CN110256351B - 一种氟虫腈及其类似物的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氟虫腈及其类似物的合成方法，所述的氟虫腈及其类似物如式(I)所示，所述的合成方法包括：(a)将如式(II)所示的硫醚化合物与三氯乙酸和非质子有机溶剂混合；(b)向步骤(a)得到的混合物中加入过氧化氢，进行氧化反应，从而得到如式(I)所示的氟虫腈及其类似物；式(I)和式(II)中取代基的定义详见说明书。本发明的合成方法是一种新颖的、条件简单、易于工业生产的合成方法。
Description
技术领域
本发明属于但不限于有机合成化学领域，具体地涉及一种氟虫腈及其类似物的合成方法。
背景技术
三氟甲硫基亚砜类化合物，尤其是芳基三氟甲硫基亚砜类化合物具有显著的生物活性，广泛存在于农药(杀虫剂，如：氟虫腈)类化合物的骨架结构中，因此，对于三氟甲硫基亚砜类化合物的高效合成研究具有重要的科学意义和应用价值。
然而，现有的合成方法学，局限于氧化剂的效率和选择性，氧化剂的氧化性过强则极其容易生成过度氧化的副产物砜。温和的氧化条件则会导致反应时间的大大延长甚至不反应。而且利用过氧化氢作为氧化剂高效且高选择性地实现该反应是较难并且少有报道的。对于三氟甲硫基亚砜类化合物合成现有氧化主要分三类，其一，利用间氯过氧苯甲酸作为氧化剂进行反应[C.M.M.Hendriks,P.Lamers,J.Engel,C.Bolm,Adv.Synth.Catal.2013,355,3363-3368.；T.Umemoto,S.Ishihara,J.Am.Chem.Soc.1993,115,2156-2164.；M.Zenzola,R.Doran,L.Degennaro,R.Luisi,J.A.Bull,Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,7203-7207.]。这一类反应缺点是间氯过氧苯甲酸是反应结束后处理会产生固体废弃物，原子经济性差，且该氧化剂氧化能力很强，极易发生过度氧化生成砜。其二是利用臭氧作为氧化剂进行反应[D.D.Dixon,J.Grina,J.A.Josey,J.P.Rizzi,S.T.Schlachter,E.M.Wallace,B.Wang,P.Wehn,R.Xu,H.Yang,Peloton Therapeutics,Inc.,USA.2015,p.430pp.；G.Nordvall,P.Forsell,J.Sandin,Stiftelsen Alzecure,Swed..2018,p.71pp.；T.-K.Yang,E.Widmer,Vetoquinol,Fr..2009,p.44pp.]。这一策略中虽然臭氧氧化可以不引入其他杂原子，但是臭氧需要单独制备，且臭氧为气体较难控制，难以高规模工业应用；其三是利用过氧化氢、三氟乙酸、水体系进行反应[K.H.Gharda,A.M.Malte,P.C.Joseph,S.D.Parkar,S.V.Sathe,P.D.Damania,Gharda Chemicals Limited,India.2007,p.19pp.；L.V.Sokolenko,I.I.Maletina,L.M.Yagupolskii,Y.L.Yagupolskii,Synlett 2010,2075-2078.；V.L.Sokolenko,K.R.Orlova,A.A.Filatov,L.Y.Yagupolskii,E.Magnier,B.Pégot,P.Diter,Molecules 2019,24.]。这一类策略相比于前两种策略略有优势，然而有机化合物合成中，水作为溶剂难以溶解各种底物，这也使其反应速率较为低下，因此此类方法难以投入使用。因而，针对三氟甲硫基亚砜类化合物，温和、绿色、简洁、高效的合成方法学研究，极具挑战性和应用价值。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明提供了一种新颖的、条件简单温和、无过渡金属参与、适用于药物生产、废弃物排放量少、反应设备简单、易于工业化生产可循环反复利用部分原料的氟虫腈及其类似物的合成方法。
在本发明的实施方案中，本发明提供了一种氟虫腈及其类似物的合成方法，所述的氟虫腈及其类似物如式(I)所示，所述的合成方法包括：
(a)将如式(II)所示的硫醚化合物与三氯乙酸和非质子有机溶剂混合；
(b)向步骤(a)得到的混合物中加入过氧化氢，进行氧化反应，从而得到如式(I)所示的氟虫腈及其类似物；
这里，式(I)和式(II)中取代基R1、R2和R3各自独立地为氟甲基、氯、氟或溴；R4为氰基、溴或氯；R5为叠氮基、溴、氯或氨基。
在本发明的实施方案中，在步骤(b)的氧化反应完成后，还包括下列步骤：
(c)将步骤(b)得到的反应混合物进行固液分离，从而得到固体的如式(I)所示的氟虫腈及其类似物和母液；
(d)将如式(II)所示的硫醚化合物和过氧化氢加入到步骤(c)的母液中进行氧化反应；
在步骤(d)后，重复地进行步骤(c)和步骤(d)。
在上述实施方案中，式(I)和式(II)中取代基R1为三氟甲基；R2和R3各自独立地为氯；R4为氰基；R5为叠氮基、溴、氯或氨基。
在上述实施方案中，式(I)和式(II)中取代基R1为三氟甲基；R2和R3各自独立地为氯；R4为氰基；R5为溴或氨基。
在上述实施方案中，式(I)和式(II)中取代基R1为三氟甲基；R2和R3各自独立地为氯；R4为氰基；R5为氨基。
在上述实施方案中，所述步骤(b)和步骤(d)氧化反应的反应温度为-20℃～60℃，优选地，为10℃～25℃，更优选地，为20℃。
在上述实施方案中，所述步骤(b)和步骤(d)氧化反应是在气体氛围下进行的，可选地，是在一个到两个标准大气压的氧气、氮气、氩气或空气氛围下进行的。
在上述实施方案中，所述步骤(a)中硫醚化合物与三氯乙酸的摩尔比为1:1至1:20，优选地，为1:5至1:10。
在上述实施方案中，所述步骤(a)和步骤(d)中硫醚化合物与过氧化氢的摩尔比为1:1至1:20，优选地，为1:2至1:10。
在上述实施方案中，所述步骤(b)和步骤(d)氧化反应的反应时间为6至96小时，优选地为6-12小时。
在上述实施方案中，所述过氧化氢可以为20重量％至70重量％的过氧化氢水溶液，优选地，为30重量％的过氧化氢水溶液。
在上述实施方案中，所述非质子有机溶剂选自二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、甲苯、苯、氯苯、二甲苯和三甲苯中一种或多种，优选地，所述非质子有机溶剂为甲苯或氯苯，更优选地，所述非质子有机溶剂为甲苯。
在上述实施方案中，步骤(a)中，所述硫醚化合物与所述非质子有机溶剂的摩尔体积比为0.1:1至1:1(摩尔:升)，优选地，为1:2至1:4。
本发明的氟虫腈及其类似物的合成方法具有以下优点：
1、本发明使用三氟甲基硫醚类化合物和过氧化氢和三氯乙酸为原料，反应生成三氟甲硫基亚砜类化合物，底物适用性广，官能团兼容性好，尤其是可以兼容通常易被氧化的氨基，酚羟基等；
2、本发明方法与传统合成方法相比具有收率高、成本低、反应条件温和简洁、废弃物排放量少、反应设备简单、易于工业化生产等诸多优点，且本发明方法中所用酸在反应前后几乎没有消耗，其浓度也未有较大变化，作为催化剂而重复使用。
3、本发明方法对于较大分子量的三氟甲基硫醚类化合物具有工业应用的极大优势，反应结束后其原料与产物皆不溶于芳烃类溶剂中，分离后的溶剂则包含所使用的有机酸，使整个溶剂和酸可以多次直接循环利用。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在本申请实施例中所用的原料均为商购产品。
1H-NMR谱图：使用Bruker AVANCE III-400核磁仪测定。其中化学位移以氘代氯仿中添加的四甲基硅烷(TMS)的化学位移(δ＝0ppm)为标准。
13C-NMR谱图：使用同一台Bruker AVANCE III-400核磁仪测定。其中化学位移以氘代溶剂的化学位移(CDCl3δ＝77.00ppm)作为标准。
19F-NMR谱图：使用同一台Bruker AVANCE III-400核磁仪测定。其中化学位移以CFCl3作为外标标准物。
快速柱层析使用青岛海洋硅胶公司生产的硅胶(200-300目)。
在下面的实施例中，如不进行说明则原料的加入方法均为原料与三氯乙酸、溶剂先行混合，待体系温度恢复至反应温度，一般为15-25℃后，再加入过氧化氢。
如不进行说明则均以19F-NMR监测反应进程；
如不进行说明则后处理方法均为反应结束后对体系过滤，对所得固体柱层析，展开剂为二氯甲烷。
实施例1氟虫腈的合成
取一25mL圆底烧瓶，先加入式(2)硫醚化合物211mg，三氯乙酸204mg，甲苯3mL，混合均匀，待体系温度恢复至反应温度，一般为15-25℃后，加入30％过氧化氢127μL,，20℃下搅拌96小时，以19F-NMR监测反应进程。反应结束后对体系过滤进行固液分离，并对所得固体柱层析，展开剂为二氯甲烷，分离得到氟虫腈即式(1)化合物156mg，产率72％，反应结束后通过19F-NMR检测反应原液中砜的含量，检测不到砜的生成。
实施例2氟虫腈的合成
取一10mL反应管，加入式(2)硫醚化合物211mg，三氯乙酸163mg,30％过氧化氢0.41mL,甲苯2.5mL，20℃下搅拌48小时。反应结束后柱层析分离得到氟虫腈171mg，产率78％，反应结束后通过19F-NMR检测反应原液中砜的含量，检测不到砜的生成。
实施例3氟虫腈的合成
取一10mL反应管，加入式(2)硫醚化合物211mg，三氯乙酸327mg,30％过氧化氢0.41mL,甲苯2.5mL，20℃下搅拌24小时。反应结束后柱层析分离得到氟虫腈175mg，产率80％，反应结束后通过19F-NMR检测反应原液中砜的含量，检测不到砜的生成。
实施例4氟虫腈的合成
取一25mL圆底烧瓶，加入式(2)硫醚1.05g，三氯乙酸6.12g,甲苯10mL，30％过氧化氢0.92mL。20℃下搅拌6小时。反应结束后过滤，对所得固体用3g 95％乙醇重结晶分离得到氟虫腈798mg，产率73％，反应结束后通过19F-NMR检测反应原液中砜的含量，产生的砜为2％。
实施例5氟虫腈的合成
取一200mL圆底烧瓶，加入式(2)硫醚化合物5.47g，三氯乙酸19.11g,甲苯90mL，30％过氧化氢11mL。20℃下搅拌18小时。反应结束后过滤将反应体系中固体和溶液分离，所得溶液为母液1。对所得固体用15g 95％乙醇重结晶分离得到氟虫腈5g，产率88％，19F-NMR确定反应原液中产生的砜为4％。取一200mL圆底烧瓶，在母液1中加入式(2)硫醚5.47g，30％过氧化氢7mL。20℃下搅拌18小时。反应结束后过滤将反应体系中固体和溶液分离，所得溶液为母液2。对所得固体用15g 95％乙醇重结晶分离得到氟虫腈4.7g，产率82％，19F-NMR确定反应原液中产生的砜为4％。取一200mL圆底烧瓶，将空气中放置72小时后的母液2中加入式(2)硫醚5.47g，30％过氧化氢11mL。20℃下搅拌18小时。反应结束过滤，对所得固体用3g 95％乙醇重结晶分离得到氟虫腈4.4g，产率78％，19F-NMR确定反应原液中产生的砜为4％。
实施例6氟虫腈的合成
取一25mL圆底烧瓶，加入式(2)硫醚化合物1.05g，三氯乙酸10.21g,甲苯10mL，30％过氧化氢1.3mL。20℃下搅拌6小时。反应结束后过滤，对所得固体用3g 95％乙醇重结晶分离得到氟虫腈961mg，产率88％，反应结束后通过19F-NMR检测反应原液中砜的含量，产生的砜为4％。
实施例7氟虫腈的合成
取一25mL圆底烧瓶，加入式(2)硫醚化合物505mg，三氯乙酸3.29g,甲苯8mL。每2小时加入30％过氧化氢0.24mL,30分钟内滴加完毕，共加入3次，一共0.72mL 30％过氧化氢。20℃下搅拌10小时。反应结束后柱层析分离得到氟虫腈420mg，产率84％，反应结束后通过19F-NMR检测反应原液中砜的含量，产生的砜为1％。
实施例8氟虫腈的合成
取一25mL圆底烧瓶，加入式(2)硫醚化合物505mg，三氯乙酸3.29g,甲苯8mL。每2小时滴加加入30％过氧化氢0.91mL。20℃下搅拌10小时。反应结束后柱层析分离得到氟虫腈399mg，产率76％，反应结束后通过19F-NMR检测反应原液中砜的含量，产生的砜为1％。
实施例9氟虫腈的合成
取一25mL圆底烧瓶，加入式(2)硫醚化合物505mg，三氯乙酸3.29g,甲苯8mL。每2小时加入30％过氧化氢0.37mL,30分钟内滴加完毕，共加入3次，一共1.11mL 30％过氧化氢。20℃下搅拌10小时。反应结束后柱层析分离得到氟虫腈472mg，产率90％，反应结束后通过19F-NMR检测反应原液中砜的含量，产生的砜为2％。
实施例10氟虫腈的合成
取一10mL反应管，加入式(2)硫醚化合物126mg，三氯乙酸98mg,30％过氧化氢250μL,二氯甲烷3mL，20℃下搅拌48小时。反应结束后将体系中和后，用乙酸乙酯萃取。有机相旋干后所得固体柱层析分离得到氟虫腈95mg，产率73％，反应结束后通过19F-NMR检测反应原液中砜的含量，检测不到砜的生成。
对比例1
取一25mL圆底烧瓶，加入原料505mg，三氯乙酸3.29g,水8mL，30％过氧化氢1.11mL。20℃下搅拌24小时。无反应发生。
对比例2
取一25mL圆底烧瓶，加入原料505mg，三氯乙酸3.29g,甲醇8mL，30％过氧化氢1.11mL。20℃下搅拌24小时。无反应发生。
对比例3
取一10mL反应管，加入原料168mg，三氟乙酸75μL,甲醇2mL，30％过氧化氢102μL。20℃下搅拌4小时。反应结束后柱层析分离得到氟虫腈35mg，产率20％。三氟乙酸作为酸一是挥发性较强，较难加入，而且对容器要求比较高；二是其19F-NMR中的F信号与产物F信号十分接近，给反应检测来的较***烦。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (12)
1.一种氟虫腈的合成方法，所述的氟虫腈如式(I)所示，所述的合成方法包括：
(a)将如式(II)所示的硫醚化合物与三氯乙酸和非质子有机溶剂混合；
(b)向步骤(a)得到的混合物中加入过氧化氢，进行氧化反应，从而得到如式(I)所示的氟虫腈；
(c)将步骤(b)得到的反应混合物进行固液分离，从而得到固体的如式(I)所示的氟虫腈和母液；
(d)将如式(II)所示的硫醚化合物和过氧化氢加入到步骤(c)的母液中进行氧化反应；
在步骤(d)后，重复地进行步骤(c)和步骤(d)；
这里，式(I)和式(II)中取代基R1为三氟甲基；R2和R3各自独立地为氯；R4为氰基；R5为氨基；
所述非质子有机溶剂为甲苯；
步骤(a)中硫醚化合物与三氯乙酸的摩尔比为1:1至1:20；
步骤(a)中，所述硫醚化合物与所述非质子有机溶剂的摩尔体积比为0.1:1至1:1，所述摩尔体积比的单位为摩尔:升。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其中，步骤(b)和步骤(d)的氧化反应的反应温度为-20℃～60℃。
3.根据权利要求2所述的合成方法，其中，步骤(b)和步骤(d)的氧化反应的反应温度为10℃～25℃。
4.根据权利要求3所述的合成方法，其中，步骤(b)和步骤(d)的氧化反应的反应温度为20℃。
5.根据权利要求1所述的合成方法，其中，所述氧化反应是在气体氛围下进行的。
6.根据权利要求5所述的合成方法，其中，所述氧化反应是在一个到两个标准大气压的氧气、氮气、氩气或空气氛围下进行的。
7.根据权利要求1所述的合成方法，其中，步骤(a)中硫醚化合物与三氯乙酸的摩尔比为1:5至1:10。
8.根据权利要求1所述的合成方法，其中，步骤(b)和步骤(d)中硫醚化合物与过氧化氢的摩尔比为1:1至1:20。
9.根据权利要求8所述的合成方法，其中，步骤(b)和步骤(d)中硫醚化合物与过氧化氢的摩尔比为1:2至1:10。
10.根据权利要求1所述的合成方法，其中，所述氧化反应的反应时间为6至96小时。
11.根据权利要求10所述的合成方法，其中，所述氧化反应的反应时间为6至12小时。
12.根据权利要求1所述的合成方法，其中，步骤(a)中，所述硫醚化合物与所述非质子有机溶剂的摩尔体积比为1:2至1:4，所述摩尔体积比的单位为摩尔:升。
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