :1.1-1.3 : 2.5-3.5，反应温度为30-50℃。
优选地，步骤1）的无机碱选自氢氧化钾；
优选地，步骤1）中5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑、甲醛和无机碱的摩尔比为：1 : 1.2 : 3；
优选地，步骤1）中5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑与溶剂的质量为1:1-10，优选为1:3-5，尤其是1:3；
优选地，步骤1）的反应温度为40℃。
优选地，步骤2）的溶剂选自氯代芳族烃或氯代脂族烃类，酯类，醚类，酰胺类，腈类或这些溶剂的混合物。更优选地，使用二氯甲烷、三氯甲烷、1,2-二氯乙烷中的一种或多种。
优选地，步骤2）中4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇与溶剂的摩尔比为1:1-10，优选为1:3-5，尤其是1:3；
优选地，步骤2）的碱选自有机碱或无机碱，更优选地，所述碱为无机碱，尤其是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾。
优选地，步骤2）的相转移催化剂选自季铵盐，尤其是四丁基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵。
优选地，步骤2）中4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇、一氯二氟甲烷和相转移催化剂的摩尔比为：1 : 2-4 : 0.05-0.2，更优选为1 : 3 : 0.1。
优选地，步骤2）的反应温度为50-70℃。
优选地，步骤3）的溶剂选自醇类，氯代芳族烃或氯代脂族烃类，酯类，醚类，酰胺类，腈类或这些溶剂的混合物，更优选为醇类溶剂，尤其是甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇中的一种或多种；
优选地，步骤3中[(甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基) 甲硫基]-5.5-二甲基-二氢异恶唑与溶剂的质量比为1:1-7，更优选为1:2-6，尤其是1:5；
优选地，步骤3）的酸为无机酸，更优选为硫酸、盐酸中一种或多种。
优选地，步骤3中[(甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基) 甲硫基]-5.5-二甲基-二氢异恶唑、双氧水、酸、钨酸钠的摩尔比为：1 : 3-5 : 0.05-0.2 : 0.05-0.2；更优选为1 : 3 : 0.1 : 0.15；
优选地，步骤3的反应温度为20-80℃，更优选为50-70℃，尤其是65℃。
在另一实施方案中，本发明还提供了一种制备4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇的方法，其包括如下步骤：
在水溶液中，无机碱存在下，5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑、甲醛和5,5-二甲基-4,5-二氢异恶唑-3-硫醇反应，制得4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇；
反应式如下：
其中：步骤1）的无机碱选自氢氧化钾、氢氧化钠；
步骤1）中5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑、甲醛和无机碱的摩尔比为：1 :1.1-1.3 : 2.5-3.5，反应温度为30-50℃。
优选地，步骤1）的无机碱选自氢氧化钾；
优选地，步骤1）中5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑、甲醛和无机碱的摩尔比为：1 : 1.2 : 3；
优选地，步骤1）中5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑与溶剂的质量为1:1-10，优选为1:3-5，尤其是1:3；
优选地，步骤1）的反应温度为40℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1）本发明在步骤1）以无机碱（尤其是氢氧化钾）作为反应催化剂，原料简单易得，价格便宜，生产成本低，有利于工业化生产；
2）CN113754648A的Mannich反应在环仲胺和酸性条件下反应，其与本发明的反应体系不同，且环仲胺在酸性条件下易生成季铵盐，进而浪费反应原料，导致反应不能很好地进行；
3）本发明步骤1）采用水作为反应溶剂，无需添加其他有机溶剂，节约成本，且更为环保，符合国家提倡发展绿色工业的倡议；
4）本发明步骤1）的反应温度更低，最佳反应温度为40℃，进而降低了反应能耗，节约成本；
5）本发明的后处理简单，反应收率高，步骤1）的最高收率可达93.0%。
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。
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 不同碱对4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇收率的影响
向反应瓶中加入5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑（50g，99%，0.30mol）、150g水、碱，再加入含有0.36mol甲醛的水溶液（37%），常温下搅拌，经HPLC检测5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑已反应完；再加入5,5-二甲基-4,5-二氢异恶唑-3-硫醇（41.5g，95%，0.30mol），40℃左右搅拌反应，经HPLC检测5,5-二甲基-4,5-二氢异恶唑-3-硫醇已反应完，停止反应，向反应液中加入盐酸和水，调节pH=4-6；然后抽滤，用水冲洗滤饼两遍；滤饼放入45℃烘箱中烘干，烘干后取出称重，计算收率，待下一步反应。
实施例2 不同反应参数对4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇收率的影响
将5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑（50g，99%，0.30mol）加入质量分数为20%的氢氧化钾水溶液中，溶清后滴加甲醛水溶液（37%），常温下搅拌1.5h，经HPLC检测5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑已反应完；再加入5,5-二甲基-4,5-二氢异恶唑-3-硫醇（41.5g，95%，0.30mol）搅拌16h，经HPLC检测5,5-二甲基-4,5-二氢异恶唑-3-硫醇已反应完，停止反应，向反应液中加入盐酸和水，调节pH=4-6；然后抽滤，用水冲洗滤饼两遍；滤饼放入45摄氏度烘箱中烘干2h，烘干后取出称重测含量，待下一步反应。
实施例3 制备[(甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基)甲硫基]-5.5-二甲基-二氢异恶唑
将4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇（80g，95%，0.25mol）中加入140g 质量分数为20%的氢氧化钾水溶液中，再依次加入四丁基溴化铵及1,2-二氯乙烷，常压下缓缓通入一氯二氟甲烷，通气时长2h；经HPLC检测反应结束；分相，用二氯乙烷萃取水相，收集有机相减压旋蒸后称重测含量，待下一步反应。
实施例4 砜吡草唑的制备
向反应瓶中加入[(甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基) 甲硫基]-5.5-二甲基-二氢异恶唑（100g，90%，0.25mol）、350 mL甲醇、硫酸、钨酸钠，常温搅拌1h后升温至回流，滴加双氧水，滴完后保温30min，经HPLC检测反应结束；加入水，降温至0-5℃，抽滤，滤饼即为砜吡草唑，烘干后称重测含量。
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 (10)
1.一种砜吡草唑的合成工艺，包括如下步骤：
1）在水溶液中，无机碱存在下，5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑、甲醛和5,5-二甲基-4,5-二氢异恶唑-3-硫醇反应，制得4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇；
2）在溶剂、碱和相转移催化剂存在下，将4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇，与一氯二氟甲烷反应，制得[(甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基)甲硫基]-5.5-二甲基-二氢异恶唑；
3）在双氧水、溶剂、酸和钨酸钠存在下，将[(甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基)甲硫基]-5.5-二甲基-二氢异恶唑进行氧化反应，制得砜吡草唑；
反应式如下：
；
其中：步骤1）的无机碱选自氢氧化钾、氢氧化钠；
步骤1）中5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑、甲醛和无机碱的摩尔比为：1 : 1.1-1.3 : 2.5-3.5，反应温度为30-50℃。
2.根据权利要求1所述的合成工艺，其特征在于，步骤1）的无机碱选自氢氧化钾；
步骤1）中5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑、甲醛和无机碱的摩尔比为：1 : 1.2 :3。
3.根据权利要求1所述的合成工艺，其特征在于，步骤1）中5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑与溶剂的质量为1:1-10，优选为。
4.根据权利要求1所述的合成工艺，其特征在于，步骤2）的溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、1,2-二氯乙烷中的一种或多种；
步骤2）中4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇与溶剂的摩尔比为1:1-10。
5.根据权利要求2-4任一项所述的合成工艺，其特征在于，步骤2）的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾；
步骤2）的相转移催化剂选自季铵盐，尤其是四丁基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵。
6.根据权利要求5所述的合成工艺，其特征在于：
步骤2）中4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇、一氯二氟甲烷和相转移催化剂的摩尔比为：1 : 2-4 : 0.05-0.2，更优选为1 : 3 : 0.1。
步骤2）的反应温度为50-70℃。
7.根据权利要求1所述的合成工艺，其特征在于：
步骤3）的溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇中的一种或多种；
步骤3中[(甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基) 甲硫基]-5.5-二甲基-二氢异恶唑与溶剂的质量比为1:1-7，更优选为1:2-6，尤其是1:5；
步骤3）的酸为硫酸、盐酸中一种或多种。
8.根据权利要求7所述的合成工艺，其特征在于：
步骤3中[(甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基) 甲硫基]-5.5-二甲基-二氢异恶唑、双氧水、酸、钨酸钠的摩尔比为：1 : 3-5 : 0.05-0.2 : 0.05-0.2；
步骤3的反应温度为50-70℃，尤其是65℃。
9.一种制备4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇的方法，其包括如下步骤：
在水溶液中，无机碱存在下，5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑、甲醛和5,5-二甲基-4,5-二氢异恶唑-3-硫醇反应，制得4-(((5,5-二甲基-二氢异恶唑-4-基)硫代)甲基)-1-甲基-3-(三氟甲基)-1H-吡唑-5-醇；
反应式如下：
其中：步骤1）的无机碱选自氢氧化钾、氢氧化钠；
步骤1）中5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑、甲醛和无机碱的摩尔比为：1 : 1.1-1.3 : 2.5-3.5，反应温度为30-50℃。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述无机碱选自氢氧化钾；
5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑、甲醛和无机碱的摩尔比为：1 : 1.2 : 3；
5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑与溶剂的质量为1:3-5，尤其是1:3；
步骤1）的反应温度为40℃。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117924265A (zh) * | 2024-03-22 | 2024-04-26 | 潍坊新绿化工有限公司 | 一种砜吡草唑的合成方法 |
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- 2023-10-07 CN CN202311285650.0A patent/CN117417333A/zh active Pending
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