2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈的制备方法和其应用 以及用于制备它的中间体的制备方法 【技术领域】
本发明涉及2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈的制备方法和它的应用以及用于制备2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈的中间体地制备方法。背景技术
芳基吡咯腈及其衍生物是有效的杀虫、杀螨和杀软体动物剂，尤其2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈及其衍生物高效广谱，如4-溴-2-(对氯苯基)-1-(乙氧甲基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈，即溴虫腈(chlorfenapyr)，由美国氰胺公司开发的杀虫杀螨剂已进入市场多年。关于这类化合物及相关中间体的制备，已有许多专利方法，但在有效性和经济性方面还不理想。发明内容
本发明的目的是提供从α-芳基三氟乙酰氨基酸出发，制备2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物的更有效的方法。
本发明的另一个目的是提供从α-芳基氨基酸出发，制备α-芳基三氟乙酰氨基酸的更方便经济的方法。
本发明进一步的目的是描述上述化合物在生产芳基吡咯杀虫剂方面的应用。
本发明的技术解决方案：
一种制备具有结构式III特征的2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物的方法其中A是氢、C1-C4烷基、芳基、卤代芳基、或芳基取代的C1-C4烷基；R和L为各自独立的氢或卤素、C1-C4烷基或C1-C4烷氧基；该方法包括：
a.将结构式I的α-芳基氨基酸其中A，R和L的定义同上，与至少1摩尔当量的三氟醋酸和酰氯化试剂在有机溶剂的存在下进行反应，形成式(II)的α-芳基氨基酸的三氟乙酰衍生物，
b.式(II)化合物与至少1摩尔当量的2-卤代丙烯腈，在碱和有机溶剂及酰氯化试剂或酸酐存在下进行反应，形成式(III)结构的2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物。当选用酸酐时，A是氢。
一种制备具有结构式(III)特征的2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物的方法其中A，R和L的定义同上，其特征在于将具有式(II)结构的化合物其中A，R和L的定义同上，与至少1摩尔当量的2-卤代丙烯腈，在碱和有机溶剂及酰氯化试剂或酸酐存在下进行反应，形成式(III)结构的2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物。当选用酸酐时，A是氢。
一种制备具有结构式(II)的α-芳基三氟乙酰氨基酸化合物的方法，其中A，R和L的定义同上，该方法特征在于用至少1摩尔当量的三氟醋酸和酰氯化试剂在有机溶剂的存在下，使式(I)结构的α-芳基氨基酸三氟乙酰化，其中A，R和L的定义同上。
一种具有结构式(III)的2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物的应用，其特征在于它用于制备具有杀虫杀螨作用的式(IV)芳基吡咯化合物，其中R和L的定义同上；X是氯或溴；R1是C1-C6烷基；该方法是将式(III)的2-芳基5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物，其中A是氢，R和L的定义同上，在溶剂和缚酸剂存在下，用至少1摩尔当量的卤素进行环溴化或氯化，形成2-芳基4-卤代-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈中间体，进一步在至少1摩尔当量的碱金属氢化物存在下，与卤甲基C1-C6烷基醚反应制得式(IV)的2-芳基-4-卤代-1-(烷氧基甲基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物。
本发明方法工艺简单，成本低，收率高，其制备方法与传统制备方法相比更有效更经济，且应用面广。具体实施方式
本发明涉及制备下式(III)的2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物的方法其中A是氢，C1-C4烷基，芳基，卤代芳基，或芳基取代的C1-C4烷基；R和L为各自独立的氢或卤素，C1-C4烷基或C1-C4烷氧基；该方法包括将式(I)结构的α-芳基氨基酸其中A，R和L的定义同上，与至少1摩尔当量的三氟醋酸和酰氯化试剂在有机溶剂的存在下进行反应，制得式(II)的α-芳基三氟乙酰氨基酸中间体。式(II)化合物与至少1摩尔当量的2-卤代丙烯腈，在碱和有机溶剂及酰氯化试剂或酸酐存在下进行反应，制得式(III)结构的2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物。当选用酸酐时，A是氢。
本发明也提供了式(II)的α-芳基三氟乙酰氨基酸的制备方法其中A，R和L的定义同上。
此外，本发明还描述了式(IV)具有由杀虫杀螨作用的芳基吡咯化合物的生产方法其中R和L的定义同上；X是氯或溴；R1是C1-C6烷基；该方法是将式(III)的2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物其中A是氢，R和L的定义同上，在溶剂和缚酸剂存在下，用至少1摩尔当量的卤素进行环溴化或氯化，形成2-芳基4-卤代-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈中间体，进一步在至少1摩尔当量的碱金属氢化物存在下，与卤甲基C1-C6烷基醚反应制得式(IV)的2-芳基-4-卤代-1-(烷氧基甲基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物。
本发明的方法可用如下的方程式I加以说明：方程式I：其中A，R，L和X的定义同上。
目前已知的制备式(II)的α-芳基三氟乙酰氨基酸的方法采用三氟醋酐或三氟醋酸乙酯为三氟乙酰化试剂(US 5118816，CN1035669C等)。美国专利US5144041披露了由类似于式(II)的α-芳基三氟乙酰氨基酸(其中A是除氢以外的某些取代基)在酸酐、有机碱和溶剂存在下与2-卤代丙烯腈反应制备类似于式III的2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物(其中A是除氢以外的某些取代基)的方法。
本发明采用式(I)的α-芳基氨基酸可以直接用三氟醋酸和酰氯化试剂进行三氟乙酰化，且收率良好。有利的是，本发明的方法不需要采用价格昂贵的三氟醋酐，也不采用收率较差的三氟醋酸乙酯，更不需要碱的存在。
根据本发明的方法，使式(I)的α-芳基氨基酸与至少1摩尔当量的三氟醋酸，在适量酰氯化试剂和溶剂存在下反应形成式(II)的α-芳基三氟乙酰氨基酸。当反应完成后，用诸如萃取、过滤的常规过程分离出产物，或较好的是，反应产物溶液可用于上述方程式I所示的生产芳基吡咯腈的下一步制备中。
适用于本发明方法中的酰氯化试剂是三氯化磷、三溴化磷、光气、氯甲酸三氯甲酯、二(三氯甲基)碳酸酯或氯化亚砜。
适用于本发明方法中的溶剂包括常规的惰性有机溶剂，例如：腈如乙腈；醚如乙醚，四氢呋喃，二恶烷，乙二醇二乙醚等；卤代烃如二氯甲烷，1，2-二氯-乙烷，氯彷，1，1，1-三氯乙烷，四氯化碳等；羧酰胺如N，N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮等；亚砜如二甲亚砜等；芳烃如苯，甲苯，二甲苯等；卤代芳烃如氯苯，二氯苯等；也可采用过量的三氟醋酸而不另外使用其它的溶剂。
本发明式(II)的α-芳基三氟乙酰氨基酸与至少1摩尔当量的2-卤代丙烯腈，在碱和有机溶剂及酰氯化试剂或酸酐存在下进行反应，形成式(III)结构的2-芳基-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈化合物，收率令人满意。当选用酸酐时，A是氢。
适用于本发明方法中的酰氯化试剂是三氯化磷、三溴化磷、光气、氯甲酸三氯甲酯、二(三氯甲基)碳酸酯或氯化亚砜；酸酐是醋酐或三氟醋酐等。适用于本发明方法中的碱是C1-C4三烷基胺、吡啶、碱金属C1-C4醇盐或碱金属碳酸(氢)盐，优选三乙胺和吡啶。
适用于本发明方法中的溶剂包括常规的惰性有机溶剂，例如腈如乙腈；醚如乙醚，四氢呋喃，二恶烷，乙二醇二乙醚等；卤代烃如二氯甲烷，1，2-二氯乙烷，氯仿，1，1，1-三氯乙烷，四氯化碳等；羧酰胺如N，N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮等；亚砜如二甲亚砜等；芳烃如苯，甲苯，二甲苯等；卤代芳烃如氯苯，二氯苯等。较好的是有机极生溶剂，优选乙腈，N，N-二甲基甲酰胺等。
用本发明方法制备的上述化合物是生产式(IV)的芳基吡咯杀虫杀螨剂的中间体。本发明的方法包括一种有效的杀虫杀螨剂4-溴-2-(对氯苯基)-1-(烷氧基甲基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈的生产。
为了便于对本发明的进一步了解，下面提供的实施例对其做了更详细的说明。这些实施例仅供叙述而并非用来限定本发明的范围或实施原则。术语1HNMR是指1H核磁共振谱，EIMS是指电子离子化质谱，HPLC是指高压液相色谱。实施例1α-(对氯苯基)-N-(三氟乙酰基)甘氨酸的制备
将α-(对氯苯基)甘氨酸(5.6g，0.03mol)在乙腈中的混合物依次用三氟醋酸(4.8g，0.042mol)和三氯化磷(1.8g，0.013mol)处理，在回流温度下搅拌5-6小时，用HPLC跟踪分析，至α-(对氯苯基)甘氨酸完全转化。将反应混合物冷却并真空浓缩，得到浅黄色固体残余物。将该固体残余物用水/甲苯混合物进行搅拌处理，过滤后干燥得到略带淡黄色的白色固体粉末状标题产品5.2g(产率61.6％)，mp：170-172℃。
1H NMR(DMSO，δ)：5.49(d，J＝7.4，1H，C-H)，7.43(m，4H，Ar-H)，10.12(bs，1H，COO-H)，13.2(bs，1H，N-H)。实施例2α-(对氯苯基)-N-(三氟乙酰基)甘氨酸的制备
用与实施例1所描述的基本相同的方法并用氯甲酸三氯甲酯(3.6g，0.018mol)取代其中的三氯化磷作为酰氯化试剂，得到淡黄色固体粉末状标题产品5.9g(产率69.8％)，mp：177-170℃。实施例3α-(对氯苯基)-N-(三氟乙酰基)甘氨酸的制备
用与实施例1所描述的基本相同的方法并用氯化亚砜(3.6g，0.03mol)取代其中的三氯化磷作为酰氯化试剂，可得到灰白色固体粉末状标题产品5.5g(产率65.1％)，mp：177-171℃。实施例4α-(对氯苯基)-N-(三氟乙酰基)肌氨酸的制备
将α-(对氯苯基)肌氨酸(6.0g，0.03mol)在甲苯中的混合物依次用三氟醋酸(4.8g，0.042mol)和三氯化磷(2.0g，0.014mol)处理，在回流温度下搅拌5-6小时，用HPLC跟踪分析，至α-(对氯苯基)肌氨酸完全转化。将反应混合物冷却并真空浓缩，得到固体残余物。将该固体残余物用甲苯重蒸两次，并水洗得到橙色固体状标题产品8.0g(产率90.2％)，mp：115-117℃。实施例52-(对氯苯基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈的制备
依次将三氯化磷(1.7g，0.012mol)、2-氯丙烯腈(2.2g，0.024mol)和三乙胺(ca.6ml)滴加到α-(对氯苯基)-N-(三氟乙酰基)甘氨酸(5.6g，0.02mol)的乙腈溶液中。滴加完成后，将反应混合物在回流温度下加热4小时左右，用HPLC跟踪分析，至α-(对氯苯基)-N-(三氟乙酰基)甘氨酸反应完全。反应毕冷却至室温并倾倒入水中，过滤收集固体，干燥得白色晶体状标题产品5.1g(产率94.3％)，mp：236-239℃。
EIMS(m/z，％)：272(M+2，32)，270(M，100)，250(25)，215(29)；1H NMR(DMSO，δin ppm)：7.30(s，1H，pyrrole-H)，7.65(d，J＝8.5Hz，2H，Ar-H)，7.80(d，J＝8.5，2H，Ar-H)，13.4(s，1H，N-H)实施例6α-(对氯苯基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈的制备
用与实施例5所描述的基本相同的方法并用醋酐或三氟醋酐取代其中的酰氯化试剂，可得到固体粉末状标题产品。实施例74-溴-2-(对氯苯基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈的制备
将溴(9.6g，0.06mol)慢慢加入到2-(对氯苯基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈(11.0g，0.04mol)、碳酸氢钠(4.0g，0.045mol)和氯仿的混合物中，将反应混合物在回流温度下加热，并用HPLC跟踪分析至2-(对氯苯基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈完全溴化，需4小时左右。反应毕冷却至室温，过滤、收集固体并用大量水洗至中性，干燥得白色或淡黄色固体状标题产品12.8g(产率91.6％)，mp：大于240℃(分解)。
EIMS(m/z，％)：352(M+4，24)，350(M+2，100)，348(M，80)，269(10)，251(32)，249(100)，242(9)，214(16)；1H NMR(DMSO，δin ppm)：7.64(d，J＝8.0Hz，2H，Ar-H)，7.78(d，J＝8.1Hz，2H，Ar-H)，13.4(bs，1H，N-H)。实施例84-溴-2-(对氯苯基)-1-(乙氧基甲基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈的制备
将氢化钠(60％，1.3g，0.033mol)缓慢加入到4-溴-2-(对氯苯基)-5-(三氟甲基)吡咯-3-腈(10.5g，0.03mol)在干燥四氢呋喃的混合物中，室温下搅拌1小时。向上述反应混合物中滴加氯甲基乙醚(4.3g，0.045mol)，滴加完成后，将反应混合物在回流温度下加热4小时左右。反应毕冷却至室温，加水淬灭反应，静置分层，有机层减压脱溶回收溶剂，残余物加水并搅拌，滤集固体，干燥得白色或淡黄色固体粉末状标题产品(12.0g，HPLC分析含量为95.3％，收率93.5％)，mp：90-91℃。
EIMS(m/z，％)：408(M+2，15)，406(M，10)，363(12)，361(9)，350(10)，328(13)，327(9)，326(10)，247(22)，59(100)；1H NMR(CDCl3，δin ppm)：1.17(t，3H，J＝7.0)，3.40(q，2H，J＝7.0)，5.20(s)，7.50(m，4H，Ar-H)。