TWI736653B - 製備氟烷基腈及對應氟烷基四唑之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於製備氟烷基腈及對應氟烷基四唑之方法，其藉由將氟化羧醯胺(carboxamide)與三氯化磷(PCl3)或三氯一氧化磷(POCl3)在鹼的存在下反應。

Description

製備氟烷基腈及對應氟烷基四唑之方法
本發明係關於始於氟烷基羧醯胺之製備氟烷基腈及對應氟烷基四唑之方法。
氟烷基腈及對應氟烷基四唑為用於製備農化活性成分的重要中間體。
Grunewald等人(J.Med.Chem.2006,49,2939-2952)以及Swarts(Bulletin des Sociétés Chimiques Belges,1922,Vol 31,364-365)描述了二氟乙腈之製備，其始於二氟乙醯胺以及五氧化二磷。於此情況下，兩種固體皆經加熱且揮發性腈係於-78℃下濃縮。然而，於反應容器中留下的固體反應殘餘物難以移除。
Parker於Synthetic Communications(第34期，2004年，第903-907頁)與EP 729940A2中描述了藉由將對應醯胺與在吡啶中的三氟醋酸酐反應來製備氟化腈。此方法之缺點為使用昂貴的三氟醋酸酐，其必須化學計量地使用。
CN 102746190A(2012)描述了藉由多磷酸/磷酸催化系統自醯胺製備三氟乙腈。
CN 103804231A(2014)揭示藉由將三氟醋酸酐加入四氯化碳自醯胺製備三氟乙腈。
WO 2010/142377A1描述了藉由將氟化羧醯胺與醯鹵以及氟化羧酸反應製備氟烷基腈。
使用醯鹵作為脫水劑的問題為會形成例如氫鹵化物之副產物。由於氟烷基腈常與例如疊氮化鈉與乙腈反應以提供對應氟烷基四唑(亦參見Radies於Journal of Fluorine Chemistry中文章(2008,129,1199-1205))，藉由將對應氫鹵化物與疊氮化鈉反應形成不穩定且極具爆炸性的疊氮酸(HN3)是可能的但實際上絕對不樂見。
Jones於Journal of Organic Chemistry(1943,65,1458)中描述了藉由五氧化二磷將三氟乙醯胺脫水。所有上述方法之特徵在於需要特別的設備、極高的溫度以及昂貴且有毒的試劑，所欲產物僅可藉由複雜的分離方式自產物混合物中分離。
除了其他脫水劑之外，DE 69428783T2亦揭示了三氯一氧化磷(POCl3)適於製備甲腈(carbonitrile)。然而，氟化衍生物並未描述於其中。
自此先前技術改進，本發明之目的係提供製備氟化烷基腈以及自其可得之氟化烷基四唑之最安全而可能的方法(即，完全避免形成例如HN3)，其可較佳以簡單且具成本效益之方法實現。氟化烷基腈與自此所欲方法可得的氟化烷基四唑於此情況下應較佳可獲得高產率及高純度。特別是，所欲方法應能獲得所欲標的化合物，而無須複雜的純化方法。
依據本發明之目的係藉由製備通式(I)之氟烷基腈的方法而達成，
Figure 106125022-A0202-12-0002-2
 其中X1與X2係彼此獨立的氟、氯、氫或甲基，其特徵在於式(II)之氟化羧醯胺
Figure 106125022-A0202-12-0003-3
 其中X1與X2係如上述定義，在鹼的存在下，與三氯化磷(PCl3)及/或三氯一氧化磷(POCl3)反應。
X1與X2各自獨立地較佳為氟。
於本發明較佳實施例中，該通式(I)之氟烷基腈，
Figure 106125022-A0202-12-0003-4
 在依據上述方法製備之後，在溶劑存在下直接與疊氮化鈉反應，以提供通式(III)之對應氟烷基四唑，
Figure 106125022-A0202-12-0003-5
其中X1與X2係如上述定義。
此步驟疊氮化鈉的量應足夠多以使腈在工業上可實行時間內完全轉換。疊氮化鈉對通式(I)之氟烷基腈之莫耳比率較佳在1與10之間，更佳在1與5之間，且特佳在1與2之間。疊氮化物鹽溶解或懸浮於其中之溶劑的量並非關鍵。典型混合物可包含至多20重量%疊氮化物。
令人訝異地，在依據本發明條件下可安全地製備式(I)之氟化烷基腈及自其製備之通式(III)之對應氟烷基四唑，且具有高純度的良好產率，代表依據本發明之方法不具有先前技術內文中所描述之缺點。
概述定義
於本發明之內文中，除非有不同定義，用語鹵素或鹵化物包含選自由氟、氯、溴及碘所組成群組的元素，較佳使用氟、氯及溴，且特佳使用氟及氯。
視情況，取代基可為單或多取代，其中在多取代情況下之 取代基可為相同或不同。
三氯化磷(PCl 3 )及/或三氯一氧化磷(POCl 3 )
為了製備通式(I)之氟烷基腈，較佳使用包括三氯化磷(PCl3)及/或(較佳或)三氯一氧化磷(POCl3)。
三氯化磷(PCl3)或三氯一氧化磷(POCl3)對所使用通式(II)之氟化烷基醯胺的莫耳比率可為例如自0.05至1，較佳0.5至0.9。使用大量的三氯化磷(PCl3)或三氯一氧化磷(POCl3)(莫耳比率大於1)非為關鍵反倒浪費。
鹼
依據本發明製備通式(I)之氟烷基腈之方法係在鹼的存在下進行。例如，吡啶或經取代吡啶以及經取代或未經取代喹啉乃適用作為鹼。較佳使用吡啶或經取代吡啶以及經取代或未經取代喹啉。鹼之特佳實例為吡啶、甲吡啶、喹啉、喹吶啶及經鹵化吡啶。極佳使用3-甲吡啶。
鹼對所使用通式(II)之氟化烷基醯胺的莫耳比率可為例如自1至10，特佳3至6。
使用大量的鹼非為關鍵反倒浪費。
製備通式(I)化合物之反應亦或對通式(III)化合物之後續反應通常可在減壓下、在標準壓力下或在增壓下進行。所施加溫度亦可視所使用的受質而改變，且可由通常知識者藉由例行測試而迅速決定。例如，製備通式(I)化合物之反應可在自-50至250℃，較佳0至170℃溫度下進行。反應特佳在10至140℃溫度下進行。
依據本發明所使用式(II)之氟化烷基醯胺為商業上可獲得或者可藉由得知自文獻(WO 03/080563)的方法迅速製備。
溶劑
提供式(I)化合物之式(II)氟化烷基醯胺的反應可視情況在溶劑存在下進行。額外的溶劑較佳於反應中省略。
提供式(III)化合物之式(I)氟化烷基腈反應係在溶劑存在下進行。就此反應而言，較佳使用非質子極性溶劑例如，舉例而言，酮例如丙酮，內酯例如γ-丁內酯，內醯胺例如N-甲基-2-吡咯啶酮，腈例如乙腈， 硝基化合物例如硝甲烷，三級羧醯胺例如二甲基甲醯胺，尿素衍生物例如四甲基尿素或二甲基伸丙基尿素(DMPU)，亞碸例如二甲基亞碸(DMSO)，碸例如環丁碸，碳酸酯例如碳酸二甲酯或碳酸伸乙酯。特佳使用丙酮或乙腈作為溶劑。
所欲通式(I)化合物可藉由例如蒸餾分離。
所欲通式(III)化合物可藉由例如過濾分離。
本發明係藉由以下實例詳細說明，然而實例不應以限制本發明之方式解釋。
製備實例
實例1
Figure 106125022-A0202-12-0005-6
148.3g(1.592mol,3.00eq.)3-甲吡啶與8.1g(0.053mol；0.10eq.)POCl3混合物加熱至100℃。在4小時期間內，對此混合物計量供給57.0g(0.372mol；0.70eq.)的POCl3以及同時於98.9g(1.062mol；2.00eq.)3-甲吡啶中之60.0g(0.531mol；1.00eq.)三氟乙醯胺的混合物。接著， 在一小時期間內將溫度增至125℃。所產生的三氟乙腈經引導通過回流冷凝器及清洗瓶，其以3-甲吡啶裝填，並導入36.2g(0.557mol；1.05eq.)疊氮化鈉及320.3g丙酮之混合物。在溫度25℃至30℃下進行輕微的放熱反應。於反應終了時，過濾去除過量疊氮化鈉並以丙酮洗滌。在減壓下藉由丙酮蒸餾將濾液濃縮至30重量%的三氟甲基四唑Na。理論產率為75%。
實例2
Figure 106125022-A0202-12-0006-7
150.0g(1.613mol；3.00eq.)3-甲吡啶與7.3g(0.053mol；0.10eq.)PCl3混合物加熱至70℃。在4小時內期間，對此混合物計量供給51.0g(0.372mol；0.70eq.)PCl3以及同時於100.0g(1.074mol；2.00eq.)3-甲吡啶中之60.0g(0.531mol；1.00eq.)三氟乙醯胺的混合物。接著，在一小時期間內將溫度增至80℃。所產生的三氟乙腈經引導通過回流冷凝器及清洗瓶，其以3-甲吡啶裝填，並導入36.2g(0.557mol；1.05eq.)疊氮化鈉與320.0g丙酮之混合物。在溫度25℃至30℃下進行輕微的放熱反應。於反應終了時，過濾去除過量疊氮化鈉並以丙酮洗滌。在減壓下藉由丙酮蒸餾將濾液濃縮至30重量%的三氟甲基四唑Na。理論產率為63%。
Figure 106125022-A0202-11-0002-1

Claims (6)

  1. 一種製備通式(I)之氟烷基腈的方法，
    Figure 106125022-A0305-02-0009-1
     其中X1與X2係彼此獨立的氟、氯、氫或甲基，其特徵在於式(II)之氟化烷基醯胺
    Figure 106125022-A0305-02-0009-2
     其中X1與X2係如上述定義，在鹼的存在下，與三氯化磷(PCl3)及/或三氯一氧化磷(POCl3)反應。
  2. 依據請求項1之方法，其中X1與X2皆為氟。
  3. 依據請求項1與2中任一項之方法，其中鹵化磷對該所使用通式(II)之氟化烷基醯胺的莫耳比率為0.05至1。
  4. 依據請求項1與2中任一項之方法，其中該鹼係選自由吡啶、甲吡啶、喹啉、喹吶啶及經鹵化吡啶所組成之群組。
  5. 依據請求項1與2中任一項之方法，其中鹼對該所使用通式(II)之氟化烷基醯胺的莫耳比率為1至10。
  6. 依據請求項1與2中任一項之方法，其特徵在於該所獲得之通式(I)氟烷基腈，
    Figure 106125022-A0305-02-0009-3
     在溶劑存在下與疊氮化鈉反應，以提供通式(III)之對應氟烷基四唑
    Figure 106125022-A0305-02-0010-4
     其中X1與X2係如上述定義。
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