KR20040072665A - [1,4,5]-옥사디아제핀 유도체의 제조방법 - Google Patents

[1,4,5]-옥사디아제핀 유도체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 N,N'-디아실하이드라진을 2,2'-이치환된 디에틸 에테르와 반응시켜 4,5-디아실-[1,4,5]-옥사디아제핀을 형성하고, 4,5-디아실-[1,4,5]-옥사디아제핀을 할로겐화수소산과 반응시킴으로써 [1,4,5]-옥사디아제핀 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

[1,4,5]-옥사디아제핀 유도체의 제조방법{Process for the preparation of [1,4,5]-oxadiazepine derivatives}
본 발명은 [1,4,5]-옥사디아제핀의 신규한 제조방법 및 테트라하이드로피라졸로디온형 제초제의 제조시 중간체로서의 이의 용도에 관한 것이다.
PL 제123646호 및 SU 제784 264호에 따르면, [1,4,5]-옥사디아제핀은 각종 N,N'-디아실화 하이드라진을 용매로서의 DMFA 속에서 2,2'-디클로로디에틸 에테르와 반응시킴으로써 제조된다.
놀랍게도, 본 발명에 이르러 [1,4,5]-옥사디아제핀 유도체의 제조는, 상응하는 4,5-디아실-[1,4,5]-옥사디아제핀을 형성하는 N,N'-디아실하이드라진의 반응 및 [1,4,5]-옥사디아제핀을 형성하는 4,5-디아실-[1,4,5]-옥사디아제핀의 추가의 반응을 특정 유기 극성 용매들 속에서 수행하는 경우, 수율과 순도면에서 상당히 개선시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다.
따라서, 본 발명은 N,N'-디아실하이드라진을 염기의 존재하에 승온에서 극성 용매 속에서 2,2'-이치환된 디에틸 에테르와 반응시켜 상응하는 4,5-디아실-[1,4,5]-옥사디아제핀을 형성하는 단계(1) 및 임의로 4,5-디아실-[1,4,5]-옥사디아제핀을 승온에서 극성 용매 속에서 할로겐화수소산과 반응시켜 상응하는 [1,4,5]-옥사디아제핀을 형성하는 단계(2)를 포함하는 [1,4,5]-옥사디아제핀 유도체의 제조방법에 관한 것으로서, 반응 단계(1)에서는 DMSO, 설폴란, NMP 및 DMA로 이루어진 그룹으로부터 선택된 용매가 사용되고, 반응 단계(2)에서는 고비점 극성 용매가 사용된다.
바람직한 N,N'-디아실하이드라진은 화학식 I의 화합물에 상응한다.
R1-CO-NH-NH-CO-R2
위의 화학식 I에서,
R1및 R2는 각각 독립적으로 수소, C1-C5알킬, C1-C5할로알킬, C2-C5알케닐, C2-C5알키닐, 페닐, 알킬페닐, 할로페닐, 알콕시페닐, 벤질, 알킬벤질, 할로벤질 또는 알콕시벤질이거나, R1과 R2는 함께 C1-C4알킬렌, 1,2-페닐렌 또는 1,8-나프틸렌이다.
바람직한 2,2'-이치환된 디에틸 에테르는 화학식 II의 화합물에 상응한다.
R3-CH2CHR5-O-CHR6CH2-R4
위의 화학식 II에서,
R3및 R4는 각각 독립적으로 할로겐 또는 화학식 -OS(O)2R7의 라디칼(여기서, R7은 C1-C5알킬, C1-C5할로알킬, 페닐, 알킬페닐 또는 할로페닐이다)이고,
R5및 R6은 각각 독립적으로 수소, C1-C5알킬, C2-C5알콕시알킬, 페닐, 알킬페닐, 알콕시페닐 또는 할로페닐이다.
반응 단계(1)에 사용하기에 적합한 염기들에는 특히 알칼리 금속 및 알칼리 토금속의 수산화물 및 탄산염, 알콜레이트, 특히 수산화칼륨 및 탄산칼륨, 및 이러한 염기들의, 특히 수산화칼륨과 탄산칼륨의 혼합물이 있다.
할로겐화수소산으로는 염화수소 및 브롬화수소가 바람직하다.
반응 단계(1)에 사용하기 위한 용매들에는 DMSO[(CH3)2SO], 설폴란[(CH2)4SO2], NMP[(CH2)3CONCH3] 및 DMA[CH3CON(CH3)2] 및 이들의 혼합물이 포함되며, NMP가 바람직하고, DMSO가 특히 바람직하다. 반응 단계(2)에서, 비점이 100℃를 초과하는 알콜들, 예를 들면, n-부탄올, n-펜탄올, 사이클로헥산올, 페놀, 벤질 알콜, 특히 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 글리세롤 및 C1-C4알콕시-C1-C4알콜들(예: 메톡시이소프로판올 및 에톡시에탄올)을 사용하는 것이 바람직하다.
화학식 I 및 II의 화합물의 치환체 정의에 제시되어 있는 알킬 라디칼들은 탄소수가 1 내지 5이고, 예에는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 페닐 또는 이의 측쇄 이성체가 있다. 알콕시 라디칼들은 언급한 알킬 라디칼들로부터 유도된다. 알케닐 및 알키닐 라디칼들은 각각 탄소수가 2 내지 5이고, 예에는 에테닐, 프로페닐, 에티닐, 프로피닐 또는 이의 측쇄 이성체들, 및 부테닐, 부티닐, 펜테닐, 펜티닐 또는 이의 측쇄 및 이치환된 이성체들이 있다. 페닐 라디칼들은 예를 들면, 각각 탄소수가 1 내지 4이고, 바람직하게는 오르토- 또는 메타-, 또는 오르토- 및 파라-위치(들)을 차지하는 알킬 또는 알콕시로 추가로 치환될 수 있다. 할로겐은 불소,염소 또는 브롬이 바람직하다.
"승온"이라는 용어는 특히 30 내지 150℃의 온도 범위를 나타낸다. 반응 단계(1)에서는 60 내지 100℃의 범위에서 진행하고 반응 단계(2)에서는 30 내지 60℃의 범위에서 진행하는 것이 특히 유리하다.
본 발명에 따라 출발 물질로서 사용한 N,N'-디아실하이드라진은 공지되어 있으며, 예를 들면 PL 제123646 B1호에 기재되어 있는 바와 같이 공지되어 있는 그 자체의 방식으로 수득할 수 있다.
반응 단계(1)에서, N,N-디아실하이드라진을 기준으로 하여, 2,2'-이치환된 디에틸 에테르를 1.5 내지 4당량 사용하는 것이 바람직하다.
반응 단계(1)에서 수득한 4,5-디아실-[1,4,5]-옥사디아제핀은 특히 알콜(예: 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 메톡시이소프로판올 및 에톡시에탄올)로부터의 침전에 의해 수득할 수 있다. 일반적으로, 상기 화합물은 40 내지 76%의 수율과 95% 이상의 순도로 수득한다. 그러나, 이러한 중간체들의 분리가 반드시 필요한 것은 아니며; 중간체들은 반응 단계(1)의 용매를 반응 단계(2)의 용매로 대체시킴으로써 다음 단계로 직접 도입시킬 수 있다.
또한, 요오드화칼륨, 크라운 에테르, 예를 들면, 18-크라운-6, 및 상전이 촉매, 예를 들면, 벤질트리에틸암모늄 클로라이드, TBAB 및 Aliquats의 첨가에 의해 반응 단계(1)을 수율 면에서 개선시킬 수 있다.
반응 단계(2)에서 아실(보호) 그룹들을 제거하기 위해 필요한 할로겐화수소산들은 반응 혼합물 내로 이들을 통과시킴으로써 직접 첨가할 수 있다. 그러나,원 위치에서, 예를 들면, 산 할로겐화물(예: 아세틸 클로라이드)을 용매로서 존재하는 알콜들과 반응시킴으로써 제조할 수도 있다. 바람직하게는, 4,5-디아실-[1,4,5]-옥사디아제핀을 기준으로 하여, 할로겐화수소산 2 내지 5당량을 사용한다.
분리된 [1,4,5]-옥사디아제핀 염의 수율은 일반적으로 80 내지 95%이고, 반응 단계 둘다에 대한 수율은 60 내지 70%이다. 상기 염의 순도는 일반적으로 약 90%이다.
[1,4,5]-옥사디아제핀 유도체의 합성은 일반적으로 N,N'-디아실하이드라진을 극성 용매 속으로 첨가한 다음, 과량의 염기를 첨가함으로써 수행된다. 임의로, 과량의 2,2'-이치환된 디에틸 에테르를 승온하에 첨가하고, 반응 혼합물을 상기 온도에서 약 2 내지 4시간 동안 유지시킨다. 상기 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 여과한 다음, 4,5-디아실-[1,4,5]-옥사디아제핀을 증발 농축시킴으로써 여액으로부터 분리한다. 이 후, 상기 화합물을 고비점 알콜에 용해시키거나 현탁시킨다. 임의로, 과량의 할로겐화수소산을 약 50℃의 온도에서 용액 또는 현탁액 내로 통과시킨다. 이 후, 반응 혼합물을 상기 온도에서 12 내지 14시간 동안 추가로 유지하고, 탈기시킨 다음, 냉각시키고, 여과한 다음, 잔류물을 세척하여, [1,4,5]-옥사디아제핀의 할로겐화수소 염을 수득한다.
본 발명에 따르는 방법은 연속적으로 또는 뱃치식(불연속적으로)으로 수행할 수 있는데, 뱃치식 작업이 바람직하다. 뱃치식 반응 과정 및 연속 반응 과정은, 특히 교반기 또는 교반기 케스케이드에서 수행한다.
본 발명에 따르는 공정은 선행 기술분야의 공정들에 대해 다음과 같은 이점들은 갖는다:
- 공업용 규모로 수행될 수 있다.
- 다목적 장치로 수행될 수 있다.
- 중간체 및 최종 생성물 둘다를 더 높은 순도로 수득한다.
- 중간체 및 최종 생성물 둘다를 더 높은 수율로 수득한다.
- 중간체를 분리할 필요가 없다.
- 특히 반응 단계(1)에서 비교적 낮은 반응 온도를 사용할 수 있게 한다.
본 발명에 따라 제조한 [1,4,5]-옥사디아제핀 유도체는 WO 제99/47525호에 기재되어 있는 바와 같이, 특히 테트라하이드로피라졸로디온 유형의 제초제 제조시 중간체로서 사용된다.
다음 실시예들은 본 발명을 추가로 예시한다.
실시예 1.4,5-디아세틸-[1,4,5]-옥사디아제핀의 제조방법
미세하게 분쇄된 85% 수산화칼륨 10.6g을 33℃의 온도를 초과하지 않는 방식으로 N,N'-디아세틸하이드라진 9.3g 및 디메틸 설폭사이드 141g 용액에 첨가한다. 80 내지 85℃로 가열한 후에, 2,2'-디클로로디에틸 에테르 23g을 50분에 걸쳐 반응 혼합물에 적가한다. 생성된 고도의 유체 현탁액을 80 내지 85℃에서 3시간 동안 유지시키고, 20 내지 25℃로 냉각시킨 다음, 여과하고, 여액을 디메틸 설폭사이드로 세척한다. 합한 여액을 증발 농축시켜 4,5-디아세틸-[1,4,5]-옥사디아제핀 11.4g(76.0%)을 수득한다.
실시예 2.4,5-디아세틸-[1,4,5]-옥사디아제핀의 제조방법
미세하게 분쇄된 수산화칼륨 105.6g을 N,N'-디아세틸하이드라진 92.9g 및 디메틸 설폭사이드 1410g 용액에 첨가한다. 반응열이 차차 사라지면, 2,2'-디클로로디에틸 에테르 229.9g을 첨가한 다음, 미세하게 분쇄된 탄산칼륨 221.1g을 첨가한다. 반응 혼합물을 70℃로 가열하고, 70 내지 75℃에서 2시간 동안 유지한 다음, 20 내지 25℃로 냉각시키고, 여과한 다음, 여액을 디메틸 설폭사이드로 세척한다. 합한 여액을 증발에 의해 농축시켜 오일을 수득하는데, 이에 이소프로판올 157g을 첨가한다. -10℃로 냉각시킨 후에, 여과를 수행하고, 결정성 잔류물을 이소프로판올로 세척한다. 잔류물을 건조시킨 후에, 4,5-디아세틸-[1,4,5]-옥사디아제핀 99.4g(65.1%)을 97.6%의 순도로 수득한다.
실시예 3.[1,4,5]-옥사디아제핀 하이드로클로라이드의 제조방법
염화수소(무수) 19.7g을 8 내지 10시간에 걸쳐 4,5-디아세틸-[1,4,5]-옥사디아제핀 19.1g 및 디에틸렌 글리콜 70g 용액내로 통과시킨 다음, 반응 혼합물을 43 내지 45℃에서 10 내지 12시간 동안 유지시킨다. 반응 현탁액을 40 내지 45℃에서 탈기시킨 후에, 10℃의 온도에서 여과를 수행하고, 잔류물을 차가운 메틸 아세테이트로 세척한다. 잔류물을 건조시킨 후에, [1,4,5]-옥사디아제핀 하이드로클로라이드(결정 속에 결합된 디에틸렌 글리콜을 약 8.5% 함유함) 13.2g(85.0%)을 순도 90.0%로 수득한다.
실시예 4.4,5-디아세틸-[1,4,5]-옥사디아제핀의 제조방법
85% 수산화칼륨 분말 39.6g(0.6mol)을 디아세틸하이드라진 35g(0.3mol)과 용매(표 1 참조) 560ml와의 혼합물에 첨가한다. 반응열이 차차 사라지면, 2,2'-디클로로디에틸 에테르 85.8g(0.6mol)을 첨가하고, 반응 혼합물을 80℃로 가열한 다음, 80 내지 90℃에서 5시간 동안 유지한다. 이 후, 혼합물을 20℃로 냉각시키고, 여과한 다음, 여액을 용매로 세척한다. 수율은 합한 여액 내의 표제 화합물의 함량에 의해 제공된다. 본 발명에 따라 사용한 용매들(시험 4 내지 7)은 N,N-디메틸포름아미드[이는 상기 선행 기술분야로부터 공지되어 있다(DMFA, 비교시험 8)]보다 4,5-디아세틸-[1,4,5]-옥사디아제핀을 훨씬 더 우수한 수율로 제공함을 알 수 있다.
시험 번호 용매 수율 첨가
[g] [ml] [%]
4 2-메틸피롤리돈 578 560 39.1
5 디메틸 설폭사이드 616 560 73.2
6 N,N-디메틸아세트아미드 527.5 560 41.2
7 N,N-디메틸아세트아미드 530 562.5 46.5 상 전이 촉매로서 5mol%의 벤질트리에틸암모늄 클로라이드 첨가
8 N,N-디메틸포름아미드 531 560 15.2
실시예 9 내지 13.4,5-디아세틸-[1,4,5]-옥사디아제핀의 제조방법
디아세틸하이드라진 35g(0.3mol), 분쇄된 탄산칼륨 124.4g 또는 165.8g(각각 0.9mol 또는 1.2mol), 2,2-디클로로디에틸 에테르 85.8g(0.6mol) 및 용매(표 2 참조) 560ml와의 혼합물을 125℃로 가열하고, 125 내지 130℃ 또는 80 내지 90℃(DMSO의 경우)에서 5시간 동안 유지한다. 이 후, 혼합물을 20℃로 냉각시키고, 여과한 다음, 여액을 용매로 세척한다. 수율은 합한 여액 중의 표제 화합물의 함량에 의해 제공된다.
시험 번호 용매 수율 염기의 양 온도
[g] [ml] [%] [당량] [℃]
9 N,N-디메틸아세트아미드 527.5 560 63.0 3 125 내지 130
10 2-메틸피롤리돈 578 560 61.4 3 125 내지 130
11 설폴란 711 560 60.3 3 125 내지 130
12 디메틸설폭사이드 616 560 64.5 3 80 내지 90
13 디메틸설폭사이드 616 560 72.8 4 80 내지 90
실시예 14.1,2-(프탈릴)디아조-5-옥사사이클로펜탄의 제조방법
85% 수산화칼륨 분말 39.6g(0.6mol)을 2,3-디하이드로-1,4-프탈라진디온 49.1g(0.3mol)과 디메틸 설폭사이드 616g과의 혼합물에 첨가한다. 반응열이 차차 사라지면, 2,2-디클로로디에틸 에테르 85.8g(0.6mol)을 첨가하고, 반응 혼합물을 80℃로 가열한 다음, 80 내지 90℃에서 5시간 동안 유지한다. 이 후, 혼합물을 20℃로 냉각시키고, 여과한 다음, 여액을 디메틸 설폭사이드로 세척한다. 합한 여액을 증류시켜 용매를 제거하고, n-펜탄올 100g을 잔류 오일에 첨가한 다음, 생성물을 결정화시킨다. 여액을 여과하고 세척하여 표제 화합물 22.5g(25%)을 수득한다.
실시예 15.4,5-디아세틸-[1,4,5]-옥사디아제핀의 제조방법
디아세틸하이드라진 11.6g(0.1mol), 분쇄된 탄산칼륨 29.0g(0.21mol), 2,2-디메실 디에틸 에테르 31.5g(0.12mol) 및 디메틸 설폭사이드 177g의 혼합물을 80℃로 가열하고, 80 내지 85℃에서 6시간 동안 유지한다. 이 후, 혼합물을 20℃로 냉각시키고, 여과한 다음, 여액을 디메틸 설폭사이드 50g으로 세척한다. 여액을 증발시켜 완전히 농축시키고, 물 20ml를 오일성 잔류물에 첨가한다. 에틸 아세테이트로 3회 추출하고, 합한 추출물을 황산나트륨상에서 건조시킨 다음, 증발에 의해 농축시켜, n-펜탄올로부터 잔류물을 결정화시켜 표제 화합물 10.8g(58.4%)을 수득한다.

Claims (2)

  1. N,N'-디아실하이드라진을 염기의 존재하에 승온에서 극성 용매 속에서 2,2'-이치환된 디에틸 에테르와 반응시켜 상응하는 4,5-디아실-[1,4,5]-옥사디아제핀을 형성하는 단계(1) 및 임의로 4,5-디아실-[1,4,5]-옥사디아제핀을 승온에서 극성 용매 속에서 할로겐화수소산과 반응시켜 상응하는 [1,4,5]-옥사디아제핀을 형성하는 단계(2)를 포함하는 [1,4,5]-옥사디아제핀 유도체의 제조방법으로서, 반응 단계(1)에서는 DMSO, 설폴란, NMP 및 DMA로 이루어진 그룹으로부터 선택된 용매가 사용되고, 반응 단계(2)에서는 고비점 극성 용매가 사용됨을 특징으로 하는, [1,4,5]-옥사디아제핀 유도체의 제조방법.
  2. 테트라하이드로피라졸로디온형 제초제의 제조시, 제1항에 따라 제조한 [1,4,5]-옥사디아제핀의 용도.
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