KR100530974B1 - 살충제중간체의신규한제조방법 - Google Patents

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데이빗 엘런 로버츠
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바스프 아그로 비.브이., 아른헴 (엔엘), 베덴스빌-브란흐
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Abstract

본 발명은 살충성 활성 화합물의 합성에 있어서 중간체로서 유용한 화학식 I 의 화합물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
[화학식 I]

Description

살충제 중간체의 신규한 제조 방법 {NEW PROCESSES FOR PREPARING PESTICIDAL INTERMEDIATES}
본 발명은 시아노메틸프로판 유도체의 제조 방법 및 살충제 및 살충제 중간체의 합성에 있어서의 상기 화합물의 용도에 관한 것이다.
WO94/21606은 파라 SF5 아닐린 유도체와 반응하고 추가 반응으로 시아노피라졸을 제공하는 디시아노프로피오네이트의 사용에 대하여 기술하고 있다.
에틸 2,3-디시아노프로피오네이트가 힉손 및 토르페 [Higson and Thorpe, J. Chem. Soc. 89, 1460 (1906)] 에 의해서 최초로 제조되어 특성화되었는데, 이들은 포름알데히드 시아노히드린을 에틸 시아노아세테이트의 나트륨염과 반응시키므로써 양호한 수율 (70-81 %) 로 상기 물질을 수득하였다. 딕킨슨 {Dickson, J. Am. Chem. Soc. 82, 6132 (1960)} 은 상기 공정을 반복하였다. 디시아노프로피오네이트를 제조하는 상기 방법은 포름알데히드 시아노히드린 중간체를 분리시키는 것이 우선 필요하다는 중요한 단점이 있다. 이러한 고 수용성 시아노히드린은 길고도 지속적인 추출에 의해서 수득되고 종종 시도되는 증류로 인해 격렬하게 분해되는 제한된 안정성을 갖는다. 더우기, 상기 반응은 이량체 부생성물이 형성될 우려가 있으므로 주의를 요한다. 디시아노프로피오네이트의 제조는 또한 문헌 [Whiteley and Marianelli, Synthesis (1978), 392] 에 시아노아세테이트, 알데히드 (탄소수 1 내지 3 의 알킬알데히드 또는 벤즈알데히드) 및 시안화칼륨으로 부터 3-치환-2,3-디시아노프로피오네이트 (분리되지 않음) 을 통해 2,3-이치환된 숙시노디니트릴을 유도하는 방법으로 기재되어 있다. 그러나, 수율은 이소부티르알데히드로 부터 아세트알데히드로 급격히 감소한다. 동일한 방법으로 문헌 [Smith and Horwitz, J. Am. Chem. Soc. 1949, 71, 3418] 에는 수율이 70 % 인 케톤과의 동일한 반응이 기재되어 있다. 그러므로, 상기 선행 기술은 카르보닐기에 인접한 기의 크기가 증가함에 따라 수율이 향상된다는 것을 나타낸다.
본 발명은 하기 기준을 하나 이상 만족하는 시아노메틸 프로판 유도체를 제조하는 방법을 제공하고자 한다 :
- 포름알데히드 시아노히드린의 사용을 피함;
- 이량체형성 부반응을 피함;
- 고수율 및 고순도로 목적 생성물을 직접 수득함.
그러므로, 본 발명은, 화학식 II 의 시아노아세테이트를 시안화염 및 포름알데히드 또는 그의 원료와 반응시키는 것으로 이루어지는 화학식 I 의 화합물 또는 그의 염을 제조하는 방법을 제공한다 :
RO2C-CH2CN
[식중, R 은 18 개 이하의 탄소를 갖는 직쇄 또는 측쇄 알킬을 나타낸다].
바람직하게는, R 은 탄소수 1 내지 6 개의 직쇄 또는 측쇄 알킬을 나타내고, 가장 바람직하게는 R 은 에틸을 나타낸다.
시안화물의 적합한 염으로는 금속염 및 유기염 (예를 들어, 테트라부틸암모늄 시안화물과 같은 테트라-알킬암모늄 시안화물) 이 포함된다. 바람직하게는, 화학식 II 의 시아노아세테이트가 알칼리금속 또는 알칼리토금속 시안화염, 본 발명의 사용에 특히 적합한 알칼리금속 시안화염, 특히 시안화칼륨 또는 시안화나트륨과 반응한다. 생성물은 통상적으로 알칼리토금속 또는 알칼리금속 염으로 단리될 수 있다. 이와는달리, 반응 혼합물을, 예를 들어, 황산 또는 염산과 같은 무기산으로 산성화시켜 화학식 I 의 화합물을 수득한다. 상기 화학식 I 의 화합물이 (그의 염 보다) 바람직한 경우, 반응 혼합물을 물의 첨가없이 산성화시켜 일반적으로 고수율이 수득된다. 포름알데히드 자체로 반응에 사용될 수 있으나, 파라포름알데히드 [(HCOH)n; Aldrich Chemical Company 사제] 로 공지된 중합화된 형태를 사용하는 것이 더욱 편리하다.
반응은 일반적으로 (포름알데히드 함량을 기준으로 하여) 약 1 몰 당량의 화학식 II 의 화합물; 약 0.95 내지 1.0 몰 당량의 시안화염; 및 약 1 몰 당량의 포름알데히드 화합물을 이용하여 수행된다.
반응은 용매의 존재하에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 반응은 대체적으로 알콜성 매질 또는 디메틸 포름아미드 (DMF), N-메틸 피롤리돈 (NMP), 디옥산, 테트라히드로푸란 (THF) 또는 디메톡시에탄인 용매 매질중에서 수행된다. 특히 바람직한 용매는 메탄올과 같은 C1-C6 알콜 또는 가장 바람직하게는 무수 에탄올이다. 반응 온도가 중요하지는 않으나 반응은 통상적으로 약 0 내지 약 120 ℃ 에서 또는 용매의 환류 온도에서 수행될 것이다. 일반적으로 가장 양호한 결과는 다른 반응물들이 혼합된 후에 포름알데히드 원료를 도입시키므로써 수득된다.
반응은 실질적으로 무수 상태 (반응이 1 당량의 물을 형성하는 것으로 이해된다) 하에서 일반적으로 수행되는데, 수성 상태에 지속적으로 노출시킨 경우에는, 화학식 I 의 화합물의 에스테르기가 화학식 I 에 상응하는 산 (식중 R 이 수소로 대체된다) 으로 가수분해 (반응중에 발생되는 염기성 조건으로 인해) 되고 이어서 탈카르복실화되어 1,2-디시아노에탄이 생성될 위험이 있기 때문이다.
화학식 I 의 화합물은, 예를들어, 유럽 특허공보 제 0295117 호 및 제 0234119 호, 및 WO93/06089 에 기재된 바와 같이, 살충 활성 화합물의 제조에 유용하다.
특히, 본 발명의 방법은 또다른 살충제 중간체의 인 시튜 (in situ) 제조법의 일부를 구성할 수 있고, 또 다른 측면에서는 본 발명은 화학식 III 의 화합물의 제조 방법을 제공하는데 :
[식중, R1 은 시아노이고; W 은 질소 또는 -CR4 이고; R2 및 R4 는 각기 할로겐을 나타내고; 및 R3 은 할로겐, 할로알킬 (바람직하게는 트리플루오로메틸), 할로알콕시 (바람직하게는 트리플루오로메톡시) 또는 -SF5 를 나타낸다]; 방법은 하기와 같이 이루어진다 :
(a) 상기 정의된 화학식 II 의 시아노아세테이트를 시안화 염 및 포름알데히드 또는 그의 원료와 반응시켜 상기 정의된 화학식 I 의 화합물을 생성하고; 및
(b) 상기 수득된 화학식 I 의 화합물을 화학식 IV 의 화합물의 디아조늄 염과 반응시켜 화학식 V 의 화합물을 수득하고 :
[식중, W, R2 및 R3 은 상기 정의된 바와 같다]
[식중, W, R, R1, R2 및 R3 은 상기 정의된 바와 같다],
이어서, 상기 화학식 V 의 화합물을 고리화반응시킨다.
상기 화학식 V 의 화합물은 상이한 거울상 이성질체를 생성하는 비대칭 중심을 가지며, 또한 상이한 기하 이성질체 또는 그들의 혼합물로써 존재할 수 있다. 상기 모든 형태들은 본 발명에 포함된다. 상기 방법에 있어서, 반응 단계 (a) 의 생성물을 일반적으로 무기산의 알콜성 용액, 바람직하게는 염화수소의 에탄올 용액으로 산성화시킨다. 이는 또한 반응 단계 (a) 의 임의 산 부생성물 (R 이 수소로 대체된 화학식 I 의 화합물에 상응한다) 을 재-에스테르화시킨다. 이러한 이유로, 상기 방법중에서, 반응 단계 (a) 가 실질적으로 무수 상태하에서 수행되는 것이 바람직하다.
반응 단계 (b) 는 일반적으로 비활성 용매, 예를 들어, 물, 아세토니트릴, 디클로로메탄 또는 DMF, 또는 보다 바람직하게는 알콜성 용매 (예를 들어, 메탄올 또는 에탄올)의 존재하에서 수행되고, 경우에 따라 완충화 (예를 들어, 아세트산나트륨으로) 된다. 화학식 Ⅳ 의 화합물의 디아조늄염은 문헌에서 공지된 디아조화제를 사용하여 제조될 수 있고, 통상적으로 약 - 10 ℃ ∼ 약 50 ℃, 보다 바람직하게는 약 0 ℃ ∼ 5 ℃ 의 온도에서 1 몰 당량의 질산나트륨 및 무기산 (예를 들어, 염산 또는 황산) 으로 제조된다. 알콜과 같은 용매는 디아조늄염을 재빨리 환원시키는 경향이 있으므로 화학식 IV 의 화합물의 디아조늄염은 일반적으로 그 자리에서 (in situ) 제조된다. 본 반응에 있어서, 화학식 V 의 화합물을 수득하기 위한 화학식 IV 의 화합물의 디아조늄염의 반응은 일반적으로 디아조늄염의 환원보다 더 빠르게 일어난다.
바람직하게는 수성 수산화나트륨, 탄산나트륨 또는 암모니아와 같은 염기와의 온화한 조건을 이용한 다음 가수분해는 화학식 V 의 화합물을 화학식 III 의 화합물로의 고리화 반응을 수행하는데 필수적 일 수 있다.
화학식 II:IV 의 화합물들의 몰비는 일반적으로 약 1.5:1 내지 약 1:4, 바람직하게는 약 1.3:1 내지 약 1:1, 보다 바람직하게는 약 1.1:1 이다.
상기 화학식 III 및 IV 의 화합물들은 문헌, 예를 들어, EP-A1-0295117 에 기재되어 있다. 상기 화학식 V 의 화합물은 신규하며 또한 본 발명의 또 다른 특징을 구성한다.
하기 비제한적인 실시예가 본 발명을 설명한다.
실시예 1
에틸 2,3-디시아노프로피오네이트의 제조
시안화칼륨 (13.0 g, 0.2 M) 을 무수 에탄올중에 교반시키고, 에틸 시아노아세테이트 (22.6 g, 0.2 M) 및 파라포름알데히드 (6.0 g, 0.2m) 을 실온에서 첨가한다. 5 분후 백색 현탁액을 환류 조건하에서 12 분간 가열하고, 오렌지색 용액을 25 ℃ 미만에서 증발시켜 진공 건조해서 황갈색 고체가 생성한다. 고체 (칼륨염) 을 물 (400 ml) 중에 용해시키고, 2 M 염산 용액으로 pH 5 로 산성화시켜 적색 오일을 생성한다. 상기 혼합물을 디클로로메탄으로 추출하고 추출물을 건조 및 증발시켜 진공 건조시키므로써 적색 오일인 표제 화합물을 수득한다 (23.5 g), 1H NMR (CDCl3)d 4.3 (2H,q), 3.95 (1H,t), 3.0 (2H,d), 1.35 (3H,t); 본래 시료와 동일. 증류된 물질은 0.5 mmHg 에서 비점이 132 ∼ 136 ℃ 이다.
수율 : 77 %.
문헌 [J. Chem. Soc. 89, 1460 (1906)] 에 따른 비교예
에톡시화 나트륨 용액 [나트륨 (25.2 g, 1.15 M) 및 무수 에탄올 (650 ml) 로 부터 제조] 을 비활성 대기하에서 교반하고 에틸 시아노아세테이트 (127.7 ml, 1.2 M) 로 20 분에 걸쳐 처리한다. 용액을 10 ℃ 미만으로 냉각시킨 다음 무수 에탄올 (200 ml) 중 포름알데히드 시아노히드린 용액 (새로이 제조, 70 g, 0.2 M) 에 5 ℃ 에서 55 분간 천천히 첨가한다. 하룻밤동안 방치한 후 혼합물을 빙수 (1 L) 에 붓고 진한 염산으로 pH 1-2 로 산성화시킨다. 이를 디클로로메탄으로 추출하고, 무수 황산마그네슘상에서 건조하고 증발시켜 어두운 오렌지색 오일 (150.6 g) 을 수득한다. 이를 진공하에 증류시켜 무색 오일인 표제 화합물 (73.6 g) 을 수합한다, 비점 144-148/1mbar. 수율 : 40 %.
따라서, 본 발명의 방법의 우수성이 상기 선행 기술에 대해서 명백하게 증명되었다.
실시예 2
5-아미노-3-시아노-1-(2,6-디클로로-4-트리플루오로메틸-페닐)피라졸의 제조방법
시안화나트륨 (20 g, 0.408 M) 및 에틸 시아노아세테이트 (46 g, 0.408 M) 을 비활성 대기하에서 무수 에탄올 (300 ml) 중에 용해시킨다. 파라포름알데히드 (12.2 g, 0.408 M) 을 첨가하여 발열이 발생하고, 온도가 50 ℃ 미만으로 유지된다. 반응 혼합물을 이어서 실온에서 5 내지 7 시간 동안 교반한 다음, 0 내지 5 ℃ 로 냉각하고, 염화수소 (0.45 M) 을 함유하는 에탄올 용액을 첨가하고, 온도를 5 ℃ 미만으로 유지시킨다. 반응 혼합물을 하룻밤동안 방치한 다음 에탄올중 염산 용액 (0.73 M) 111 ml 을 상기 수득된 현탁액에 약 5 ℃ 에서 첨가한다. 상기 온도에서 2,6-디클로로-4-트리플루오로메틸아닐린 (84.44 g, 0.367 M) 을 첨가한 다음 질산나트륨 (35.84 g, 0.514 M) 을 첨가하므로써 에틸 2,3-디시아노-2-[2,6-디클로로-4-트리플루오로메틸페닐)아조]프로피오네이트가 생성되는데, 이는 펜탄/에테르 용액으로 용출되는 컬럼 크로마토그래피 및/또는 아세토니트릴-물 용액으로의 역상 크로마토그래피에 의해서 단리되거나; 또는 에탄올을 증류시켜 제거하고, 반응 혼합물을 톨루엔중에 용해시킨 다음 톨루엔 용액을 물로 세척하고 톨루엔을 증발 건조시키므로써 단리될 수 있다. 1H NMR (CDCl3) 1.37 (t,3H), 3.55 (s,2H), 4.43(q,2H), 7.65(s,2H).
암모니아 기체 (9.6 g, 0.56 M) 를 0 ℃ 에서 반응 혼합물내로 발포시킨다. 에탄올을 반응 혼합물로 부터 감압하에 증발시키고 농축액을 톨루엔 및 에틸 아세테이트의 혼합물로 혼입시킨다. 상기 용액을 물로 세척하고, 80 ℃ 에서 톨루엔 상의 농축후, 용액을 냉각하여 결정형 고체인 표제 화합물을 수득하고, 이어서 액체를 농축 및 냉각시켜 재결정된 생성물의 2차 산물을 수득한다, 융점 141-142 ℃ (표제 화합물의 합해진 중량 87.54 g; 아닐린 출발 물질을 기준으로 한 수율 = 78 %).

Claims (17)

  1. 화학식 II 의 시아노아세테이트와 시안화염, 및 포름알데히드 또는 그의 원료의 반응을 포함하는, 화학식 I 의 화합물 또는 그의 염의 제조 방법 :
    [화학식 I]
    [화학식 II]
    RO2C-CH2CN
    [식중, R 은 탄소수 1 내지 18 의 직쇄 또는 측쇄 알킬을 나타낸다].
  2. 제 1 항에 있어서, 시안화염이 알칼리금속 또는 알칼리토금속 염인 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 시안화염이 시안화나트륨 또는 시안화칼륨인 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, R 이 탄소수 1 내지 6 의 직쇄 또는 측쇄 알킬을 나타내는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 화학식 II 의 화합물이 에틸 시아노아세테이트인 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 포름알데히드의 원료가 파라포름알데히드인 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응이 알콜 매질인 용매의 존재하에서 수행되는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응이 약 0 ℃ 내지 약 120 ℃ 의 온도에서 수행되는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응이 약 1 몰 당량의 화학식 II 의 화합물; 약 0.95 내지 1 몰 당량의 시안화염; 및 약 1 몰 당량의 포름알데히드 화합물을 이용하여 수행되는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 화학식 II 의 시아노아세테이트와 시안화염 및 포름알데히드의 반응 후 반응 혼합물을 산성화시키는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응이 실질적으로 무수 상태하에서 수행되는 방법.
  12. 하기를 포함하는, 화학식 III 의 화합물의 제조 방법 :
    [화학식 III]
    [식중, R1 은 시아노이고; W 은 질소 또는 -CR4 이고; R2 및 R4 는 독립적으로 할로겐을 나타내고; 및 R3 은 할로겐, 할로알킬, 할로알콕시 또는 SF5 를 나타낸다]
    (a) 화학식 II 의 시아노아세테이트를 시안화염 및 포름알데히드 또는 그의 원료와 반응시켜 제 1 항에서 정의된 화학식 I 의 화합물을 생성하고; 및
    [화학식 II]
    RO2C-CH2CN
    [식중, R 은 탄소수 1 내지 18 의 직쇄 또는 측쇄 알킬을 나타낸다]
    (b) 상기 수득된 화학식 I 의 화합물을 화학식 IV 의 화합물의 디아조늄염과 반응시켜 화학식 V 의 화합물을 생성하고 ;
    [화학식 IV]
    [식중, W, R2 및 R3 은 상기 정의된 바와 같다]
    [화학식 V]
    [식중, W, R, R1, R2 및 R3 은 상기 정의된 바와 같다]
    이어서, 상기 화학식 V 의 화합물을 고리화반응시킴.
  13. 제 12 항에 있어서, 반응 단계 (a) 의 생성물을 산의 알콜 용액으로 처리하는 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 화학식 II : IV 의 화합물들의 몰비가 약 1.5:1 내지 약 1:4인 방법.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 반응 단계 (a) 가 실질적으로 무수 상태하에서 수행되는 방법.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 고리화 반응이 화학식 V 의 화합물을 가수분해시킴으로써 수행되는 방법.
  17. 하기를 포함하는, 에틸 2,3-디시아노-2-[(2,6-디클로로-4-트리플루오로메틸페닐)아조]프로피오네이트의 제조 방법:
    (a) 에틸 시아노아세테이트를 시안화나트륨 및 파라포름알데히드와 반응시켜 에틸 2,3-디시아노프로피오네이트를 생성하고;
    (b) 상기 생성된 에틸 2,3-디시아노프로피오네이트를 2,6-디클로로-4-트리플루오로메틸아닐린의 디아조늄염과 반응시킴.
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