KR102038905B1

KR102038905B1 - 메틸렌-1,3-디옥솔란의 제조 방법

Info

Publication number: KR102038905B1
Application number: KR1020147021565A
Authority: KR
Inventors: 세르기이 파제노크; 알베르트 슈나테러
Original assignee: 바이엘 인텔렉쳐 프로퍼티 게엠베하
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2019-10-31
Also published as: IL233927A0; BR112014018981B1; EP2809664A1; US20140378690A1; JP6059254B2; CN104093711B; TWI568707B; WO2013113738A1; IN2014DN05973A; CN104093711A; US9029577B2; ES2560620T3; JP2015505546A; KR20140120319A; EP2809664B1; BR112014018981A2; IL233927A; MX348602B; DK2809664T3; TW201345874A

Abstract

본 발명은 하기 일반식(I)의 메틸렌-1,3-디옥솔란의 신규한 제조 방법에 관한 것이다:

상기 식에서 R¹ 및 R²는 상세한 설명에 명시된 의미를 가진다. 메틸렌-1,3-디옥솔란은 살충제로 사용될 수 있는 피라졸 및 안트라닐산 아미드의 제조에서 중요한 중간 생성물이다.

Description

메틸렌-1,3-디옥솔란의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING METHYLENE-1,3-DIOXOLANES}

본 발명은 메틸렌-1,3-디옥솔란의 신규한 제조 방법에 관한 것이다. 메틸렌-1,3-디옥솔란은 피라졸 및 안트라닐산 아미드의 제조를 위한 중요한 중간체이며, 이들은 살충제로 사용될 수 있다.

선행 문헌에 기재된 바와 같이, 2-메틸렌디옥솔란은 2-클로로메틸렌디옥솔란과 KOH로부터 제조될 수 있다. 문헌[Journal of Polymer Science 1964, vol . 2 p.3471] 및 문헌[Biochemical preparation , 1960 v. 7, 45]은 4-클로로메틸렌-1,3-디옥솔란과 고체 KOH의 반응이 오직 약 52 % 수율의 생성물(4-메틸렌-1,3-옥솔란) 및 약 60 % 수율의 2,2-디메틸-4-메틸렌-1,3-디옥솔란을 제공한다고 보고한다. 반대로, 문헌[Gevorkyan et al , Khimiya Geterocycl . Soed . N 1, 1991, pp . 33-36]은 고체로서 또는 상 전이 조건 하에서 사용될 때, KOH는 2-클로로메틸디옥솔란의 탈염화수소처리에 적당하지 않다고 보고한다. 예컨대, 문헌[Gevorkyan et al.]은 고리 내 이중 결합의 이동(shift)이 일어나는 이성질화 반응을 기술한다. 문헌[Gevorkyan et al , Khimiya Geterocycl . Soed .N 12, 1983, 1607-1613]은 또한 약 70-80 %의 수율이 달성될 수 있는 무수 소듐 디에틸렌 글리콜레이트(Na 및 디에틸렌 글리콜로부터 제조됨)를 사용한 HCl의 제거를 제안하였다. 산업 현장에서 금속성 소듐의 사용은 안전상의 이유로 선호되지 않는다. HCl의 제거 도중 해당 클로로메틸렌디옥솔란의 일부가 에틸렌 글리콜 음이온에 의해 염소 원자가 치환 반응하여 고비등(high-boiling) 화합물을 생성한다. 문헌[J. Org . Chem , 1987,52, 2625-27]은 2,2-디메틸-4-메틸렌-1,3-디옥솔란이 -10 ℃에서 오직 제한된 안정성을 가진다고 보고한다. 이는 생성물의 안정성이 제조 방법에 의존함을 나타낸다.

문헌에서 기재된 방법에서 추가의 약점이 알려졌다. 용매 없는 과량의 고체 NaOH 또는 KOH의 사용은 특히 생성물이 부분적으로 증류된 후 반응의 종반으로 갈수록 반응 혼합물의 교반을 불가능하게 만든다. 2-메틸렌-4,4-디옥솔란의 경우에 이성질화 반응이 일어난다는 것이 부가적으로 관찰되었으며, 특히 과정의 규모가 커지면, 5 % 까지의 해당 이성질체가 형성될 수 있다. 더욱이, 아세톤이 형성되는 반응 조건 하에서 생성물은 부분적으로 분해된다. 이는 특히 규모 확대시에, 아세톤 잔기를 포함하는 생성물의 순도에 상당한 영향을 준다. 4 % 이하의 아세톤이 관찰되었다.

본 발명의 목적은 따라서 문헌의 방법에서 알려진 약점을 갖지 않는, 높은 순도와 수율을 갖는 메틸렌-1,3-디옥솔란의 신규한 제조 방법을 제공하는 것이다.

하기 화학식(II)의 화합물을 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 또는 폴리에틸렌 글리콜 디에틸 에테르의 존재 하에서 무기 염기와 반응시키는, 하기 화학식(I)의 메틸렌-1,3-디옥솔란의 제조 방법에 의해 본 발명의 목적이 해결되었다:

상기 화학식들에서,

R¹ 및 R²는 서로 독립적으로 수소, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이며,

R¹ 및 R²는 또한, 이들이 연결된 탄소 원자와 함께 4- 내지 7-원이고, 포화되고, 선택적으로 치환된 고리를 형성할 수 있으며,

X는 할로겐이다.

고리-열림, 이성질화 또는 치환과 같은 성가신 부반응 없이 본 발명에 따른 방법에 의해 화학식(I)의 메틸렌-1,3-디옥솔란이 선택적으로 그리고 높은 수율로 제조될 수 있음은 놀라운 것으로 여겨질 수 있다.

본 발명의 방법에 따라 제조될 수 있는 화학식(I)의 메틸렌-1,3-디옥솔란의 예시는 2,2-디메틸-4-메틸렌-1,3-디옥솔란, 4-메틸렌-1,3-디옥솔란, 2,2-디에틸-4-메틸렌-1,3-디옥솔란, 2,2-펜타메틸렌-4-메틸렌-1,3-디옥솔란, 2,2-헥사메틸렌-4-메틸렌-1,3-디옥솔란, 2-페닐-4-메틸렌-1,3-디옥솔란, 2-메틸-4-메틸렌-1,3-디옥솔란이다.

일반 정의

본 발명의 맥락에서, 용어 할로겐(X)은 달리 정의되지 않으면, 플루오린, 염소, 브로민 및 아이오딘으로 구성된 군으로부터 선택된 원소를 포함하며, 플루오린, 염소 및 브로민의 사용이 선호되고 플루오린 및 염소가 특히 선호된다. 치환된 기는 단일치환 또는 다치환될 수 있고, 다치환의 경우, 치환기들은 동일하거나 상이할 수 있다.

하나 이상의 할로겐 원자(-X)로 치환된 알킬 기(= 할로알킬 기)는 예컨대, 트리플루오로메틸(CF₃), 디플루오로메틸(CHF₂), CCl₃, CFCl₂, CF₃CH₂, ClCH₂, CF₃CCl₂로부터 선택된다.

본 발명의 맥락에서, 알킬 기는 달리 정의되지 않으면, 선형 또는 분지형 탄화수소 기이다.

알킬 및 C₁-C₁₂-알킬의 정의는 예컨대, 메틸, 에틸, n- 및 이소-프로필, n-, 이소-, sec- 및 t-부틸, n-펜틸, n-헥실, 1,3-디메틸부틸, 3,3-디메틸부틸, n-헵틸, n-노닐, n-데실, n-운데실, n-도데실을 포함한다.

본 발명의 맥락에서, 알킬아릴 기(알카릴 기)는 달리 정의되지 않으면, C₁ _-8 알킬렌 사슬을 가질 수 있고, 아릴 부분이 O, N, P 및 S로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있는, 알킬 기로 치환된 아릴 기이다.

본 발명에 따른 화합물은 선택적으로 다양한 가능한 이성질체 형태, 특히 입체이성질체 즉 E 및 Z 이성질체, 트레오 및 에리트로 이성질체 뿐만 아니라 광학 이성질체, 및 또한, 만약 적용된다면, 호변이성질체의 혼합물일 수 있다. E 및 Z 이성질체 뿐만 아니라 트레오 및 에리트로 이성질체 및 광학 이성질체 및 이들 이성질체의 혼합물 뿐 아니라 가능한 호변이성질체 형이 개시되고 특허청구된다.

화학식( II )의 4- 할로메틸 -1,3- 디옥솔란 유도체

본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 출발 물질로 사용되는 4-할로메틸-1,3-디옥솔란은 일반적으로 하기 화학식(II)로 정의된다:

상기 식에서, R¹ 및 R²는 서로 독립적으로 수소, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이고,

R¹ 및 R²는 또한, 이들이 연결된 탄소 원자와 함께 4- 내지 7-원이고, 포화되고, 선택적으로 치환된 고리일 수 있으며,

R¹ 및 R²는 바람직하게는 서로 독립적으로 수소, (C₁-C₁₂)-알킬, 펜타메틸렌 또는 헥사메틸렌이고,

R¹ 및 R²는 특히 바람직하게는 수소, 메틸, 펜타메틸렌 또는 헥사메틸렌이고,

X는 할로겐, 바람직하게는 염소 또는 브로민이고, 특히 바람직하게는 염소이다.

화합물은 문헌[Journal of Polymer Science 1964, vol . 2 p.3471; Biochemical preparation , 1960 v. 7, 45] 및 [Gevorkyan et al , Khimiya Geterocycl. Soed . N 1, 1991, pp . 37-39.]에 기술된 방법에 따라 공지되고 제조 가능하다.

본 발명에 따른 적당한 출발 물질의 예시는 4-클로로메틸-2,2-디메틸-1,3-디옥솔란, 4-클로로메틸-1,3-디옥솔란, 4-(클로로메틸)-2-메틸-1,3-디옥솔란, 2-(클로로메틸)-1,4-디옥사스피로[4.4]노난, 2-(클로로메틸)-1,4-디옥사스피로[4.5]데칸, 4-(클로로메틸)-2-페닐-1,3-디옥솔란, 4-브로모메틸-2,2-디메틸-1,3-디옥솔란이다.

반응 과정

본 발명에 따른 처리 단계는 바람직하게는 60 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 온도에서, 특히 바람직하게는 80 ℃ 내지 140 ℃의 온도에서 수행된다. 본 발명에 따른 처리 단계는 일반적으로 대기압에서 또는 감압 하에서 수행된다.

반응 시간은 결정적이지 않으며 배치(batch) 크기 및 온도에 따라 1 시간 내지 2 시간 이상의 범위에 있을 수 있다.

본 발명에 따른 처리 단계에서, 화학식(II)의 4-할로메틸-1,3-디옥솔란 1 몰이 0.8 몰 내지 2.5 몰, 바람직하게는 1 몰 내지 2 몰의 무기 염기와 반응한다. 적당한 염기는 NaOH, KOH, NaO^tBu, KO^tBu, NaOMe, KOMe이다. NaOH와 KOH가 특히 바람직하며 NaOH가 매우 특히 바람직하다.

반응은 용매에서 수행된다.

적당한 용매는 200 내지 500의 몰 질량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 또는 폴리에틸렌 글리콜 디에틸 에테르이다. 250의 몰 질량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르가 특히 바람직하다.

반응 혼합물의 워크업은 생성물의 증류에 의해 무수 조건에서 수행된다. 생성물은 바람직하게는 반응 혼합물로부터 직접 증류된다. 증류는 생성물에서의 부가적 열 스트레스를 피하기 위해 감압 하에서도 또한 수행될 수 있다. 잔여물(바닥)은 염, 예컨대 NaCl의 제거 이후 추가로 활용될 수 있다.

그러나 수성 워크업도 역시 가능하다.

이렇게 얻어진 화학식(I)의 화합물의 순도는 매우 높아 97 % - 99 %의 범위에 있으며, 정제 단계 없이 추가로 활용될 수 있다. 본 발명에 따른 반응은 선호되는 원료 물질의 사용 때문에 그리고 산업적 규모에서도 간단하고, 잘 통제될 수 있는 공정이기 때문에 특히 주목할 만하다.

화학식(I)의 화합물은 피라졸 산의 합성에서 값진 중간체로서, 이는 다시 살충 활성을 갖는 안트라닐산 아미드의 제조를 위한 중요한 빌딩 블록이다(WO2007/112893, WO2007/144100). 화학식(I)의 화합물은 예컨대, 반응식(I)에 따라 피라졸 카르복실산으로 변환될 수 있다:

반응식(I)

여기서

R¹, R²는 위에서 기재된 의미를 지니며,

R³는 CX₃, (C=O)O알킬 또는 (C=O)O아릴이며,

X는 할로겐이며,

R⁵는 할로겐, 시아노, 니트로, 알킬, 시클로알킬, 할로알킬, 할로시클로알킬, 알콕시, 할로알콕시, 알킬아미노, 디알킬아미노, 시클로알킬아미노이며,

R⁶는 할로겐, OSO₂Me, O(C=O)CH₃이며,

Z는 CH, N이다.

실시예

아래 실시예는 제한 없이 발명을 예시한다.

실시예 1

2,2-디메틸-4-메틸렌-1,3- 디옥솔란

500 mL의 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 250 내에서 4-클로로메틸-2,2-디메틸-1,3-디옥솔란(150 g, 1 몰) 및 80 g의 NaOH을 120 ℃에서 2 시간 동안 교반하였다. 2 시간 후, GC 샘플의 완전한 전환을 보였다. 100 mbar의 감압을 적용했고 생성물을 냉각된 리시버로 증류했다. 125 g(92 %)의 생성물을 99 %의 순도로 얻었다.

B.p. 103-105 ℃.

특성 분석:

¹H NMR (CDCl₃) δ: 1.43 (s, 6H), 3.81 및 4.20 (dd, 2H), 4.7 (dd, 2H) ppm.

실시예 2

4-메틸렌-1,3- 디옥솔란

4-클로로메틸-1,3-디옥솔란을 사용하였고 그외 실시예 1의 기재와 동일함.

수율은 87 %이다. B.p. 72-74 ℃. n_d ²⁰ 1.4372 (문헌[Journal of Polymer Science 1964, vol . 2 p.3487] 참조).

실시예 3

2,2- 펜타메틸렌 -4-메틸렌-1,3- 디옥솔란

4-클로로메틸-2,2-(펜타메틸렌)-1,3-디옥솔란을 사용하였고 그외 실시예 1의 기재와 동일함.

수율 87 %; B.p: 110-112 ℃ /50 mbar.

특성 분석:

¹H NMR (CDCl₃) δ: 1.35-1.80 (m, 10 H), 4.12 (br.s, 2H), 4.37-4.62 (m,2H) ppm.

실시예 4

2- 메틸 -4-메틸렌-1,3- 디옥솔란

4-클로로메틸-2-메틸-1,3-디옥솔란을 사용하였고 그외 실시예 1의 기재와 동일함.

수율 91 %, B.p. 98-100 ℃

특성 분석:

¹H NMR: δ 1.21 (d, 3H, Me), 3.75 (m, 1H, CH-Me), 4.1-4.5 (m, 2H, OCH₂), 4.80 (1H, CH=), 5.0 (1H, CH=) ppm.

Claims

하기 화학식(II)의 화합물이 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 또는 폴리에틸렌 글리콜 디에틸 에테르의 존재 하에서 무기 염기와 반응하는 것을 특징으로 하는, 하기 화학식(I)의 메틸렌-1,3-디옥솔란의 제조 방법:

상기 화학식들에서,
R¹ 및 R²는 서로 독립적으로 수소, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이며,
R¹ 및 R²는 또한 이들이 연결된 탄소 원자와 함께 4- 내지 7-원이고, 포화되고, 선택적으로 치환된 고리를 형성할 수 있으며,
X는 할로겐이다.
제1항에 있어서, R¹ 및 R²가 서로 독립적으로 수소, (C₁-C₁₂)-알킬, 펜타메틸렌 또는 헥사메틸렌이며, X가 염소 또는 브로민인 것을 특징으로 하는, 화학식(I)의 화합물의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, NaOH, KOH, NaO^tBu, KO^tBu, NaOMe 또는 KOMe가 무기 염기로 사용되는 것을 특징으로 하는, 화학식(I)의 화합물의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 200 내지 500의 몰 질량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 또는 폴리에틸렌 글리콜 디에틸 에테르가 사용되는 것을 특징으로 하는, 화학식(I)의 화합물의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 화학식(II)의 화합물 1 몰이 무기 염기 0.8 몰 내지 2.5 몰과 반응하는 것을 특징으로 하는, 화학식(I)의 화합물의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 60 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 화학식(I)의 화합물의 제조 방법.