二苯基醚的硝化方法 本发明涉及硝化方法和特别涉及用作除莠剂或作为除莠剂合成中间体的二苯基醚化合物硝化的方法。
在WO 9710199中综述了关于制备一定的除莠活性的硝基取代的二苯基醚的先有技术，并且推断对于工业规模用途的先有技术方法中没有一个是特别满意的，因为它们都具有共同的问题即该方法得到的是所需要的产物和其它硝化异构体的混合物。二苯基醚化合物的硝化异构体对于相互分离来说经常是极其困难的，并且对于最终产物而言其它异构体的量经常太高以至于对于除莠剂来讲不能达到有关部门(regulatouy authoritles)的要求。如果该硝化产物是除莠剂合成地中间体而不是所需要的除莠剂本身的话这个问题变得更加严重，因为如果硝化异构体能够满意地加以分离的话，那么意味着比起所必要的试剂来讲该硝化化合物的混合物必须使用大量的其它试剂。因此确保控制该硝化过程以避免过度硝化以及产生含有最高可能比例的所要求的异构体的产物混合物是重要的。
在WO 9710199中公开了制备通式I化合物的方法：其中：R1为氢或C1-C6烷基、C2-C6链烯基或C2-C6炔基，它们中任何一个均可任选用一个或多个选自卤素和OH的取代基来取代；或为COOR4、COR6、CONR4R5或CONHSO2R4；R4和R5每一个独立为氢或为任选用一个或多个卤原子取代的C1-C4烷基；R6为卤原子或基团R4；R2为氢或卤代；R3为C1-C4烷基、C2-C4链烯基或C2-C4炔基，它们中任何一个均可任选用一个或多个卤原子取代；或者为卤代；
该方法包括使通式II化合物：其中R1、R2和R3如通式I所定义；在有机溶剂存在下和在乙酸酐存在下与包括硝酸或硝酸和硫酸混合物的硝化试剂反应，其特征在于乙酸酐与通式II化合物的摩尔比例为从大约1∶1至3∶1。
这些反应条件降低了过度硝化作用并且因此与早期的方法相比较在所需要的异构体部分上得以改善。
现在令人惊奇地发现当硝酸和硫酸用于该方法时，通过顺序加入这些酸到该反应混合物中可进一步降低过度硝化作用的水平。
本发明提供了制备通式I化合物的方法：其中：R1为氢或C1-C6烷基、C2-C6链烯基或C2-C6炔基，它们中任何一个均可任选用一个或多个选自卤素和OH的取代基来取代；或为COOR4、COR6、CONR4R5或CONHSO2R4；R4和R5每一个独立为氢或为任选用一个或多个卤原子取代的C1-C4烷基；R6为卤原子或基团R4；R2为氢或卤代；R3为C1-C4烷基、C2-C4链烯基或C2-C4炔基，它们中任何一个均可任选用一个或多个卤原子取代；或者为卤；
该方法包括使通式II化合物：其中R1、R2和R3如通式I所定义；在有机溶剂存在下和在乙酸酐存在下与包括硝酸和硫酸的硝化试剂反应，乙酸酐与通式II化合物的摩尔比例为从大约1∶1至3∶1，其特征在于顺序加入这些酸到该反应混合物中。
已发现把硫酸加入到在所选择的有机溶剂中的通式II化合物和乙酸酐混合物随后加入硝酸是特别有利的。
该硝酸优选为大于约90％强度。
用于反应的硫酸与通式II化合物的摩尔比例一般达到1.5∶1，然而硫酸与通式II化合物的比例从0.1∶1至0.3∶1是优选的。
该硝化作用的改善控制导致所需要产物收率增加和运作费用降低。
在本发明的上下文中，通式I化合物表示4-硝基异构体。以上所指的2-硝基异构体具有下列通式：在该硝化反应中产生的其它单硝基异构体包括6-硝基异构体：
也可存在有三个不同的二硝基异构体。也可形成三硝基异构体。
在本发明的上下文中，术语“C1-C6烷基”指的是饱和的线性的或分枝的含有从1至6个碳原子的烃链。实例包括甲基、乙基、正丙基、叔丁基、正戊基和正己基。术语“C1-C4烷基”为C1-C6烷基的子集并且指的是具有高达4个碳原子的烷基基团。
术语“C2-C6链烯基”指的是线性的或分枝的含有从2至6个碳原子并具有至少一个双键的烃链。实例包括乙烯基、烯丙基、丙烯基和己烯基。术语“C2-C4链烯基”为C2-C6链烯基的子集并且指的是具有高达4个碳原子的链烯基基团。
术语“C2-C6炔基”指的是线性的或分枝的含有从2至6个碳原子并具有至少一个叁键的烃链。实例包括乙炔基、丙炔基和己炔基。术语“C2-C4炔基”为C2-C6炔基的子集并且指的是具有高达4个碳原子的炔基基团。
术语“卤素”指的是氟、氯、溴或碘并且相应的术语“卤代”指的是氟代、氯代、溴代或碘代。
本发明反应条件特别有利，因为它们使过度硝化反应减至最小并且使该产物混合物中所需要的4-硝基异构体的量增加到最大。
本发明方法的优选温度范围从约-15至15℃，更优选为-10至10℃。
在该方法中溶剂对式II化合物(包括任何存在的异构体)的重量比例优选为不大于4.25∶1，并且该比例最佳为从1∶1至2.5∶1。
该反应可在任何适宜的溶剂中进行并且可使用的溶剂的实例包括卤代溶剂如二氯甲烷(DCM)、二氯乙烷(EDC)、氯仿、四氯乙烯(全氟乙烯)和二氯三氟甲苯(DCBTF)。或者，溶剂如乙酸、乙腈、醚类如四氢呋喃(THF)或二噁烷、四氢噻吩砜(culpholate)、硝基苯、硝基甲烷、液体二氧化硫或液体二氧化碳全都可以成功地用在该反应中。
全氟乙烯为优选的溶剂。
在加入硫酸之后，一般在大约30分钟至15小时期间把硝酸加到反应混合物中。然而加入速率随着所选择的反应溶剂而变化，在大约1至6小时内加入，或者优选为2至4小时，对于许多溶剂如EDC和DCM来说该加入速率是适宜的。
当该反应在全氟乙烯中实施时，然而该反应的速率通常要比在其它溶剂如EDC或DCM中进行的反应稍慢，因此更缓慢地加入硝酸经常是有利的，例如在从2至15小时期间内或者更优选为2至6小时期间内。
尽管本发明方法可用于制备任何通式I的化合物，特别优选的是R2为氯代和R3为三氟甲基。特别优选的通式I化合物为其中R1为COOH或CONHSO2CH3的那些化合物。这些化合物为5-(2-氯-α，α，α-三氟-4-甲苯氧基)-2-硝基苯甲酸(氟锁草醚)和5-(2-氯-α，α，α-三氟-4-甲苯氧基)-N-甲磺酰基-2-硝基苯甲酰胺(fomesafen)，这两者为有效的除莠剂。
除了在它自身正常为除莠剂以外，氟锁草醚可用作合成fomesafen的中间体。氟锁草醚可转化为酰氯，该酰氯然后与甲磺酰胺反应得到fomesafen。通过常规方法可进行这两个步骤，例如在EP-A-0003416所陈述的。
本发明现在将借助下列实施例作进一步描述，其中使用下列缩写：
pph-百分之一；
Ac2O-乙酸酐；
HPLC-高效液相色谱法。
在比较实施例中，术语“混合酸”指的是含有33.6％的硝酸与66.4％的硫酸的混合物。所给出的摩尔量为在混合物中硝酸的摩尔数。比较实施例A3-(2-氯-α，α，α-三氟-4-甲苯氧基)苯甲酸在全氟乙烯中经硝化作用得到氟锁草醚的通法a)硝化作用
将Ac2O(见表I和II的量)加入到在全氟乙烯(54g，0.635mol)中的3-(2-氯-α，α，α-三氟-4-甲苯氧基)苯甲酸中(I，R1为COOH，R2为氯，R3为三氟甲基)(20g，0.063mol)，搅拌该混合物并加热至40℃以溶解原料。然后把该混合物冷却至适当的反应温度(在此期间观察到原料的任意结晶)。在2小时内将混合酸(13g，0.069mol)滴加入内，并且通过HPLC监测该反应的完成情况。进一步加入混合酸使得原料水平降低至大约1％。b)综合处理
把该反应混合物如下洗涤三次：洗涤1-加入水(30ml)并且在大约38℃下洗涤该混合物并分离水层；洗涤2-加入水(25ml)并且在大约38℃下洗涤该混合物并分离水层；洗涤3-加入水(25ml)并且在大约38℃下洗涤该混合物并分离水层。
然后加入水(80ml)并将该混合物加热至38℃，加入氢氧化钠(47％溶液，6.4g，0.076mol)使该混合物碱化至pH10-11。加热该混合物蒸除全氟乙烯以得到氟锁草醚钠盐的溶液。把该溶液冷却至室温并在使用最少量水下将其移至烧瓶中以进行称重和分析该溶液。
按照比较实施例A的通法进行的实验1.1至2.3的结果在下列表I和II陈述。在这些实验中的每一个实验，使用含有84.3％的3-(2-氯-α，α，α-三氟-4-甲苯氧基)苯甲酸的粗原料20g。在表I所描述的实验的每一个实验中，所使用溶剂的量为54.0g，但是在表II所详述的实验中，溶剂的量是变化的。在所有的表中术语“反应物”指的是3-(2-氯-α，α，α-三氟-4-甲苯氧基)苯甲酸。
表I 实验 编号 反应 温度℃Ac2O用量(mol/mol) HNO3用量 (mol/mol) 产物 收率％ pph 2′-硝基 6′-硝基 总的 反应物 二硝基 1.1 -10 1.40 1.20 82.1 5.28 2.54 4.50 9.16 1.2 0 1.40 1.16 84.7 6.36 3.06 7.60 3.39 1.3 10 1.40 1.22 82.1 7.58 3.68 6.05 2.88 1.4 -10 2.00 1.18 87.5 5.46 2.82 5.15 3.25 1.5 0 2.00 1.20 85.3 7.03 3.61 5.98 1.86 1.6 10 2.00 1.27 84.5 7.56 3.89 7.33 1.46 1.7 -10 3.00 1.24 85.9 7.01 3.46 1.34 1.08 1.8 0 3.00 1.21 85.9 6.29 3.66 7.00 1.07 1.9 10 3.00 1.16 82.2 8.86 4.83 3.91 0.00 1.10 0 1.40 1.13 80.0 6.35 3.33 4.15 9.37 1.11 10 1.40 1.13 83.0 7.80 4.02 5.01 3.67 1.12 0-5 3.00 1.20 85.4 8.07 4.43 5.89 0.00 1.13 0-5 3.00 1.20 84.6 7.94 4.43 5.25 0.00
表II pph实验编号 溶剂用量(g)反应温度℃ Ac2O用量 (mol/mol) HNO3用量 (mol/mol) 产物 收率％ 2′-硝基 6′-硝基 总的 二硝基 反应物2.1 27.0 -10 2.00 1.27 85.7 5.77 2.97 5.52 2.072.2 54.0 -10 2.00 1.18 87.5 5.46 2.82 5.15 3.252.3 100.0 -10 2.00 1.27 84.9 5.28 2.85 6.07 2.45实施例13-(2-氯-α，α，α-三氟-4-甲苯氧基)苯甲酸钠盐的硝化
把3-(2-氯-α，α，α-三氟-4-甲苯氧基)苯甲酸钠盐(36.4％溶液中550g)加入到硝化容器中随后加入全氟乙烯(734g)。搅拌下加热该混合物至80℃，并缓慢加入98％的硫酸(63g)得到pH为2。分离该混合物并移去水层。于80℃下用水(100g)洗涤溶剂层，分离后该溶剂层通过共沸除水直到每批料的温度达到120℃来干燥。
将在全氟乙烯中的3-(2-氯-α，α，α-三氟-4-甲苯氧基)苯甲酸溶液冷却至60℃，并在搅拌下加入Ac2O(195g)和98％的硫酸(63g)。该混合物冷却至0℃并在0℃下于31/2小时内伴随剧烈搅拌下加入90％的硝酸(53g)。生成的混合物在0℃下搅拌1小时，然后加入水(190g)。加热该混合物至80℃然后静置。移去水层，在80℃下用水(162g)洗涤溶剂层，通过直接蒸馏除去大约360g的全氟乙烯并且剩余的溶剂通过加入水形成共沸蒸馏来除去。一旦除去所有的全氟乙烯，所生成熔化的氟锁草醚和水的混合物以氢氧化钠(15％的溶液158g)在90℃下处理。一旦该加入完成后，把该混合物冷却至45℃并加入氢氧化钠(15％的溶液39g)得到pH7-9。使生成的40％氟锁草醚钠盐的水溶液放置至冷，收率为85％。
将该产物的样品酸化并过滤沉淀出的氟锁草醚酸，洗涤并干燥，通过HPLC使用可信的标准品分析氟锁草醚和硝化异构体，得到下列分析结果：
氟锁草醚 76.5％杂质表示为％重量×100/％氟锁草醚：
2′-硝基异构体 7.5
6′-硝基异构体 3.9
反应物 1.5
总的二硝基异构体 1.1
三硝基物 0.4实施例23-(2-氯-α，α，α-三氟-4-甲苯氧基)苯甲酸钠盐的硝化
3-(2-氯-α，α，α-三氟-4-甲苯氧基)苯甲酸钠盐在全氟乙烯中的硝化得到氟锁草醚的另一个实验按照下列通法实施。
将3-(2-氯-α，α，α-三氟-4-甲苯氧基)苯甲酸钠盐(100％wt，1mol/mol)和全氟乙烯(2.26ml/g的钠盐)的溶液置于反应容器中并加热至80℃。然后加入98％硫酸调节pH至1.7。之后除去上层的水相并且通过蒸馏除去剩余的水。使该共馏的全氟乙烯返回到容器中。把该混合物冷却至30-40℃并加入乙酸酐(1.8-3.0mol/mol)和98％硫酸(0.1-1.0mol/mol)。把该混合物冷却至0-5℃，并且在2-3小时内加入98％硝酸(大约1.21mol/mol)，其间保持每批的温度在0-5℃。从该反应中取样并检查反应的完成情况，如果需要的话加入另外的硝酸。该混合物以水骤冷并在80℃下移去上面的水层。然后在80℃下以水洗涤反应块并移去上面的水层以留下粗的氟锁草醚-全氟乙烯混合物。共沸蒸馏全氟乙烯并通过水蒸汽汽提除去残余的全氟乙烯和乙酸，得到熔化的氟锁草醚粗品，使用15％的氢氧化钠水溶液在90℃下中和该粗品以形成氟锁草醚盐溶液。
该结果显示在表III中。
表III pph pph pph pph 实验反应物重量 Ac2O H2SO4 HNO3 反应温度 产物收率 2’-硝基6’-硝基 反应物总二硝基的 编号 g mol/mol mol/mol mol/mol ℃ ％ 3.1 200 3.00 1.0 1.23 -1 87.3 6.92 3.14 2.30 0.67 3.2 200 3.00 1.0 1.40 -4 86.0 7.38 3.28 0.80 1.13 3.3 200 3.00 0.1 1.21 -2 79.6 8.53 3.70 0.59 0.78 3.4 200 2.00 0.2 1.21 0 86.6 8.11 3.91 0.00 0.75 3.5 200 2.00 0.2 1.21 -4 85.3 7.78 3.57 1.18 0.19 3.6 200 2.00 0.2 1.21 0 82.4 8.19 3.87 0.56 1.17