制备取代吡唑碳酰氯的方法.pdf

本发明涉及一种在自由基条件下通过氯化式(II)的醛而制备取代吡唑碳酰氯的方法。

1.  制备通式(I)的取代吡唑碳酰氯的方法，

其中
R¹为氢、烷基、烷氧基烷基、未取代或取代的芳基、未取代或取代的芳烷基、未取代或取代的杂芳基及卤代烷基，
R²为氢、卤素、烷基、烷氧基烷基、未取代或取代的芳基、未取代或取代的芳烷基、未取代或取代的杂芳基及卤代烷基，
X为氟、氯或溴，
其特征在于，在自由基条件下使式(II)的醛与一种氯化剂反应，

其中R¹、R²和X各自定义如上。

2.  权利要求1的方法，其特征在于：
R¹为C₁至C₃烷基，
R²为氢、卤素、烷基和卤代烷基，并且
X为氯、溴或氟。

3.  权利要求1或2的方法，其特征在于：
R¹为甲基，
R²为甲基，并且
X为氯或氟。

4.  权利要求1至3之一的方法，其中所述自由基条件通过存在一种自由基引发剂或通过照射而产生。

5.  权利要求1至4之一的方法，其中所述反应在一种除酸剂的存在下进行。

6.  权利要求1至5之一的方法，其中所述反应在一种碱水溶液的存在下进行。

制备取代吡唑碳酰氯的方法
本发明涉及一种通过在自由基条件下氯化式(II)的醛制备取代吡唑基氯的方法。
吡唑基氯是制备活性作物保护成分的重要单元。
吡唑基氯通常由羧酸与一种氯化剂反应制备。该方法的一个优点是基于其相应的羧酸容易制备、因而可工业获得的事实。取代吡唑基氯的制备不满足此先决条件，这是因为其相应的羧酸不容易获得。
例如，吡唑-4-甲酸由吡唑-4-甲醛(J.L.Huppatz：Aust.J.Chem.36，135-147(1983))和高锰酸钾根据方案I制备。所述氧化反应工业化实施的一个问题是形成大量的二氧化锰。

方案I
JP 7070076描述了在存在或不存在相转移催化剂的情况下，吡唑-4-甲醛与过氧化氢和氯化钠在酸性条件下在含水体系中反应以制备吡唑-4-甲酸的方法。该方法时空产率低，并且由于涉及过氧化氢，从安全技术的角度来看是不利的。
然后吡唑碳酰氯不得不在第二步骤中借助一种氯化剂例如亚硫酰氯由吡唑-4-甲酸制得。
针对上述缺点和问题，需要提供一种方法，其可由取代吡唑甲醛通过一步高产率和高选择性地制得相应的取代碳酰氯。
因此，本发明提供一种制备通式(I)的取代吡唑碳酰氯的方法，

其中
R¹为氢、烷基、烷氧基烷基、未取代或取代的芳基、未取代或取代的芳烷基、烷氧基烷基、未取代或取代的芳基、未取代或取代的烷芳基、未取代或取代的杂芳基及卤代烷基，
R²为氢、卤素、烷基、烷氧基烷基、未取代或取代的芳基、未取代或取代的芳烷基、未取代或取代的杂芳基及卤代烷基，
X为氟、氯或溴，
其特征在于，在自由基条件下，式(II)的醛与一种氯化剂反应，

其中R¹、R²和X各自定义如上。
宽泛定义
关于本发明，除非另有定义，否则术语“卤素”(X)包括选自氟、氯、溴和碘的元素，优选使用氟、氯和溴，且特别优选使用氟和氯。
任选取代的基团可为单取代或多取代，且在多取代的情况下取代基可相同或不同。
被一个或多个卤原子取代的烷基基团例如选自三氟甲基(CF₃)、二氟甲基(CHF₂)、CF₃CH₂、ClCH₂、CF₃CCl₂。
关于本发明，除非有不同定义，否则烷基基团为直链、支链或环状的烃基团，其可任选具有一个、二个或更多个单或双不饱和部分，或者具有一个、两个或更多个选自O、N、P和S的杂原子。此外，本发明的烷基基团还可任选被其他选自以下组的基团取代：-R’、卤素(-X)、烷氧基(-OR’)、硫醚或巯基(-SR’)、氨基(-NR’₂)、甲硅烷基(-SiR’₃)、羧基(-COOR’)、氰基(-CN)、酰基(-(C＝O)R’)和酰胺基(-CONR₂’)，其中R’可为氢，或者C_1-12烷基、优选C_2-10烷基、更优选C_2-8烷基。
所述定义“C_1-12烷基”涵盖本文对烷基基团的最宽泛定义。具体而言，所述定义包括例如以下含义：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、正己基、1，3-二甲基丁基、3，3-二甲基丁基、正庚基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基。
关于本发明，除非有不同定义，否则芳基基团为芳香族的烃基团，其可具有一个、两个或更多个选自O、N、P和S的杂原子，并可任选被其他选自以下的基团取代：-R’、卤素(-X)、烷氧基(-OR’)、硫醚或巯基(-SR’)、氨基(-NR’₂)、甲硅烷基(-SiR’₂)、羧基(-COOR’)、氰基(-CN)、酰基(-(C＝O)R’)和酰胺基(-CONR₂’)，其中R’可为氢，或者C_1-12烷基、优选C_2-10烷基、更优选C_3-8烷基。
所述定义“C_5-18芳基”涵盖本文对具有5至18个骨架碳原子的芳基基团的最宽泛定义。具体而言，所述定义包括例如以下含义：环戊二烯基、苯基、环庚三烯基、环辛四烯基、萘基和蒽基。
关于本发明，除非有不同定义，否则杂芳基基团为具有一个、两个、三个或更多个选自O、N、P和S的杂原子的芳香族烃基团，其可任选被其他选自以下组的基团取代：-R’、卤素(-X)、烷氧基(-OR’)、硫醚或巯基(-SR’)、氨基(-NR’₂)、甲硅烷基(-SiR’₂)、羧基(-COOR’)、氰基(-CN)、酰基(-(C＝O)R’)和酰胺基(-CONR₂’)，其中R’可为氢，或者C_1-12烷基、优选C_2-10烷基、更优选C_3-8烷基。
所述定义“C_5-18杂芳基”涵盖本文对具有5至18个骨架碳原子、且其中所述骨架碳原子可被上述杂原子代替的芳基基团的最宽泛定义。具体而言，所述定义包括例如以下含义：2-呋喃基、3-呋喃基、2-噻吩基、3-噻吩基、2-吡咯基、3-吡咯基、3-异噁唑基、4-异噁唑基、5-异噁唑基、3-异噻唑基、4-异噻唑基、5-异噻唑基、3-吡唑基、4-吡唑基、5-吡唑基、2-噁唑基、4-噁唑基、5-噁唑基、2-噻唑基、4-噻唑基、5-噻唑基、2-咪唑基、4-咪唑基、1，2，4-噁二唑-3-基、1，2，4-噁二唑-5-基、1，2，4-噻二唑-3-基、1，2，4-噻二唑-5-基、1，2，4-三唑-3-基、1，3，4-噁二唑-2-基、1，3，4-噻二唑-2-基和1，3，4-三唑-2-基；1-吡咯基、1-吡唑基、1，2，4-三唑-1-基、1-咪唑基、1，2，3-三唑-1-基、1，3，4-三唑-1-基；3-哒嗪基、4-哒嗪基、2-嘧啶基、4-嘧啶基、5-嘧啶基、2-吡嗪基、1，3，5-三嗪-2-基和1，2，4-三嗪-3-基。
关于本发明，除非有不同定义，否则芳基烷基基团(芳烷基基团)为被芳基基团取代的烷基基团，其可具有C_1-8亚烷基链，并且其芳基骨架或亚烷基链可被一个或多个选自O、N、P和S的杂原子取代，还可任选被其他选自以下组的基团取代：-R’、卤素(-X)、烷氧基(-OR’)、硫醚或巯基(-SR’)、氨基(-NR’₂)、甲硅烷基(-SiR’₃)、羧基(-COOR’)、氰基(-CN)、酰基(-(C＝O)R’)和酰胺基(-CONR₂’)，其中R’可为氢，或者C_1-12烷基、优选C_2-10烷基、更优选C_3-8烷基。
所述定义“C_7-19芳烷基基团”涵盖本文对骨架和亚烷基链具有总计7至19个碳原子的芳基烷基基团的最宽泛定义。具体而言，所述定义包括例如苄基和苯乙基的含义。
关于本发明，除非有不同定义，否则烷基芳基基团(烷芳基基团)为被烷基基团取代的芳基基团，其可具有C_1-8亚烷基链，并且其芳基骨架或亚烷基链可被一个或多个选自O、N、P和S的杂原子取代，还可任选被其他选自以下组的基团取代：-R’、卤素(-X)、烷氧基(-OR’)、硫醚或巯基(-SR’)、氨基(-NR’₂)、甲硅烷基(-SiR’₃)、羧基(-COOR’)、氰基(-CN)、酰基(-(C＝O)R’)和酰胺基(-CONR₂’)，其中R’可为氢，或者C_1-12烷基、优选C_2-10烷基、更优选C_3-8烷基。
所述定义“C_7-19烷基芳基基团”涵盖本文对骨架和亚烷基链具有总计7至19个碳原子的烷基芳基基团的最宽泛定义。具体而言，所述定义包括例如以下含义：甲苯基、2，3-二甲基苯基、2，4-二甲基苯基、2，5-二甲基苯基、2，6-二甲基苯基、3，4-二甲基苯基或3，5-二甲基苯基。
可通过本发明的方法由相应的式(II)的醛以高产率一步制备式(I)的酰基氯。这是令人惊奇的，因为在无自由基引发剂的情况下用氯化剂对式(II)化合物进行的氯化是通过一种截然不同的反应路线进行，所述路线示于方案II中。

方案II
优选使用式(II)的醛——其中所给取代基各自定义如下——实施本发明方法。所述优选、特别优选和极特别优选的定义适用于其中含有所述具体取代基的所有化合物。
在式(I)和(II)中，
R¹为氢、C_1-12烷基、C_1-4烷氧基-C_1-12烷基、未取代或取代的C_5-18芳基、未取代或取代的C_5-19芳烷基、未取代或取代的C_5-19烷芳基、未取代或取代的C_5-18杂芳基以及具有1至5个卤原子的C_1-12卤代烷基；优选C₁至C₃烷基，更优选甲基；
R²为氢、卤素、C_1-12烷基、C_1-4烷氧基-C_1-12烷基、未取代或取代的芳基、未取代或取代的C_5-19芳烷基、未取代或取代的C_5-19烷芳基、未取代或取代的C_5-18杂芳基以及具有1至5个卤原子的C_1-12卤代烷基；优选氢、卤素、C_1-5烷基及C_1-5卤代烷基，更优选甲基；
X为氟、氯或溴，优选氟和氯，更优选氯。
在本发明方法的实施过程中用作起始原料的式(II)的醛在现有技术中已有描述，或可通过已知方法例如DMF与POCl₃的Vilsmeier-Haack反应制得。
所述式(II)的取代醛与所述氯化剂通常以1∶3至3∶1、优选1∶1.4至1∶1的摩尔比使用。
所用氯化剂可为氯或一种释氯剂。所述反应可任选在一种惰性稀释气例如氮、二氧化碳或稀有气体的存在下进行。并非进行穷举，合适的氯化剂为，例如Cl₂、SO₂Cl₂、SOCl₂、N-氯代丁二酰亚胺或其混合物。优选使用Cl₂、SO₂Cl₂或其混合物作为氯化剂。特别优选Cl₂作为氯化剂。
根据本发明，所述氯化反应在自由基条件下实现。其先决条件是形成氯自由基。
自由基可通过不同方法形成，这些方法在之前的现有技术中已有描述，并为本领域技术人员所熟知。
原则上，自由基可通过以下三种途径获得：(a)键的均裂；(b)与其它自由基反应；以及(c)单电子转移。在通过均裂引发自由基产生的情况下，不稳定键通过热、光化学或辐解断裂。
关于本发明，所述自由基条件优选通过在自由基引发剂的存在下使取代醛与氯化剂反应而产生，或通过照射而产生。
已知在热和/或光的作用下，有机过氧化物或偶氮化合物会分解为自由基，其可引发自由基氯化反应。
合适的过氧化物和偶氮化合物的非穷举实例为过氧化氢叔丁基、过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯、2，2’-偶氮二(异丁腈)、2，2’-偶氮二(异丁酸)二甲酯、2，2’-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)、过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯、过氧化新戊酸叔丁酯、过氧化-2-乙基己酸叔戊酯、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯。
优选使用以下自由基引发剂：2，2’-偶氮二(异丁腈)、2，2’-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)、过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯、过氧化-2-乙基己酸叔戊酯、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯。以式(II)的醛为基准，所述自由基引发剂通常以0.01至1mol％、优选0.1至0.5mol％的量使用。
在本发明的一个可选实施方案中，所述自由基还可通过使用电磁辐射照射而产生，优选使用光或X-射线。为此目的，可使用例如汞灯。
取代醛(II)与氯化剂的反应通常在于常规反应条件下呈惰性的稀释剂的存在下进行。所用稀释剂可为，例如单氯代或多氯代的脂肪族或芳香族烃、或其混合物。合适的稀释剂的实例为氯苯、二氯苯、三氯苯、氯甲苯、氯三氟甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氯化碳。优选的稀释剂为氯苯、1，2-二氯苯、1，3-二氯苯、1，4-二氯苯、1，2，3-三氯苯、1，2，4-三氯苯、4-氯三氟甲基苯、1，3，5-三氯苯、2-氯甲苯、3-氯甲苯、4-氯甲苯、或其混合物。特别优选使用氯苯。
以取代醛(II)为基准，所述稀释剂通常以20∶1至1∶20的比例使用，优选10∶1至1∶10。
所述取代醛(II)与氯化剂的反应可于例如-10至130℃进行；优选0-90℃。
可任选向反应混合物中加入除酸剂。所用除酸剂可为，例如碳酸钾、碳酸钠、碳酸钙、碳酸氢钾、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾。这些除酸剂也可以水溶液形式使用。
所述取代吡唑基氯(I)可使用常规后处理方法分离。在本文中，产物的熔点和沸点非常关键，其决定了该产品是蒸馏还是通过过滤分离。蒸馏后处理是优选的。
本发明的方法可以批处理或连续方式进行。本方法可在标准压力、减压或加压下进行。
本发明制备取代吡唑基氯的方法在以下实施例中予以描述，所述实施例进一步阐述以上描述。然而，所述实施例不应以限制性的方式被解释。
制备实施例：
对比例：无自由基氯化
于120分钟内，向处于80℃的300g含有22.7％的5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-甲醛的1，2-二氯苯溶液中逐滴加入58g硫酰氯。定量加入结束后，将反应溶液再搅拌3小时。将反应溶液冷却至20℃并用GC进行分析。生成定量的4，5-二氯-1，3-二甲基-1H-吡唑。
实施例1
向48.5g 5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-甲醛于230ml氯苯中的溶液中加入36g碳酸钠。随后，在60℃，加入3.9g 2，2-偶氮异丁腈(AIBN)，并于4小时内通入24g氯气及再添加6g AIBN。气体通入结束后，将反应溶液继续搅拌30分钟。将固体滤出并用少量氯苯洗涤。溶剂除去后，得到5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-碳酰氯，产率为74％。
实施例2
向48g 5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-甲醛于230ml氯苯中的溶液中加入36.5g碳酸钠。随后，于20℃加入1.2g过氧化碳酸二(叔丁基环己基)酯，并将所得混合物加热至40℃。于4小时内通入24g氯气。气体通入结束后，将反应溶液于40℃继续搅拌30分钟。将固体滤出并用少量氯苯洗涤。溶剂除去后，得到5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-碳酰氯，产率为68％。
实施例3
在保护气存在下，向48g 5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-甲醛于230ml氯苯中的溶液中加入51.8g碳酸钾。随后，在汞灯照射下，在20℃、于4小时内通入24g氯气。气体通入结束后，将反应溶液在照射下于20℃继续搅拌20分钟。将固体滤出并用少量氯苯洗涤。溶剂除去后，得到5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-碳酰氯，产率为95％。
实施例4
在保护气存在下，向48g 5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-甲醛于195ml氯苯中的溶液中加入39.8g碳酸钠。随后，在汞灯照射下，在20℃、于3.5小时内通入24g氯气。气体通入结束后，将反应溶液在照射下于20℃继续搅拌20分钟。将固体滤出并用少量氯苯洗涤。溶剂除去后，得到5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-碳酰氯，产率为87％。
实施例5
在保护气存在及汞灯照射下，于30℃于4小时内向48g 5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-甲醛于230ml氯苯中的溶液中通入19.2g氯气。气体通入结束后，将反应溶液在照射下于30℃继续搅拌20分钟。将反应溶液冷却至5℃，将固体滤出并用少量氯苯洗涤。溶剂除去后，得到5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-碳酰氯，产率为87％。
实施例6
在80℃，于4小时内将68g硫酰氯和70.5g 2.5％的2，2-偶氮异丁腈(AIBN)的溶液同时逐滴加入300g 22.7％的5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-甲醛的1，2-二氯苯溶液中。定量加入结束后，将反应液继续搅拌2小时。溶剂除去后，得到5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-碳酰氯，产率为72％。
实施例7
首先于10℃加入11g 10％的5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-甲醛的1，2-二氯苯溶液，随后加入4.6g碳酸钾于20ml水中的溶液。在汞灯照射下，于10℃于1小时内通入8g氯气。气体通入结束后，将反应溶液与水混合，然后将有机相移出并用水洗涤。溶剂除去后，得到5-氯-1，3-二甲基-1H-吡唑-4-碳酰氯，产率为77％。