烷氧基三唑啉酮的制备方法 发明背景
本发明涉及一种新型的制备烷氧基三唑啉酮的方法，其中大多数烷氧基三唑啉酮为已知的，并可用作制备农业化学活性物质的中间体。
烷氧基三唑啉酮及其一系列制备方法为已知的，并在文献中有描述。
因此，例如，化合物5-甲氧基-2，4-二氢-3H-1，2，4-三唑-3-酮(或3-甲氧基-1，2，4-三唑-5(4H)-酮)是通过化合物(甲氧基-甲基硫基-亚甲基)-氨基甲酸乙酯(或N-[甲氧基-(甲基硫基)亚甲基]氨基甲酸乙酯)与水合肼在乙醇中回流而得到(参见J．Chem．Soc．Perkin I1973，2644-2646)。但是，用于该目的的原料只能通过甲氧基-硫代羰基-乙氧基羰基胺(即甲氧基-(硫代羰基)-氨基甲酸乙酯或1-乙基-3-甲基硫代亚氨二羧酸酯)与硫酸二甲酯的甲基化作用，以令人不满意的收率获得。
在氰酸苯酯与肼基甲酸乙酯的反应中，生成了少量的5-乙氧基-2，4-二氢-3H-1，2，4-三唑-3-酮(或3-乙氧基-△3-1，2，4-三唑啉-5-酮)化合物(参见Arch．Pharm．307(1974)，889-891)。但是，该反应用于特定地制备烷氧基三唑啉酮的用途尚未公开。
另外一种制备烷氧基三唑啉酮的方法包括将亚氨碳酸二酯与肼基甲酸酯反应生成N’-(氨基-烷氧基-亚甲基)-肼-羧酸酯(“氨基脲衍生物”)，以及缩合这些中间体生成相应的烷氧基三唑啉酮(参见US专利5，599，945)。同样，这种制备途径常常只能提供不令人满意的烷氧基三唑啉酮的收率。
发明概述
现已发现，通式(Ⅰ)所示的烷氧基三唑啉酮
(其中，R代表烷基、链烯基、炔基、环烷基、环烷基烷基、芳基或芳基烷基，这些基团中的任一基团都可被取代)可通过下述方法以非常好的产率和高的纯度获得，该方法包括使
a)通式(Ⅱ)所示地硫代亚氨二羧酸二酯(其中R如上定义，R1代表烷基、芳烷基或芳基，这些基团中的任一基团都可被取代)，与
b)肼、水合肼或肼的酸加合物进行反应，
所述反应在下列条件下进行：ⅰ)在稀释剂的存在下，且任选地在碱性反应助剂存在下，以及ⅱ)温度为-10℃～+100℃。
令人惊奇的是，通式(Ⅰ)所示的烷氧基三唑啉酮可通过本发明的方法以非常好的产率和高的纯度获得。特别令人惊奇且令本领域的技术人员难以预料的是，通式(Ⅱ)所示的化合物“环缩合”成通式(Ⅰ)所示的化合物的反应能以如此高的区域选择性进行，即可避免环合为5-硫代-[1，2，4]-三唑烷-3-酮，其至少将被认为是“副反应”。
与上述现有技术相比，本发明的方法的优点在于前体制备过程中的烷基化步骤不是必需的，且可避免使用工业上不利的前体(诸如不稳定的亚氨碳酸二酯)。此外，通式(Ⅱ)所示的原料为可以以相对简单的方式低成本制备的产品。因此，本发明的方法较之现有技术为有用的进步。
本发明优选涉及制备式(Ⅰ)所示的化合物，其中R代表
ⅰ)各具有至多6个碳原子的烷基、链烯基或炔基，且这些基团中的任一基团都可被氰基、卤素或C1-C4烷氧基取代，或
ⅱ)含3～6个碳原子的环烷基或在环烷基部分有3～6个碳原子而在烷基部分有1～4个碳原子的环烷基烷基，这两个基团都可被卤素或C1-C4烷基取代，或
ⅲ)含6或10个碳原子的芳基或在芳基部分有6或10个碳原子而在烷基部分有1～4个碳原子的芳烷基，这两个基团都可被氰基、卤素、C1～C4烷基、C1～C4卤代烷基、C1～C4烷氧基、C1～C4卤代烷氧基或C1～C4烷氧基-羰基取代。
本发明更优选涉及制备式(Ⅰ)所示的化合物，其中R代表
ⅰ)甲基、乙基、正-或异-丙基、正-、异-或仲-丁基，这些基团中的任一基团都可被氰基、氟、氯和／或溴、甲氧基或乙氧基取代，或
ⅱ)丙烯基、丁烯基、丙炔基或丁炔基，这些基团中的任一基团都可被氰基、氟、氯和／或溴取代，
ⅲ)环丙基或环丙基甲基，二者都可被氟、氯、甲基或乙基取代，或
ⅳ)苯基或苄基，二者都可被氰基、氟、氯、溴、甲基、乙基、三氟甲基、甲氧基、乙氧基、二氟甲氧基、三氟甲氧基、甲氧基羰基或乙氧基羰基取代。
本发明最优选涉及制备式(Ⅰ)所示化合物，其中R代表甲基、乙基、正-或异-丙基。
采用，例如，1，3-二乙基硫代亚氨二羧酸酯和肼作为原料时，本发明方法的反应历程可以下式说明：
式(Ⅱ)提供了在本发明用于制备式(Ⅰ)所示的化合物的方法中用作原料的硫代亚氨二羧酸二酯的通用定义。在式(Ⅱ)中，R优选且最优选具有与式(Ⅰ)所示的化合物的优选和最优选的定义所相同的含义。R1优选代表含1～4个碳原子的烷基、苄基或苯基，且最优选甲基或乙基。
通式(Ⅱ)所示的原料为已知的和／或可以本身已知的方法制备(参见Chem．Pharm．Bull．20(1972)，2618-2625；J．Chem．Soc．Perkin I1973，2644-2646；Chem．Ber．114(1981)，2075-2086；德国专利3，010，204)。
本发明的方法可采用肼、水合肼或肼的酸加合物来进行。肼的酸加合物的例子包括乙酸肼、盐酸肼和硫酸肼。但是，在本发明方法中优选使用水合肼作为原料。
本发明用于制备通式(Ⅰ)所示的烷氧基三唑啉酮的方法使用稀释剂来进行。合适的进行本发明方法的稀释剂特别为惰性有机溶剂。它们特别包括脂肪族、脂环族或芳香族的、任选卤代的烃类，诸如挥发油、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、石油醚、己烷、环己烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳；醚类，诸如二乙基醚、二异丙基醚、二噁烷、四氢呋喃或乙二醇二甲醚或乙二醇二乙醚；酮类，诸如丙酮、丁酮或甲基异丁基酮；腈类，诸如乙腈、丙腈或丁腈；酰胺类，诸如N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基-甲酰苯胺、N-甲基-吡咯烷酮或六甲基磷酸三酰胺；酯类，诸如乙酸甲酯或乙酸乙酯；亚砜类，诸如二甲亚砜；醇类，诸如甲醇、乙醇、正-或异-丙醇、正-、异-、仲-或叔-丁醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、二甘醇单甲醚、二甘醇单乙醚，及其与水的混合物或纯水。
本发明的方法中优选的稀释剂为醇类，诸如，特别是甲醇、乙醇、正-和异-丙醇。
已经发现，产物的收率可通过控制pH值显著地增加。pH值优选保持在6～11，更优选为7～10，最优选为8～9。pH值可通过多种方法来控制。例如，以能使pH值保持在上述指定范围内的速度加入物料。另外，可以加入碱性反应助剂。本发明的方法所用的合适的碱性反应助剂通常为常用的无机或有机碱或酸接受体。它们优选包括碱金属或碱土金属的乙酸盐、氨基化物、碳酸盐、碳酸氢盐、氢化物、氢氧化物或醇盐，诸如乙酸钠、乙酸钾或乙酸钙、氨基化锂、氨基化钠、氨基化钾或氨基化钙、碳酸钠、碳酸钾或碳酸钙、碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢钙、氢化锂、氢化钠、氢化钾或氢化钙、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙、甲醇钠或甲醇钾、乙醇钠或乙醇钾、正-或异-丙醇钠或正-或异-丙醇钾、正-、异-、仲-或叔-丁醇钠或正-、异-、仲-或叔-丁醇钾；此外，还包括碱性有机含氮化合物，诸如三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺、乙基二异丙基胺、N，N-二甲基-环己基胺、二环己基胺、乙基二环己基胺、N，N-二甲基苯胺、N，N-二甲基苄胺、吡啶、2-甲基-、3-甲基-、4-甲基-、2，4-二甲基-、2，6-二甲基-、3，4-二甲基-和3，5-二甲基-吡啶、5-乙基-2-甲基-吡啶、4-二甲基氨基-吡啶、N-甲基-哌啶、1，4-二氮杂双环[2．2．2]-辛烷(DABCO)、1，5-二氮杂双环[4．3．0]-壬-5-烯(DBN)或1，8-二氮杂双环[5．4．0]-十一碳-7-烯(DBU)。
本发明的方法所用的最优选的碱性反应助剂为碱金属氢氧化物或碱金属醇盐，诸如，特别是氢氧化钠或氢氧化钾、甲醇钠或甲醇钾、乙醇钠或乙醇钾。
在本发明的方法的实施中，反应温度可在相当宽的范围内变化。通常反应在-10℃～100℃下进行，优选为-5℃～+80℃。
本发明的方法通常在大气压下进行。但是，本发明的方法也可在加压或减压下进行-通常为0．1巴～10巴。
在本发明的方法的实施中，每摩尔式(Ⅱ)所示的硫代亚胺二羧酸二酯通常使用1．0～1．5mol、优选1．05～1．20mol的肼、水合肼或肼的酸加合物和如果使用的话0．001～1．5mol、优选0．05～1．0mol的碱性反应助剂。
在本发明的方法的一个优选实施方案中，首先将通式(Ⅱ)所示的原料加至稀释剂中，并缓慢地加入肼、水合肼或肼的酸加合物和碱性反应助剂(优选在稀释剂中)。然后搅拌反应混合物直至反应结束，并接着以常规方法后处理或无需任何进一步的纯化而用于下一步反应(参见U．S．5，599，945)。
本方明的方法所制备的通式(Ⅰ)所示的烷氧基三唑啉酮可用作制备除草活性化合物的中间体(参见U．S．5，599，945、5，057，144和5，534，486)。
下列实施例进一步说明本发明，但不限制本发明。在实施例中，除非另有说明，所有份和百分数均以重量计。
制备实施例：
实施例1：
14．5g(94mmol)1，3-二甲基硫代亚氨二羧酸酯首先加入到55ml甲醇中，并冷却至0℃。在此温度下，将5．08g(102mmol)水合肼和0．61g(9．4mmol)氢氧化钾在25ml甲醇中的溶液经1小时于搅拌下滴加入。移去冷却浴，将反应混合物在室温(约20℃)下搅拌约5小时。然后采用水泵真空装置小心地蒸去溶剂。
9．84g(理论值的91％)5-甲氧基-2，4-二氢-3H-1，2，4-三唑-3-酮以粗产物形式获得。
实施例2：
17．2g(94mmol)1-甲基-3-丙基硫代亚氨二羧酸酯首先加入到55ml甲醇中，并冷却至0℃。在此温度下，将5．08g(102mmol)水合肼和0．61g(9．4mmol)氢氧化钾在25ml甲醇中的溶液经1小时于搅拌下滴入。移去冷却浴，将反应混合物在室温(约20℃)下搅拌约5小时。然后采用水泵真空装置小心地蒸去溶剂。
12．37g(理论值的92％)5-丙氧基-2，4-二氢-3H-1，2，4-三唑-3-酮以粗产物形式获得。
实施例3：
14．5g(94mmol，96．6％纯)1，3-二甲基硫代亚氨二羧酸酯和0．305g(4．7mmol，87％纯)氢氧化钾首先加入到55ml甲醇中，并冷却至0℃。在此温度下，加入5．08g(102mmol)水合肼在25ml甲醇中的溶液，其加入速率应能保持pH值为8～9。该加入过程进行约2小时。移去冷却浴，将反应混合物在室温(约20℃)下搅拌约5小时。
10．93g(90％纯，即理论值的91％)5-甲氧基-2，4-二氢-3H-1，2，4-三唑-3-酮以粗产物形式获得。
实施例4：
14．5g(94mmol，96．6％纯)1，3-二甲基硫代亚氨二羧酸酯首先加入到55ml甲醇中，并冷却至0℃。在此温度下，将5．08g(102mmol)水合肼在25ml甲醇中的溶液经30分钟于搅拌下滴入。由于较快的加入速度，pH值保持在8～9之间。移去冷却浴，将反应混合物在室温(约20℃)下搅拌约5小时。然后采用水泵真空装置小心地蒸去溶剂。
10．56g(87％纯，即理论值的85％)5-甲氧基-2，4-二氢-3H-1，2，4-三唑-3-酮以粗产物形式获得。
实施例5：
18．96g(105mmol，98％纯)1-甲基-3-丙基硫代亚氨二羧酸酯和0．338g(5．25mmol，87％纯)氢氧化钾首先加入到55ml甲醇中，并冷却至0℃。在此温度下，加入5．50g(112mmol)水合肼在25ml甲醇中的溶液，其加入速率应能保持pH值为8～9。该加入过程进行约2小时。移去冷却浴，将反应混合物在室温(约20℃)下搅拌约5小时。
15．18g(91％纯，即理论值的92％)5-丙氧基-2，4-二氢-3H-1，2，4-三唑-3-酮以粗产物形式获得。
实施例6：
18．96g(105mmol，98％纯)1-甲基-3-丙基硫代亚氨二羧酸酯首先加入到55ml甲醇中，并冷却至0℃。在此温度下，将5．50g(110mmol)水合肼在25ml甲醇中的溶液经30分钟于搅拌下加入。由于较快的加入速度，pH值保持在8～9之间。移去冷却浴，将反应混合物在室温(约20℃)下搅拌约5小时。然后采用水泵真空装置小心地蒸去溶剂。
14．63g(90％纯，即理论值的87．7％)5-丙氧基-2，4-二氢-3H-1，2，4-三唑-3-酮以粗产物形式获得。
式(Ⅱ)所示的原料
实施例(Ⅱ-1)
8．3g(100mmol)硫代氰酸钠和0．4g(3mmol)喹啉首先加入到50ml甲基异丁基酮中。在室温(约20℃)下，10．2g(107mmol)氯甲酸甲酯经约45分钟于搅拌下滴入。然后将反应混合物在室温下搅拌约3小时。在加入6．4g(200mmol)甲醇(经过30分钟)后，反应混合物在室温下继续搅拌16小时。加入30ml水和3ml浓盐酸后，分离有机相，水相用甲基异丁基酮再萃取两次。合并有机相，经20ml水洗涤，硫酸镁干燥后过滤。溶剂采用水泵真空装置小心地蒸去。
获得14．5g(理论值的97％)1，3-二甲基硫代亚氨二羧酸酯，其无需进一步纯化可用于实施例1的反应。
实施例(Ⅱ-2)
8．3g(100mmol)硫代氰酸钠和0．4g(3mmol)喹啉首先加入到50ml甲基异丁基酮中。在室温(约20℃)下，10．2g(107mmol)氯甲酸甲酯经约45分钟于搅拌下滴入。然后将反应混合物在室温下搅拌3小时。在加入12g(200mmol)正丙醇(经过30分钟)后，反应混合物在室温下继续搅拌16小时。加入30ml水和3ml浓盐酸后，分离有机相，水相用甲基异丁基酮再萃取两次。合并有机相，经20ml水洗涤，硫酸镁干燥后过滤。溶剂采用水泵真空装置小心地蒸去。
获得17．2g(理论值的97％)1-甲基-3-丙基硫代亚氨二羧酸酯，其无需进一步纯化可用于实施例2的反应。
尽管本发明已在前面详细描述以达到说明的目的，但是可以理解，这些细节仅用于该目的，且本领域的技术人员可在不偏离本发明的精髓和范围时作出变通，除了其被权利要求所限制。