CN101796021A - 制备吡唑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制备式(I)化合物的新方法,其中Hal和Hal’分别独立地选自Cl和F,且R1选自Cl、F和H。
Description
本发明涉及3-二-和三卤甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛以及3-二-和三卤甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-羧酸的新制备方法,其可用作制备杀真菌剂的中间体,以及在此方法中用作中间体的新化合物。
例如,WO 03/070705和WO 03/074491中公开了3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-羧酸和3-三氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-羧酸是用于制备吡唑基甲酰苯胺类杀真菌剂的重要中间体。
本发明的目的在于提供一种制备关键中间体的新方法,该中间体是用于合成3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-羧酸和3-三氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-羧酸的,该方法使得所述酸的制备能够具有高的区域选择性(相对于吡唑环上的两个氮原子)、高产率且高质量从而经济上有利且易于操作。
发明概述
第一方面,本发明涉及制备式(I)化合物的方法
其中Hal和Hal’独立地选自Cl和F,R1选自Cl、F和H,包括使式(II)化合物
与Vilsmeier试剂反应,其中Hal、Hal’和R1如上定义。
在第二个实施方式中,本发明涉及式(I)化合物
其中Hal、Hal’和R1如上定义。
在第三个实施方式中,本发明涉及式(II)化合物
其中Hal、Hal’和R1如上定义。
发明详述
Vilsmeier试剂
本文使用的术语“Vilsmeier试剂”是指式(III)化合物
其中R2和R3独立地选自C1-6烷基和苯基,X是卤素,Yn-是阴离子,且n为1、2、3或4。
优选地,R2是甲基。优选地,R3是甲基。更优选地,R2和R3都是甲基。
优选地,X是氯。
优选地,Yn-选自Cl-、F-、Br-和SO4 2-。更优选地,Yn-是Cl-。
在一个高度优选的实施方式中,所述Vilsmeier试剂是N-氯亚甲基-N,N-二甲基氯化铵(IV)
本发明预期使用的某些Vilsmeier试剂可以是市售的,或预先制备得到。
在一个高优选的实施方式中,Vilsmeier试剂是原位生成的。Vilsmeier试剂的原位生成适宜地通过式(V)的甲酰胺
与活化试剂反应进行,其中R2和R3如上定义。
本文中,术语“活化试剂”是指所有能够与式(V)的化合物反应从而得到上述式(IV)的相应的Vilsmeier试剂的化合物。
优选的活化试剂为三氯氧膦、碳酰氯、亚硫酰氯、五氯化磷和草酰氯。最优选三氯氧膦。
在一个非常优选的实施方式中,Vilsmeier试剂通过二甲基甲酰胺与三氯氧膦反应原位制备。
反应条件
优选地,化合物(II)与Vilsmeier试剂的反应在适宜的溶剂中进行。可选地,反应可在无溶剂存在的情况下进行。
优选的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲苯、甲苯、均三甲苯、叔丁基苯、氯苯、1,2-二氯苯和异己烷以及它们的混合物。非常优选的溶剂为二甲基甲酰胺。
优选地,Vilsmeier试剂相对于腙(II)过量。更优选地,以摩尔单位量计,Vilsmeier试剂的至少两倍于腙(II)的量存在。更优选地,以摩尔单位量计,Vilsmeier试剂以2-10倍于腙(II)的量存在。更优选地,以摩尔单位量计,Vilsmeier试剂以3-5倍于腙(II)的量存在。更优选地,以摩尔单位量计,Vilsmeier试剂以大约4倍于腙(II)的量存在。
优选地,将腙(II)加入到Vilsmeier试剂。优选腙(II)和Vilsmeier试剂在溶液中。优选地,在上述加入步骤期间使用冷却。优选地,在上述加入步骤期间保持反应混合物温度为5-10℃。优选地,加入时间为1-6个小时,更优选地为大约4个小时。
将腙(II)加到Vilsmeier试剂后,让反应继续进行。本领域技术人员知晓在反应过程中监测反应是有利的。相关的技术公开于Experimental OrganicChemistry standard and microscale(2nd Edition)(L.M.Harwood,C.J.Moody,and J.M.Percy,Blackwell Scientific,1999),且包括例如薄层色谱、气相色谱和高效液相色谱(HPLC)。
优选地,反应继续进行1-48小时,更优选6-24小时,更优选大约12小时。
优选地,反应在惰性气氛下进行。更优选地,反应在氮气气氛下进行。
优选地,反应是加热的。更优选地,反应温度维持在25-150℃。更优选地,反应温度维持在50-125℃。更优选地,反应温度维持在75-85℃。
本领域技术人员知晓,如果需要分离,那么可能需要或希望后处理反应混合物以分离醛(I)。例如,Experimental Organic Chemistry standard andmicroscale(2nd Edition)(L.M.Harwood,C.J.Moody,and J.M.Percy,Blackwell Scientific,1999)已经公开了适宜的后处理步骤。
本领域技术人员也知晓适于纯化醛(I)的纯化技术。适宜的技术包括重结晶、蒸馏和色谱法。
氧化为羧酸
在一个优选的实施方式中,本发明的方法包括进一步将式(I)的醛氧化为相应的羧酸(VI)
或其盐。
存在许多将醛类化合物氧化为酸的适宜的反应条件。适宜的方法记载于例如Advanced Organic Chemistry(J.March,John Wiley and Sons,1992,701-703页)中。
适宜的氧化剂包括高锰酸钠、高锰酸钾、铬酸、溴、过氧化物、次氯酸盐和氧气。优选地,氧化剂为过氧化物。更优选地,氧化剂为过氧化氢。
优选地,氧化剂相对于醛(I)过量。更优选地,以摩尔单位量计,氧化剂以至少2倍于醛(I)的量使用。更优选地,以摩尔单位量计,氧化剂以5-50倍于醛(I)的量使用。更优选地,以摩尔单位量计,氧化剂以10-20倍于醛(I)的量使用。
优选地反应在碱的存在下进行。优选的碱包括碱金属和碱土金属的氢氧化物和碳酸盐。更优选的碱为氢氧化钠和氢氧化钾。非常优选的碱为氢氧化钠。
非常优选的氧化剂和碱的组合是过氧化氢和氢氧化钠。
优选地,氧化反应在适宜溶剂中进行。优选溶剂是水。
同样,本领域技术人员也知晓监测氧化反应的进程的技术,其用以判断反应完成的终点所在。
在本发明的一个实施方式中,用“一锅”法将醛(I)化合物直接氧化为羧酸(VI),而不用分离醛(I)。
在某些实施方式中,醛(I)化合物可能氧化为羧酸(VI)化合物的盐而不是游离酸。在这些实施方式中,可使用酸处理的步骤将盐形式转化为酸形式。优选盐酸。
本领域技术人员知晓,对反应混合物的后处理以分离出羧酸(VI)是必要或希望的。例如,Experimental Organic Chemistry standard and microscale(2nd Edition)(L.M.Harwood,C.J.Moody,and J.M.Percy,BlackwellScientific,1999)已经公开了适宜的后处理步骤。
本领域技术人员也知晓用于纯化羧酸(VI)的适宜的纯化的技术。适宜的技术包括重结晶、蒸馏和色谱法。
制备腙(II)化合物
通过将酮(VII)化合物
和甲基肼缩合适宜地制备得到腙(II)。
反应优选在溶剂中进行。优选的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲苯、甲苯、均三甲苯、叔丁基苯、氯苯、1,2-二氯苯和异己烷。最优选的溶剂为二甲基甲酰胺。
优选地,以摩尔单位量计,甲基肼的用量是相对于酮(VII)化合物的量的0.5-10当量。更优选地,以摩尔单位量计,甲基肼的用量是相对于酮(VII)化合物的量的0.7-5当量。更优选地,以摩尔单位量计,甲基肼的用量是相对于酮(VII)化合物的量的0.8-2当量。更优选地,以摩尔单位量计,甲基肼的用量是相对于酮(VII)化合物的量的0.9-1.1当量。
反应优选在酸存在条件下进行。优选有机酸。更优选甲酸、乙酸或丙酸。可选地,可使用无机酸,包括盐酸或硫酸。
优选酸的量是相对于酮(VII)化合物的量的0.05-1当量,更优选0.1-0.5当量,最优选约0.2当量。
优选地,反应温度维持在0-150℃。更优选地,反应温度维持在10-30℃。更优选地,反应温度维持在20-25℃。
同时,本领域技术人员也知晓监测氧化反应过程的技术,从而判断反应什么时候完成。在此,HPLC特别有用的。
本发明的反应时间优选1-48小时,更优选为1-18小时。
本领域技术人员知晓,如果需要分离,那么对反应混合物的后处理以分离出腙(II)化合物是必要或希望的。例如,Experimental Organic Chemistrystandard and microscale(2nd Edition)(L.M.Harwood,C.J.Moody,andJ.M.Percy,Blackwell Scientific,1999)已经公开了适宜的后处理步骤。
本领域技术人员也知晓适于纯化腙(II)化合物的纯化技术。包括重结晶、蒸馏和色谱法。
在一个非常优选的实施方式里,腙(II)化合物直接与Vilsmeier试剂进行下后续反应而无需分离。但是,如欲分离腙(II)化合物,则可以按照现有技术的方法进行。
卤素交换
在本发明的一个实施方式里,反应顺序包括了一个卤素的交换步骤。
本文中,术语“卤素交换”是指一种卤素原子被交换为第二种、不同的卤素原子的反应。优选地,氯原子被交换为氟原子。
卤素交换可以在反应顺序中的任意合适的步骤进行。
在一个优选的实施方式中,3-二氯甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(VIII)进行卤素交换得到3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(IX)。
在一个可选的实施方式中,3-二氯甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-羧酸(X)或其盐形式进行卤素交换得到3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(XI)。
卤素交换可以在多种条件下进行。优选地,卤素交换在F-源存在下进行。优选试剂为AgF、KF、HgF2、Bu4N+HF2-、BrF3、Et3N·2HF、Et3N·3HF和HF加SbF3。非常优选的试剂为Et3N·3HF。
卤素交换反应任选地在溶剂中进行。可选地以及优选地,反应在无溶剂条件下进行。
优选地,反应温度维持在0-250℃。更优选地,反应温度维持在50-200℃。更优选地,反应温度维持在125-175℃。最优选地,反应温度维持在约150℃。
同时,本领域技术人员也知晓监测卤素交换反应过程的技术,从而判断反应什么时候完成。在此,HPLC是特别有用的。
本领域技术人员知晓,如果需要分离产物,那么对反应混合物的后处理以分离出卤素交换反应的产物是必要或希望的。例如,Experimental OrganicChemistry standard and microscale(2nd Edition)(L.M.Harwood,C.J.Moody,and J.M.Percy,Blackwell Scientific,1999)已经公开了适宜的后处理步骤。
本领域技术人员也知晓适于提纯反应产物的纯化技术。合适的技术包括重结晶、蒸馏和色谱法。
优选实施方式
在本发明的一个优选的实施方式中,R1是氢。
在本发明的一个优选的实施方式中,Hal和Hal’是氟。优选地,Hal和Hal’是氟且R1是氢。
在该实施方式中,反应顺序如图表1所示。1,1-二氟丙酮(XII)和甲基肼反应生成相应的腙(XIII)。(XIII)和Vilsmeier试剂反应得到3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(IX)。氧化(IX)得到3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-羧酸(XI)或其盐的形式。
图表1
在本发明的一个可选的优选实施方式中,Hal、Hal’和R1是氟。
在该实施方式中,反应顺序如图表2所示。1,1,1-三氟丙酮(XIV)和甲基肼反应生成相应的腙(XV)。(XV)和Vilsmeier试剂反应得到3-三氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(XVII)。氧化(XVII)得到3-三氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-羧酸(XVIII)或其盐的形式。
图表2
在本发明的一个可选的优选实施方式中,Hal和Hal’都是Cl,且R1是氢。
在该实施方式中,反应顺序如表3所示。在该实施方式中,氧化和卤素交换步骤可按两种顺序任一进行,而得到相同产物。
在表3中,1,1-二氯丙酮(XIX)和甲基肼反应生成相应的腙(XX)。(XX)和Vilsmeier试剂反应得到3-二氯甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(VIII)。
氧化(VIII)得到3-二氯甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-羧酸(X)或其盐的形式。卤素交换反应得到3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-羧酸(XI)。
可选地,对(VIII)进行卤素交换反应得到3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(IX)。氧化得到3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-羧酸(XI)。
图表3
在一个优选的实施方式中,本发明涉及制备式XI的化合物的方法
其包括
a1)使式XII的化合物(1,1-二氟丙酮)
和甲基肼反应生成式XIII的化合物(N-[2,2-二氟-1-甲基-亚乙基]-N’-甲基-肼)
a2)使式(XIII)的化合物与二甲基甲酰胺以及活化试剂反应生成式(IX)的化合物(3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛)
a3)在碱的存在下用氧化剂氧化式(IX)的化合物生成式(XI)的化合物。
制备步骤a1):
如上定义的反应步骤a1)优选在0-50℃的温度范围内进行。更优选10℃-25℃。
该反应适宜在惰性溶剂中进行。优选的惰性溶剂为二甲基甲酰胺、二甲苯、甲苯、均三甲苯、叔丁基苯、氯苯、1,2-二氯苯和异己烷;更优选二甲基甲酰胺。
在本发明的反应中,甲基肼用量可相对于式IV化合物等摩尔量、亚摩尔量或过量使用,优选使用等摩尔量的甲基肼。
该反应优选在酸存在条件下进行。适宜的酸为有机酸,例如甲酸、乙酸或丙酸;或者无机酸,例如盐酸或硫酸。优选地,上述酸是有机酸,更优的,上述酸是乙酸。优选酸的量为相对于式XII化合物的0.05到1当量,更优选为0.1-0.5当量。
本发明的上述反应时间优选1-48小时,更优选为1-18小时,更更优选为1-5小时。
本发明的上述反应可在常压、加压或减压条件下进行。在本发明的一个实施方式中,该反应在常压下进行。
优选地,化合物XIII不用分离,而在制备步骤a2)中被原位消耗。
制备步骤a2):
适宜的活化试剂为,例如三氯氧磷、碳酰氯或亚硫酰氯;优选三氯氧磷。
本发明的上述反应优选在0-130℃的温度范围内进行,尤其75-100℃。
上述反应适宜在惰性溶剂中进行。优选的惰性溶剂是制备步骤a1)中所使用的溶剂。
在本发明的上述反应中,活化剂,优选三氯氧磷,通常相对于于化合物XIII过量使用,优选2-6倍过量。
本发明的上述反应的反应时间一般为1-48小时,优选为1-24小时,更优选为1-18小时。
本发明的上述反应可在常压、加压或减压条件下进行。在本发明的一个实施方式中,上述反应在常压下进行。
制备步骤a3):
用于制备步骤a3)的适宜的氧化剂为例如过氧化氢。
氧化剂适宜的用量为例如至少1当量;优选为10-20当量。
适宜的碱为例如氢氧化物碱,例如为碱金属或碱土金属氢氧化物,例如NaOH或KOH,优选NaOH。碱适宜的用量为例如相对于化合物IX的1-10当量,尤其为2-5当量,更尤其为约4当量。
上述反应适宜在惰性溶剂中进行。适宜的惰性溶剂为例如水、醇类例如甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇;或质子惰性溶剂,例如四氢呋喃、叔丁基甲基醚、二噁烷或甲苯;以及它们的混合物;尤其优选水。
反应温度通常在0-120℃,优选0-100℃,尤其优选为20-60℃。在一个实施方式中,温度范围为40-50℃。
上述步反应可在常压或加压下进行。
上述反应的反应时间通常为1-60小时,优选1-6小时。
本发明的第一个实施方式中产物式I化合物收率高且具有高区域选择性及低成本。
式II化合物是制备式I化合物的重要的中间体,本发明制备方法中具体研究了该类化合物。本发明因此也涉及此类化合物。
在第一个实施方式的再一个方面是制备式I化合物的方法
其包括
a1)使式VII的化合物和甲基肼在惰性溶剂存在下反应生成式II的化合物;以及
a2)用三氯氧磷和二甲基甲酰胺将上述化合物转化生成式I的化合物。
所述方法中,a1)和a2)按照上面描述的实施。
下面的非限制实施例进一步解释本发明。除非另外注明,以下所有%值均指(w/w)值。
实施例1:化合物3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(IX)的制备
1,1-二氟丙酮 3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛
在装有磁力搅拌器、温度计500ml的三颈圆底烧瓶中,氮气氛下加入10gl,1-二氟丙酮(式XII化合物)和227g二甲基甲酰胺和1.35g乙酸。在该搅拌溶液中加入4.83g甲基肼,反应在常温下搅拌过夜。得到预期的腙中间体(式XIII的化合物)>99%起始原料中被消耗。反应物分成两等份,其中一份如下方法处理:在装有磁力搅拌器、冷凝器、温度计的500ml的三颈圆底烧瓶中,氮气氛下加入114g二甲基甲酰胺,加热到50℃。搅拌下在45-50℃历经0.75小时加入66.1g三氯氧磷,反应温度保持在50℃1小时然后冷却到10℃。历经4小时加入制备的腙化合物溶液(式XIII的化合物),反应温度保持在5-10℃。反应在80℃下搅拌过夜然后冷却到室温。在一个配备机械搅拌的3升反应釜中加入500ml二氯甲烷和330g的冰。历经0.5小时上述反应物在搅拌下加入到冰/二氯甲烷混合物中。用220ml的20%氢氧化钠溶液调节pH为9.8,产生固体的沉淀。进一步加入300ml二氯甲烷和750ml水,用水洗二氯甲烷层,水层用二氯甲烷萃取。水洗合并后的二氯甲烷层,用MgSO4干燥,真空下浓缩[目标产品(式IX的化合物)收率65%-HPLC定量]。用Kugelrohr蒸馏装置在70℃,3-5mbar下除去DMF得到深棕色的油状物[目标产品收率53%-HPLC定量]。
MS:42,51,69,77,83,112,131,141,159,160(M+)
1 H NMR(CDCl 3 ):4.00(s,3H,NCH 3 ),6.88(t,1H,CHF2),7.75(S,1H,ArH),10.0(s,1H,CHO)
实施例2:3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-羧酸(XI)的制备
在装有磁力搅拌器和温度计的250ml的三颈圆底烧瓶中加入130g水、6.50g的实施例1产物(化合物IX)和8.17g氢氧化钠水溶液,所得溶液加热到40-45℃。历经1个小时加入39g的35%的过氧化氢溶液,然后40-45℃下搅拌混合物0.5小时[目标产品(化合物XI)收率83%-HPLC定量],加入36%的盐酸溶液调节反应物pH为2.5。通过过滤和用水洗涤分离产生的沉淀。60℃,10mbar下干燥得到淡黄色的自由流动粉末的目标产品(XI)(目标产品收率69%-HPLC定量)。
MS:42,51,69,80,88,100,108,128,137,159,176(M+)
1 H NMR(d6-丙酮):3.98(s,3H,NCH 3),7.21(t,1H,CHF2),8.25(S,1H,ArH),11.2(宽s,1H,CO2 H)
实施例3:3-二氯甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(VIII)的制备
1,1-二氯丙酮 3-二氯甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛
在装有磁力搅拌器、温度计的50ml圆底烧瓶中,氮气氛下向反应器中加入30ml二甲基甲酰胺和3.05g1,1-二氯丙酮(化合物XIX)。向该搅拌溶液中缓慢加入1.25g甲基肼,保持上述混合物低于25℃。反应在常温下搅拌0.75小时,得到式XX的目标腙中间体。在装有磁力搅拌器、冷凝器、温度计的150ml圆底烧瓶中,氮气氛下加入60ml二甲基甲酰胺,加热到50℃。用注射泵加入15.0g三氯氧磷,反应在50℃搅拌1小时然后冷却到10℃。立即加入如上所述制备的腙溶液(式XX的化合物),反应温度保持在5-10℃。反应在80℃下搅拌5小时然后冷却到室温。反应物分成两等份。在一个玻璃容器中加入100ml二氯甲烷和100ml的水和150ml的10%碳酸氢钠水溶液。加入第一个一半的反应物,再用碳酸氢钠水溶液调节pH为7-8,第二个一半反应物同样方法处理。合并有机相用2×100ml的水洗,用MgSO4干燥,真空下浓缩。化合物VIII用MS和NMR分析。
MS:42,50,85,94,122,157,192(M+)
1 H NMR(D7-DMF):3.97(s,3H,NCH 3),7.20(s,1H,CHCl2),8.05(S,1H,ArH),10.03(s,1H,CHO)
实施例4:3-二氟甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛(IX)的制备
将1.94g的式VIII化合物3-二氯甲基-1-甲基-1H-吡唑-4-甲醛加入到100ml的Monel压力反应器中,然后用注射器加入20.1g的三(氟化氢)-三乙基胺。封闭***搅拌同时加热内容物至150℃。到达目标温度后反应物保持在此温度2小时。然后反应物放置过夜。反应结束前冷却。将反应混合物(黑色液体)倒入50ml的水中结束反应。将反应结束后的物质用2×25ml的甲基叔丁基醚萃取。分离出有机相,用盐水洗涤并用硫酸镁干燥有机相后,过滤并用真空浓缩得到0.38g的红/褐色油状物的式IX化合物,收率约40%。产物用GC和GCMS分析。
GCMS:42,51,69,77,83,112,131,141,159,160(M+)
Claims (15)
2.如权利要求1的方法,其中Hal和Hal’是F。
3.如权利要求1的方法,其中Hal和Hal’是Cl。
4.如权利要求1-3中任意一项的方法,其中R1是H。
5.如权利要求1-3中任意一项的方法,其中R1是F。
7.如权利要求6所述的方法,其中所述氧化剂是过氧化氢。
8.如权利要求6或7所述的方法,其中所述氧化反应在碱的存在下进行。
9.如权利要求3、4或6所述的方法,包括将Hal和Hal’由Cl转化为F的卤素交换步骤。
10.如在前的任一权利要求所述的方法,其中Vilsmeier试剂通过POCl3和二甲基甲酰胺原位生成。
12.式(I)的化合物
其中Hal、Hal’和R1如权利要求1定义。
13.如权利要求12的化合物,结构式为IX
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