CN116178294A - 一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法 - Google Patents

一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种制备5,5‑二甲基‑4,5‑二氢异噁唑的方法，包括以下步骤：(a)使溶剂中的化合物I与羟胺盐在碱性催化剂作用下进行反应，得到含有化合物III的有机溶剂混合物；所述化合物I为3‑甲基‑2‑丁烯醛，所述化合物III为3‑甲基‑2‑丁烯醛肟；(b)使所述化合物III在酸催化剂的条件下发生环合反应，得到5,5‑二甲基‑4,5‑二氢异噁唑。原材料价格较低，易储存，环合转化率较高，易实现工业化生产；可以在不使用任何酮肟的情况下成功地生产出了目标化合物，可以抑制副产品和废物的生产，并可以提高原子效率；使用廉价的催化剂，通过简单的操作有效地生产目标化合物。

Description

一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法
技术领域
本发明属于有机合成领域，涉及一种砜吡草唑重要中间体的合成方法，具体涉及一种反应转化率高、副产物少、无污染物的5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的绿色合成方法。
背景技术
WO2002/062770公开了有用除草剂，砜吡草唑是一种具有优良除草活性的除草剂。砜吡草唑是植物体内极长侧链脂肪酸的生物合成抑制剂，可以有效防除小麦、玉米和大豆田中的禾本科和阔叶杂草。单位面积用药量低、除草效果好和除草持效时间长是它最大的特点，今后有取代异丙草胺和乙草胺等常规除草剂的可能，在我国大豆和玉米等农作物中具有良好的应用前景。
JP2013512202A揭示了5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑是除草剂的重要中间体；即5,5-二甲基-二氢异噁唑则是制备砜吡草唑的重要中间体，其结构为：。现有关于砜吡草唑的合成报道(1006-0413(2013)09-0642-03)中，主要是以3-氯-5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑为中间体，通过异噁唑环结构的不同变换合成方法，5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑作为主体结构其合成路线的研究尤为重要。在JP2013512202A中以甲基丁炔醇为起始原料，经高温转化得到异戊烯醛后与丙酮肟环合得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑，而后经氯化得到3-氯-5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑。该方法合成路线长度适中，但是环合生成副产物酮，纯度低、提纯难度大、环保处理压力大，无法实现工业化生产。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法。
为了实现上述技术问题，本发明提供了一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，包括以下步骤：
(a)使溶剂中的化合物I与羟胺盐在碱性催化剂作用下进行反应，得到含有化合物III的有机溶剂混合物；所述化合物I为3-甲基-2-丁烯醛，所述化合物III为3-甲基-2-丁烯醛肟；
(b)使所述化合物III在酸催化剂的条件下发生环合反应，得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑。
优化地，步骤(a)中，所述碱性催化剂为选自氢氧化钠、氢氧化钾和氨中的一种或多种组成的混合物。即碱性催化剂可以单独使用，或以任何比例使用两种或两种以上的任何组合。只要反应继续进行，碱基就可以是任何形式的。
优化地，步骤(a)中，所述碱性催化剂与所述羟胺盐的质量比约为1～1.2：1.1。碱性催化剂优选为氨气；碱性催化剂可以稍微过量，其和盐酸羟胺/硫酸羟胺等羟胺盐的质量比为1：1.1，以调节pH至6.7～7。
进一步地，步骤(a)中，所述溶剂为选自水、乙腈、甲苯、二甲苯和二氯甲烷中的一种或多种组成的混合物；乙腈是首选的。
更进一步地，步骤(a)中，所述化合物I与所述羟胺盐的摩尔比为1：1～1.5；所述反应的温度为10℃～70℃，优选地，所述环合反应的反应温度为10℃～30℃；温度太高会促进副反应。所述反应的时间为1h～24h。
优化地，步骤(b)中，所述酸催化剂可以是任何现有的酸催化剂，优选的具体例子为选自杂多酸、磷钨酸、钼磷酸和马来酸中的一种或多种组成的混合物。
进一步地，步骤(b)中，所述酸催化剂的摩尔量为所述化合物I摩尔量的10～100％。
更进一步地，步骤(b)，所述环合反应的反应温度为20℃～80℃；优选为20℃～30℃。
更进一步地，步骤(b)，所述环合反应的反应时间为1h～48h，优选为36h～48h。
上述步骤(a)和步骤(b)中,化合物I、羟胺盐、碱性催化剂以及溶剂可以按照任意的加料顺序进行混合，为使得反应原料更快速、高效的转化，优选将溶剂和羟胺盐混合然后，加入碱性催化剂，再加入化合物I；各反应物可以一次性加入，为了更好的混合均匀，也可以分批加入或者连续的加入。
步骤(b)的环合反应结束后，将有机相进行减压蒸馏净化后得到目标产物，液相含量在90％以上、收率可达80％以上，如需提高纯度可用饱和的碳酸氢钠水溶液洗涤、分液、萃取(无水甲醇)、合并有机相后再浓缩液相含量可达95％以上，蒸馏的溶剂可回收套用。
本发明制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法具有以下优点：
(1)原材料价格较低，易储存，环合转化率较高，易实现工业化生产；可以在不使用任何酮肟的情况下成功地生产出了目标化合物，可以抑制副产品和废物的生产，并可以提高原子效率；使用廉价的催化剂，通过简单的操作有效地生产目标化合物；
(2)反应的条件温和，不需要过高的温度和压力，反应操作简便，对设备要求较低，安全系数大大增加；
(3)后处理简单，反应完后通过过滤有机相即可回收酸催化剂套用；成肟和环合时的有机溶剂可采用同一溶剂，有机相通过减压蒸馏回收环溶剂套用，污染物少，大大减少了后处理成本，非常适合工业化大生产；
因此，本发明的方法在工业上、经济上和环境上都是可取的，并具有较高的工业实用价值。
附图说明
图1为本发明制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法的化学反应式；
图2为本发明制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例提供一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：
(a)使溶剂中的化合物I(3-甲基-2-丁烯醛)与羟胺盐(化合物II)在碱性催化剂作用下进行反应，得到含有化合物III(3-甲基-2-丁烯醛肟)的有机溶剂混合物(即成肟反应)：向250ml的烧瓶中加入乙腈120ml，加入盐酸羟胺34.75g(0.5mol)，随后通入氨气20min(流量为4L/min)；开始用冰浴降温，降至5℃后开始往体系中滴加3-甲基-2-丁烯醛42g(0.5mol)，滴加过程温度控制在30℃以下、滴加时间控制在2h；滴加结束后再室温下搅拌3h，反应结束，取有机相。
(b)使化合物III在酸催化剂的条件下发生环合反应，得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑：向250ml的烧瓶中加入前述的有机相(150ml)，在室温下分批次加入磷钨酸(H5O40PW12)28.8g(0.1mol)，在30℃下搅拌48h。反应完成后离心分离回收磷钨酸，向回收磷钨酸后的产物溶液中加入饱和碳酸氢钠溶液30ml搅拌、分层、分离；水层用20ml无水甲醇萃取、分离，合并有机相后减压浓缩得到粗产物，对粗产物进行减压蒸馏净化得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑(无色油状物)41.21g，反应混合物的气相色谱分析显示，排出溶剂等的目标产物的含量为97.4％，收率81.1％。
实施例2
本实施例提供一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(b)中，采用的酸催化剂为杂多酸；对粗产物进行减压蒸馏净化得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑(无色油状物)40.98g，含量为97.0％，收率80.3％。
实施例3
本实施例提供一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(a)中，加入盐酸羟胺0.75mol；对粗产物进行减压蒸馏净化得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑(无色油状物)41.40g，含量97.6％，收率81.7％。
实施例4
本实施例提供一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(a)中，加入盐酸羟胺0.65mol；对粗产物进行减压蒸馏净化得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑(无色油状物)41.25g，含量：97.2％收率80.99％。
实施例5
本实施例提供一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(a)中，加入硫酸羟胺0.5mol；对粗产物进行减压蒸馏净化得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑(无色油状物)40.82g，含量96.25％，收率79.36％。
对比例1
本例提供一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(a)中，滴加结束后升温至80℃进行反应；粗产物进行减压蒸馏净化得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑(无色油状物)41.58g，含量87.6％，收率73.6％。
对比例2
本实施例提供一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，它与实施例5中的基本一致，不同的是：步骤(a)中，加入硫酸羟胺41g(0.25mol)，粗产物进行减压蒸馏净化得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑(无色油状物)40.5g，含量95.3％，收率78％。
对比例3
本例提供一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(b)中，于90℃进行环合反应；粗产物进行减压蒸馏净化得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑(无色油状物)43.16g，含量72.6％，收率87.6％
对比例4
本例提供一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(a)中，未通入氨气，无法获得产物。
对比例5
本例提供一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(b)中，采用的酸催化剂为钼磷酸(H5Mo12O41P)18.25g(0.1mol)；粗产物进行减压蒸馏净化得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑(无色油状物)41.15g，含量94.3％，收率78.4％。
对比例6
本例提供一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(b)中，未使用酸催化剂，无法获得产物。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)使溶剂中的化合物I与羟胺盐在碱性催化剂作用下进行反应，得到含有化合物III的有机溶剂混合物；所述化合物I为3-甲基-2-丁烯醛，所述化合物III为3-甲基-2-丁烯醛肟；
(b)使所述化合物III在酸催化剂的条件下发生环合反应，得到5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑。
2.根据权利要求1所述制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述碱性催化剂为选自氢氧化钠、氢氧化钾和氨中的一种或多种组成的混合物。
3.根据权利要求1或2所述制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述溶剂为选自水、乙腈、甲苯、二甲苯和二氯甲烷中的一种或多种组成的混合物；
优选地，所述所述溶剂为乙腈。
4.根据权利要求3所述制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述化合物I与所述羟胺盐的摩尔比为1：1～1.5；
所述反应的温度为10℃～70℃，
优选地，所述环合反应的反应温度为10℃～30℃；
所述反应的时间为1h～24h。
5.根据权利要求1所述制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述碱性催化剂与所述羟胺盐的质量比约为1～1.2：1.1。
6.根据权利要求1所述制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，其特征在于：步骤(b)中，所述酸催化剂为选自杂多酸、磷钨酸、钼磷酸和马来酸中的一种或多种组成的混合物。
7.根据权利要求1或6所述制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，其特征在于：步骤(b)中，所述酸催化剂的摩尔量为所述化合物I摩尔量的10～100％。
8.根据权利要求7所述制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，其特征在于：步骤(b)，所述环合反应的反应温度为20℃～80℃；
优选地，所述环合反应的反应温度为20℃～30℃。
9.根据权利要求7所述制备5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑的方法，其特征在于：步骤(b)，所述环合反应的反应时间为1h～48h
优选地，所述环合反应的反应时间为36h～48h。
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