CN1729161A - γ－氯氟氰菊酯的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备γ－氯氟氰菊酯的方法，该方法包括：a)将1R顺式－Z3－(2－氯－3，3，3－三氟－1－丙烯基)－2，2－二甲基环丙烷羧酸氯化而得到1R顺式－Z3－(2－氯－3，3，3－三氟－1－丙烯基)－2，2－二甲基环丙烷甲酰基氯；b)在氰化物源的存在下将1R顺式－Z3－(2－氯－3，3，3－三氟－1－丙烯基)－2，2－二甲基环丙烷甲酰基氯与3－苯氧基苯甲醛酯化而得到氯氟氰菊酯异构体的非对映异构混合物；以及c)在最低可溶性非对映异构体从溶液中结晶的条件下使所述非对映异构混合物差向异构化。

Description

γ-氯氟氰菊酯的生产方法
本发明涉及一种制备杀虫的环丙烷羧酸酯的方法。更具体地说，本发明涉及一种制备γ-氯氟氰菊酯[(S)-α-氰基-3-苯氧基苄基(Z)-(1R，3R)-3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷羧酸酯]的方法。
公知的是，拟除虫菊酯类的杀虫活性受到它们的立体化学的巨大影响，所述拟除虫菊酯类例如是环丙烷羧酸酯类，比如氯氟氰菊酯。在Bentley等，Pestic.Sci.(1980)，11(2)，156-64)中公开了，(S)-α-氰基-3-苯氧基苄基(Z)-(1R，3R)-3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷羧酸酯是氯氟氰菊酯的最有活性的异构体。
制备γ-氯氟氰菊酯的已知方法，例如GB2000764和EP132392中概括的那些，涉及1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷羧酸与旋光羟腈(cyanohydrin)的酯化。然而，在工业规模上，最好找到避免使用非常昂贵的羟腈的制备所述最终产物的替代方法。
因此，提供了一种制备γ-氯氟氰菊酯的方法，该方法包括：a)将1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷羧酸(V)氯化而得到1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷甲酰基氯(III)；b)在氰化物源的存在下将1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷甲酰基氯(III)与3-苯氧基苯甲醛(IV)酯化而得到1R氯氟氰菊酯异构体的非对映异构混合物(II)；以及c)在最低可溶性非对映异构体(I)从溶液中结晶的条件下使所述非对映异构混合物(II)差向异构化。
Figure A20038010686900041
1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷羧酸(V)是一种已知化合物，它的制备描述于例如US4683089，WO02/06202，WO97/03941和WO/9942432中。
步骤a)是通过如“March 4th Edition-p437-38”中所述的标准技术进行的。优选的氯化剂是亚硫酰氯、光气或磷酰氯(phosphorousoxychloride)。
优选的是，所述方法中使用的溶剂是烃类，例如甲苯、己烷、庚烷或氟苯。
用于所述方法的优选温度从环境温度至100℃或所述溶剂的沸点。
优选地，所述酸(V)的1R 3R对映体的对映体纯度大于80％，最优选大于90％1R 3R对映体。
步骤b)是在氰化物源的存在下进行的。适合的氰化物源是碱金属或碱土金属氰化物，但优选是碱金属氰化物，更优选是氰化钠。
所述反应可以在溶剂中或者在水不混溶溶剂和氰化物源的水溶液的混合物中进行，或者在没有溶剂的情况下进行。适合的溶剂是脂族烃或芳香烃溶剂。芳香烃的例子是甲苯、邻二甲苯、混合二甲苯或卤代苯，例如氟苯。脂族烃例如是己烷、异己烷、庚烷、辛烷或者常称为石油醚的烃混合物。优选的溶剂是己烷、异己烷、庚烷或辛烷。
可以在所述溶剂或溶剂混合物的存在下，任选在有机碱或鎓盐的存在下，将所述酰基氯(III)和3-苯氧基苯甲醛(IV)顺序地或者同时地加到氰化物源中。
备选地，可以在溶剂的存在下，任选在水的存在下，如果使用水不混溶溶剂，以及任选在有机碱或鎓盐的存在下，将所述氰化物源加到酰基氯(III)和3-苯氧基苯甲醛中。
适宜地，使用过量的氰化物源，优选对于所述酰基氯是1.0至2.0摩尔当量，最优选1-1.5当量。
以基本上化学计算的量使用所述醛(IV)，但是可以使用对于所述酰基氯稍稍过量至多0.10当量的醛(IV)。
所述有机碱优选是叔胺，例如三乙胺、三异丙基胺，或者叔二胺，例如四甲基乙二胺，1，4-二氮杂二环[2，2，2]辛烷或1，4-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯。可以以亚化学计算量使用所述碱，优选对于所述酰基氯是0-50mo1％，最优选1-10mol％。所述鎓盐可以是季铵盐，例如溴化四正丁基铵，或者鏻盐或者锍或氧化锍盐，而且按照与所述有机碱相似的比例使用所述鎓盐。
所述反应可以在-10℃和所述溶剂体系的沸点之间进行，优选0℃至60℃，最优选0℃至20℃。
可将式(II)的化合物分离和纯化，或者将其不经分离或纯化而直接用于步骤c)。
式(II)的化合物是(S)-α-氰基-3-苯氧基苄基(Z)-(1R，3R)-3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷羧酸酯和(R)-α-氰基-3-苯氧基苄基(Z)-(1R，3R)-3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷羧酸酯的混合物，它是新颖的化合物，因此它本身构成本发明的又一个方面。
化合物(IV)，即3-苯氧基苯甲醛，是一种可商购的化合物。
步骤c)也可以在溶剂和氰化物源中进行。所述溶剂和氰化物源优选是步骤b)中使用的那些，尽管所述氰化物源仅需以催化量存在，例如1-10mol％。也可以任选地存在在步骤b)中任选存在的有机碱。步骤c)可以在有γ-氯氟氰菊酯的晶种的情况下进行，其中所述晶种存在的量是进入步骤c)的1R氯氟氰菊酯的量的1％至90％。优选在步骤c)开始时在冷却前将所述晶种分散于溶剂中，或者所述晶种可以是从前-次执行步骤c)得到的残留结晶物质。
所述反应在-20℃至50℃、优选-20℃至30℃、最优选在-10℃至10℃下进行。反应完成时，可以将浆液过滤以回收γ-氯氟氰菊酯，优选首先添加了一种酸以阻止差向异构反应。所述酸可以是无机酸例如盐酸或硫酸，或者有机酸例如甲酸或乙酸；而且，以基于体系中存在的总碱(即，所述有机碱加上任何残留的氰化物源)至少化学计算的量、优选以两倍于化学计算的量使用所述酸。可以用常规方法洗涤和干燥固体γ-氯氟氰菊酯。备选地，在添加酸后，可以将γ-氯氟氰菊酯在反应混合物中的浆液加热以溶解产物，用水洗涤以除去催化剂和盐，并且通过分离除去水相。正如本领域技术人员能理解的那样，可以调节任何水洗液的pH以便于除去所添加的或者在该过程中形成的酸或碱性催化剂或各种副产物。然后，通过例如冷却、结晶和过滤，或者通过蒸发溶剂，可以从溶剂层中回收γ-氯氟氰菊酯。
出乎意料地，本申请人还发现了，可能在一种可以将步骤b)和c)合并的方法中(在一种单罐法中)制备γ-氯氟氰菊酯，也就是这样一种制备γ-氯氟氰菊酯的方法，该方法中，将1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷甲酰基氯(III)与3-苯氧基苯甲醛(IV)和氰化物源反应得到γ-氯氟氰菊酯(I)。
所述反应在一步中进行，不需分离初始酯化过程中形成的非对映异构体混合物(II)。该实施方案具有如下优点：减少了溶解回收/废物处理，能用较少的设备获得较高的生产能力，以及由于避免了反应性溶剂和缩短了处理时间而减少了杂质的形成。
优选在溶剂中进行所述反应。
在合并的方法中，一旦通过分析判断出酯化过程完成，有利的是，在将pH调节到pH9-13之后，在发生大量γ-氯氟氰菊酯的差向异构作用和结晶作用之前，通过将反应混合物温热至20℃-60℃和分离而除去任何水相。可以通过添加无机碱例如氢氧化钠或碳酸钠来调节pH。然后，可以将反应混合物冷却至优选的差向异构和结晶温度以完成该过程。任选地，可以在酯化、pH调节和分离之后，但是在已经发生大量γ-氯氟氰菊酯的差向异构作用和结晶作用之前，添加有机碱、或鎓盐和外加的氰化物源。在这种情况下，只需以催化量、通常是1-10mol％添加氰化物。
如下实施例阐释了本发明。
采用气相色谱法分析产物，使用带有Chrompack CP Sil 5 CB柱(50米，0.32mm ID和0.1μm膜厚度)的Agilent气相色谱仪，以氦为载气，在15psi.下分流注射，注射温度300℃，检测器325℃，检测器气体组成为：氢气30ml/min，空气350ml/min和氦气30ml/min。炉温度分布型为：初始温度50℃，初始时间6分钟，然后以10℃/min的加热速率加热至120℃，保持3分钟，然后以25℃/min的速率迅速升至240℃。保持8分钟，然后以50℃/min的速率迅速升至300℃，保持6分钟以熄灭柱。
采用这些条件，测得如下保留时间：
(S)-α-氰基-3-苯氧基苄基(Z)-(1R，3R)-3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷羧酸酯(γ-氯氟氰菊酯)27.4分钟
(R)-α-氰基-3-苯氧基苄基(Z)-(1R，3R)-3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷羧酸酯                 27.0分钟
                        实施例1
1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基-环丙烷甲酰基氯的制备
向一个配有搅拌器、温度计、冷凝器、氮气层和通向洗气系统的通气口的1升干燥洁净的夹套式分颈式(split)反应容器中加入甲苯(450ml)并搅拌，与此同时，先后添加1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基-环丙烷羧酸(89.4gm＝0.369mol)和三乙胺(0.21gm＝2.1mmol)。然后利用夹套上的油循环将反应混合物加热至45℃，随后在保持该温度的情况下历经105分钟添加亚硫酰氯(62.0gm＝0.52mol)。然后在45℃下搅拌反应物5小时，随后通过GLC法测试反应的完成，显示2％残留酸。再一次添加亚硫酰氯(4.4gm＝37mmol)，在搅拌下让反应物冷却过夜。第二天，通过真空蒸馏大约320ml甲苯而除去残留的亚硫酰氯、溶解的二氧化硫和氯化氢气体。产物的GC、GCMS和NMR分析与酰基氯(IIIa)的结构一致。产率，175gm的酰基氯的54％甲苯溶液，～97％理论值。αD＝+46°(c＝0.012，DCM)。
                       实施例2
1R氯氟氰菊酯(II)的制备
给一个2升夹套式无挡板的多颈(split-neck)反应瓶装配高架式搅拌器(叶轮机)、温度计、冷凝器、两个注射器泵，并且对碱/次氯酸盐洗气器开口通气。向该反应器装入在水(101ml)中的氰化钠(29.4g，0.59mol)，搅拌(100rpm)反应10分钟以保证氰化物的完全溶解。将己烷(79ml)加到反应器中，然后将反应物冷却到10℃，将搅拌速率调节到235rpm。历经3小时将1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷甲酰基氯(133.2g，0.50mol)和3-苯氧基苯甲醛(99g，0.50mol)同时添加到反应器中。一旦添加完毕，就将反应物在10℃下搅拌另外17小时。GC分析显示，存在未反应的3-苯氧基苯甲醛，于是，又一次添加1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷甲酰基氯(3.6g，0.014mol)，将反应物再搅拌2小时。用己烷(156ml)稀释反应物，在分离前让水层沉降。用次氯酸钠液体破坏有机相中的残余氰化物，以致淀粉/碘化物试纸上的阳性显示。用亚硫酸氢钠脱除关于次氯酸盐的阳性显示，并且再次使水相沉降和分离。产物油称重为228g，得到97.8％的产率。产物的组成为-1R顺式-Z-α-S非对映体45.5％和1R顺式-Z-α-R非对映体45.9％。GCMS(两种非对映体)；449(M+)，349，225，208，197，181，141
[α]D 20：+29.8°(c＝0.0104，DCM)。
                      实施例3
γ-氯氟氰菊酯的制备
给一个600ml真空夹套式无挡板的多颈反应瓶装配一个双叶片搅拌器。向已经含有得自前一个实验的作为晶种的差向异构物质的浆液的反应器(已经～2/3rds full)装入在异丙醇(99.9g)、水(3.09g)和二-异丙基胺(5.22g)的混合物中的1R氯氟氰菊酯(II)(166.3g)。在100rpm和-5℃下搅拌反应物65小时，然后取出251g反应物，将其转入一个在冰/水浴中的1升多颈反应容器。向该1升反应容器装入己烷(60ml)和硫酸(47ml，50％w/w)，将所得稠膏在用己烷(350ml)和水(350ml)稀释以前搅拌0.5小时。将所述混合物加热到55℃保持30分钟，然后转入分液漏斗，分离出下面的水相。在减压下浓缩所述己烷溶液，得到粘性红/棕色油形式的所需产物，该产物在静置时固化而得到灰白色固体。所述产物称重为151.2g，作为γ-氯氟氰菊酯的估计产率为97％，非对映体之比为95∶5。
1H NMR(CDCl3)：1.20(s，3H，环丙烷CH3)，1.30(s，3H，环丙烷CH3)，2.00(d，1H，CHCO2)，2.25(t，1H，CHCH＝CClCF3)，6.35(s，1H，CHCN)，6.80(d，1H，CH＝CClCF3)，7.00-7.50(m，9H，ArH)。
GCMS；449(M+)，349，225，208，197，181，141。
[α]D 20：+36.6°(c＝0.0075，DCM)。
                        实施例4
用于γ-氯氟氰菊酯的单罐法
将氰化钠(253gm)和水(599ml)装入一个装配有叶轮机、搅拌器和温度计的5升挡板反应器。轻轻地搅拌反应器内容物以溶解氰化物晶体，添加己烷(460ml)。然后，通过对夹套使用冷却剂而将反应器内容物冷却至+6℃，历经8小时的时间，将3-苯氧基苯甲醛(544gm)和1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷甲酰基氯(736gm)加到反应物质中。随后将所得乳状液搅拌过夜以完成反应。用刮勺将反应瓶内形成的固体打碎，提高搅拌速率以将固体混入其中。产生了一种稠浆。将一小份浆液样品(～4ml)过滤，对膏状物给以象征性的己烷洗涤，然后吸干。产生的固体(0.7884gm)是一种白色细晶体物质。对所述固体的GC分析表明，它是γ-氯氟氰菊酯，其1Rα-S与1Rα-R之比为86∶14。(产率约33％)。然后，用己烷(950ml)稀释反应混合物，将反应器温度升高到反应器夹套上的+8℃，反应物质是一种相当稀的浆料。第二天，如前述那样，取出4ml反应物样品并用己烷洗涤。用少量己烷洗涤所得白色固体，并且吸干。GC分析显示，该物质的1Rα-S与1Rα-R之比为94∶6。从该第二次过滤获得了总计0.5352gm的膏状物，这等于约32％γ氯氟氰菊酯的产率。Mpt 55-58℃。

Claims (5)

1.一种制备γ-氯氟氰菊酯的方法，该方法包括：a)将1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷羧酸氯化而得到1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷甲酰基氯；b)在氰化物源的存在下将1R顺式-Z3-(2-氯-3，3，3-三氟-1-丙烯基)-2，2-二甲基环丙烷甲酰基氯与3-苯氧基苯甲醛酯化而得到1R氯氟氰菊酯异构体的非对映异构混合物；以及c)在最低可溶性非对映异构体从溶液中结晶的条件下使所述非对映异构混合物差向异构化。
2.根据权利要求1的方法，其中所述氰化物源是碱金属氰化物，特别是氰化钠。
3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中将步骤b)和c)合并在单罐法中。
4.根据权利要求1或权利要求2的半分批法，其中，得自步骤c)的一批的1％-90％形成步骤c)中下一批的成核作用和结晶作用的基础。
5.式(II)的化合物
Figure A2003801068690002C1
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