酰化1，3-二羰基化合物的制备方法 发明领域
本发明涉及由相应烯醇酯的重排制备酰化1，3-二羰基化合物的方法。本发明也涉及酰化1，3二羰基化合物相应的互变体化合物的制备。
发明背景
在专利和杂志文献中已经报道了生成酰化1，3二羰基化合物的特定烯醇酯的重排，其中已经公开了将特定类型的催化剂用于促进催化重排反应。已公开的一些催化剂为两摩尔的氯化铝、4-二甲基氨基吡啶、氨基吡啶衍生物、N-烷基咪唑衍生物、熔融乙酸钠、Lewis酸和氰化源。见美国专利4,695,653和其中引用和讨论的参考文献。
发明概述
令人惊奇地，已经发现可以用叠氮化物催化剂/试剂促进烯醇酯重排为酰化1，3-二羰基化合物和/或相应的酰化1，3-二羰基化合物的互变体形式(应参阅关于酰化“1，3-二羰基化合物”或其它类似描述物(例如“环己二酮衍生物”等)的未来参考文献(future reference)，其中如果没有特别说明，应该包括关于互变体形式)。由本发明公开的方法生产的酰化1，3-二羰基化合物本身可以用作农用化学品(例如，杀虫剂、除草剂等)，或者也可以在有用的农用化学品的制备中用作中间体。本发明中所使用的叠氮化物催化剂/试剂体系具有优于以前所用的那些催化剂/试剂的优点。必须回收催化剂，例如二甲基氨基吡啶。氰化物催化剂和试剂产生氰化氢，其会污染生产用物流。本发明的叠氮化物催化剂和试剂具有在酸化时生成能分解产生氮气的hydrozoic酸的优点。先前制备酰化1，3-二羰基化合物时需要回收 昂贵催化剂/试剂和处理废物的特定系统，本发明克服了这种需要。
本发明的详细描述
本发明的一个实施方案是制备酰化环状1，3-二羰基化合物或其互变体的方法，包括相应烯醇酯地重排步骤，其中所述重排是在碱金属叠氮化物的存在下进行的。酰化环状1，3-二羰基化合物为环己烷环的2位上酰基取代的1，3-环己二酮。用于本方法的起始原料的烯醇酯化合物为1，3-环己二酮的O-酰基烯醇酯。
本发明的另一个方面是在下列两种物质存在下进行重排的方法：
(a)催化量的碱金属叠氮化物和相对于烯醇酯摩尔过量的碱；或
(b)相对于烯醇酯化学计量的碱金属叠氮化物和催化量的相转
移催化剂。
本发明的另一个实施方案是制备式I化合物和其互变体的方法：其中R为C1-C10的烷基、C3-C6的环烷基或苯基，其中苯环被一到三个选自卤素、C1-C4的烷基、C1-C4的烷氧基、C1-C4的卤代烷基、硝基或氰基的基团取代或未取代；A为-OR2、-SO2或-NR3R4基；R2、R3和R4每个分别为氢、C1-C6的烷基、C1-C6的卤代烷基、C2-C10的烷氧基烷基、C2-C10的烷基硫代烷基；被卤素、C1-C4的烷氧基或C1-C4的烷基硫取代或未取代的C3-C6的链烯基；C3-C6的炔基；苯基、C6-C20的烷基芳基或C6-C20的芳烷基，其中苯环被一到三个选自卤素、C1-C4的烷基、C1-C4的烷氧基、C1-C4的卤代烷基、硝基或氰基的基团取代或未取代；或R3或R4与链接到其上的氮原子一起形成一个5元或6元杂环，其中环中也可以含有氧或硫原子；及其盐，所述方法包括相应的烯醇酯的重排步骤，其中所述重排是在碱金属叠氮化物的存在下进行。
在上述定义中，烷基包含直链和支链基，例如，甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基，以及所有较高碳原子数的立体异构体基。链烯基和炔基也包括直链和支链基，例如，乙烯基、烯丙基、甲代烯丙基、丁烯基、甲基丁烯基、和二甲基丁烯基、乙炔基、丙炔基、丁炔基、甲基丁炔基和二甲基丁炔基，以及所有较高碳原子数的立体异构体基。
“环烷基”是指包含环丙基、环丁基、环戊基和环己基的基团。
“芳基”是非杂化芳环体系或杂化芳环体系。“烷基芳基”是指一个或多个烷基取代的芳基。“芳烷基”是指一个或多个芳基取代的烷基。
卤素为氟、氯、溴或碘。
五元或六元杂环体系-NR3R4(其环中也可以包含氧或硫原子)包含芳环或非芳环体系，例如包含吡咯、吡咯烷、吡啶、哌啶、吗啉或硫代吗啉。这些环也可以被取代，例如被一到三个选自卤素、C1-C4的烷基、C1-C4的烷氧基、C1-C4的卤代烷基、硝基或氰基的基团取代。
式I的环己二酮衍生物具有好的除草和植物生长调节性。
互变异构是一种氢原子的迁移产生两种或多种结构(称为互变异构体)的异构类型。可以获得不同异构形式的式I的环己二酮衍生物。例如，可以得到甲基4-(丙基-1-羟亚甲基)-3，5环己二酮-1-羧酸酯的异构体形式以及其它异构体形式的4-丙甲酰基(propanoyl)-3，5-环己二酮-1-羧酸甲酯(例如，见下列互变异构方案)：互变异构方案：
本方法中，制备式I的环己二酮所用的碱金属叠氮化物包含，例如，叠氮化锂、叠氮化钠、叠氮化钾和叠氮化铯。碱金属叠氮化物可以仅仅作为催化剂或同时作为碱试剂。当碱金属叠氮化物仅作为催化剂时，必须使用额外的碱试剂。也可以使用足够量的碱金属叠氮化物，以便其可以同时作为本方法的碱试剂。在以上两种情况下，都可以使用相转移催化剂提高碱金属叠氮化物催化剂/碱的反应活性。可以预见，在特定情况下可以出现阳离子交换，所以促进重排反应的实际催化或试剂叠氮化物是带有不同抗衡阳离子的叠氮化物。
不应该将此处公开的发明的范围限于任何与用于制备最终产品的组分的络合作用、平衡、反应或酸碱化学相关的特定化学理论。
适用于本方法的相转移催化剂包含在非极性溶剂(例如，冠醚，如18-冠-6)中增溶阳离子的络合试剂。可以使用相转移催化剂提高重排反应速率，或降低能量输入或降低促使反应完成所必须的试剂的量。是否使用相转移催化剂取决于给定环境下的本利分析和所需的工艺设计参数(例如，溶剂、温度、反应时间等)。
本方法中所用的碱金属叠氮化物催化剂的优选量的范围相对于烯醇酯的量约为5-20mol％。但是，可以使用更多的碱金属叠氮化物，特别是叠氮化物起碱试剂的作用时。
可以在溶剂体系存在的情况下实施本发明的重排方法。用于将合适的烯醇酯重排为式I的环己二酮的适当溶剂例如为甲苯、DMF、丙酮乙腈或其它类似溶剂体系。取决于是否使用相转移催化剂，该溶剂体系可以延伸到包含其它通用溶剂。
本方法中适当的碱为有机碱。优选有机碱包含烷基胺，例如三烷基胺，或其它功能等效的碱。在适当条件下，例如使用氨或氢氧化铵作为碱试剂或使用其它类似的碱试剂是可以满足需要的。三烷基胺优选为每个烷基中含有1-6，优选1-4个碳原子的三(低级烷基)胺。特别优选的胺是三乙基胺。此外，应注意碱金属叠氮化物或其它盐也可以用作适当的碱试剂。
所用碱的量为每摩尔烯醇酯1-4摩尔，优选每摩尔烯醇酯1-2摩尔。
除非重排反应是在加压条件下进行的，本方法中所采用的温度受所使用溶剂体系的限制。通常，适宜重排的温度条件为约20℃到约75℃。取决于所使用的催化剂和所采用的工艺参数，反应时间可短(例如，以分为单位)可长(例如，以天为单位)。在室温下运作的间歇法的反应时间范围从1到24小时。为了避免不需要的副反应的影响和试剂或催化剂的分解，较短的反应时间和较低的反应温度可能是优选的。
为了避免烯醇酯的皂化反应，在方法中采用基本无水条件可以增高产率。优选烯醇酯的重排反应在无水下进行。
“基本无水条件”定义为，足以进行烯醇酯重排为式I的相应环己二酮的重排反应的条件，而在考虑到适当试剂和反应器设计时不会对该方法的效率造成不必要的降低。
可以在本发明中用作起始原料的环烯醇酯包含美国专利4,693,745和4,695,673中公开的那些，在此全面地引入作为参考。可以通过已知的方法制备烯醇酯起始原料，或者可以利用通常的化学知识和适当的市售基本原料(例如，甲基乙酰乙酸酯；见Yoshimoto et al.CHEMTECH(1989)，19(7)，p.431-4)(见美国专利4,693,745和4,695,673)制备烯醇酯起始原料。碱金属叠氮化物催化剂/试剂、碱试剂和相转移催化剂可以是市售的，也可以通过已知的方法制备或利用通常的化学知识制备。例如，叠氮化钠是一种市场上可以买到的叠氮化物催化剂/试剂。类似地，18-冠迷-6是一种市场上可以买到的相转移催化剂。
本方法中所用的优选烯醇酯催化剂包含式II的化合物：其中变量如上述式I所定义的。式II化合物的盐、立体异构体和互变体也是适宜的起始原料。可以用适当的碱处理式II的化合物获得式II化合物的盐。获得该盐的适当的碱优选为碱金属氢氧化物，碱土金属氢氧化物、铁、铜、镍和锌的氢氧化物，和氨或C1-C4烷基季铵盐或C1-C4的羟基烷基铵碱。
下面的实例进一步举例说明了本发明的一些特征，但并不局限于此范围。在说明书和权利要求中如没有特别说明，温度都是指摄氏度。
实施例1
2-环丙甲酰基(cyclopropanoyl)-1， 3-环己二酮-5-羧酸乙酯的制备
将适当的O-酰基烯醇酯(25g，0.1摩尔)(可通过1，3-环己二酮-5-羧酸乙酯与环丙甲酰氯(cyclopropanoyl chloride)的O-酰化制得)、三乙胺(13.4g，0.13摩尔)、二甲基甲酰胺(2g，0.02摩尔)，和甲苯(3.5g，0.04摩尔)和叠氮化钠(0.65g，0.01摩尔)加入到200ml圆底烧瓶中。将水冷冷凝管装配到该烧瓶上进行回流，并搅拌。将烧瓶放入油浴中加热到55℃，并保持3小时。以TEA盐的形式萃取重排产物，接着在甲苯存在下用盐酸进行酸化。将产物/甲苯相分离，蒸发除去溶剂得到2-环丙甲酮基(cyclopropanoyl)-1，3-环己二酮-5-羧酸乙酯作为原油(17.6g粘性油，粗产率70％)。
实施例2
2-乙酰-1，3-环己二酮-5-羧酸乙酯的制备
将适当的O-酰基烯醇酯(15g，0.066摩尔)(可通过环己烷1，3-二酮-5-羧酸乙酯与乙酰氯的酰化制得)加入圆底烧瓶中。装上搅拌并将叠氮化钠(0.52g，0.008摩尔)、DMF(1.6g)、甲苯(2.8g)，和TEA(10.7g，0.105摩尔)加入上述烧瓶中。将该烧瓶在油浴中加热到45℃，随后放热量将使反应温度提高到60℃。将混合物冷却到30℃并在不加热的情况下保持1小时。将上述反应混合物加入100ml水中，将水相分离去掉并与20ml甲苯混合。然后用HCl对上述溶液酸化到PH＜2。将甲苯相分离，酸水溶液用二氯甲烷来反萃取。通过旋转蒸发将溶剂从所得的混合有机萃取液中除去得到2-乙酰-1，3-环己二酮-5-羧酸乙酯产物(9.6g粘性油，粗产率64％)。
实施例3
乙基2-(3，5-二硝基苯甲酰基)-1，3-环己二酮-5-羧酸乙酯的制备
将适当的O-酰基烯醇酯(15g，0.0396摩尔)(可通过环己烷1，3-二酮-5-羧酸乙酯与3，5-二硝基苯甲酰氯的酰化制得)加入圆底烧瓶中。装上搅拌并将叠氮化钠(0.26g，0.004摩尔)、DMF(1g)、甲苯(5g)，和TEA(4.2g，0.041摩尔)加入上述烧瓶中。将该烧瓶在油浴中加热到45℃。用GC监控起始原料的消失。反应一完成，立即将水(48.6ml)和甲苯(7g)加到反应混合物中接着冷却到＜10℃。分离之后，用8ml水对有机相萃取一次。将上述混合含水萃取液用甲苯(2×5.4g)反萃取两次，其中首先应将第一次水/有机溶液按实施例2那样进行酸化。将包括有机相的产物混合并用碳酸氢钠洗涤。旋转蒸发除去有机溶剂得到2-(3，5-二硝基苯甲酰基)-1，3-环己二酮-5-羧酸乙酯产物(9.6g粘性油，粗产率64％)。
上述实施例中所述的合成转变是在无水或基本无水的条件下进行的。粗产率是指分离物的量与按照起始烯醇酯计算得到的理论量相比得到的比率。DMF＝二甲基甲酰胺、18-冠迷-6＝1，4，7，10，13，16-六氧杂环十八烷、TEM＝三乙基胺。
总的来说，可以看出，本发明极大地简化了环1，3-二羰基化合物的制备方法。在本方法中，通过使用叠氮化物催化剂/试剂体系以重排相应的烯醇酯可以达到该目的。叠氮化物催化剂/试剂的使用简化了对加工产生的废水的处理。本发明避免了使用氰化物类催化剂/试剂带来的成本和毒性。在不背离本发明的下述权利要求的条件下，可以改变比例、步骤和原料。