CN113004199A - 喹草酸化合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及除草剂领域，公开了一种喹草酸化合物的制备方法，该方法包括以下步骤：1)使式(1)所示结构的化合物与异丁烯醛进行环合反应，得到式(2)所示结构的化合物；2)使式(2)所示结构的化合物进行水解反应，得到式(3)所示结构的化合物；其中，X为卤素。本发明提供的方法具有步骤简单、操作方便、反应时间短，三废量低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及除草剂领域，具体涉及一种喹草酸化合物的制备方法。
背景技术
喹草酸(CAS NO.90717-03-6)是一种选择性除草剂，用于禾谷类、油菜和甜菜田等作物芽前和芽后防除猪殃殃、婆婆纳和其他杂草。伞型科作物对其非常敏感。作用机理为：喹啉羧酸类激素型选择性除草剂，可被植物的根和叶吸收，向顶和向基转移。现有的文献报道中，主要通过7-氯-2,8-二甲基喹啉制备得到的。例如，US4957608A中公开了：将7-氯-2,8-二甲基喹啉先与N-溴代琥珀酰亚胺溴化，得到8-(溴甲基)-7-氯-3-甲基喹啉，然后用硝酸/硫酸氧化，得到喹草酸；US5006609A中公开了：在70％的硫酸体系下，采用重金属盐催化，用硝酸氧化7-氯-2,8-二甲基喹啉，得到喹草酸。但上述以7-氯-2,8-二甲基喹啉为底物，在硫酸体系下，用硝酸进行氧化制备喹草酸的过程中，存在下述问题：1)反应条件剧烈，且强酸、高温对设备腐蚀性强；2)氧化时间长(大于15小时)，否则两个甲基的选择性较低，而且后期容易过氧化，产能较低；3)硝酸氧化过程中有大量的氮氧化物废气产生，在生产中对尾气吸收设备要求较高。
因此，急需提供一种步骤简单、操作方便、反应时间短、三废量低的喹草酸制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的操作复杂、反应时间长、三废量较高等问题，提供一种喹草酸化合物的制备方法，该方法步骤简单、操作方便、反应时间短且三废量低。
为了实现上述目的，本发明提供一种喹草酸化合物的制备方法，该喹草酸化合物的结构如式(3)所示，该方法包括以下步骤，
1)使式(1)所示结构的化合物与异丁烯醛进行环合反应，得到式(2)所示结构的化合物；
2)使式(2)所示结构的化合物进行水解反应，得到式(3)所示结构的化合物；
其中，X为卤素。
优选地，X为F、Cl或Br。
优选地，步骤1)中，所述环合反应在硫酸体系中进行。
优选地，所述硫酸体系中，硫酸的浓度为50-98wt％。
优选地，所述式(1)所示结构的化合物与硫酸的摩尔比为1:(0.2-15)。
优选地，步骤1)中，以硝基苯为溶剂，所述式(1)所示结构的化合物与硝基苯的质量比为1:(0.1-10)。
优选地，步骤1)中，所述环合反应在催化剂存在下进行。
优选地，所述催化剂为硫酸亚铁或碘化物。
优选地，步骤1)中，所述催化剂为硫酸亚铁时，所述式(1)所示结构的化合物与所述硫酸亚铁的摩尔比为1:(0.01-5)。
优选地，所述催化剂为碘化物时，所述式(1)所示结构的化合物与所述碘化物的摩尔比为1:(0.005-1)。
优选地，步骤1)中，所述式(1)所示结构的化合物与异丁烯醛的摩尔比为1:(0.8-10)。
优选地，步骤1)中，所述环合反应的条件包括：反应温度为50-150℃，反应时间为1-8小时。
优选地，步骤2)中，所述水解在酸存在下进行。
优选地，所述酸为硫酸。优选地，步骤2)中，所述水解的条件包括：水解温度为70-170℃，水解时间为1-10小时。
根据本发明的方法，通过以式(1)所示结构化合物为起始原料，通过与异丁烯醛进行环合反应后水解，制得喹草酸化合物，该方法步骤简单、操作方便、反应时间短且三废量低。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种喹草酸化合物的制备方法，该喹草酸化合物的结构如式(3)所示，该方法包括以下步骤，
1)使式(1)所示结构的化合物与异丁烯醛进行环合反应，得到式(2)所示结构的化合物；
2)使式(2)所示结构的化合物进行水解反应，得到式(3)所示结构的化合物；
其中，X为卤素。
下面对各步骤进行说明。
步骤1)：环合反应
根据本发明，优选地，式(1)中，X为F、Cl或Br；更优选地，式(1)中，X为Cl。
作为式(1)所述结构的化合物优选为下述式(1-1)所示结构的化合物，
根据本发明，优选地，所述环合反应在硫酸体系中进行。
优选地，所述硫酸体系中，硫酸的浓度为50-98wt％，更优选为70-90wt％。
根据本发明，优选地，所述式(1)所示结构的化合物与硫酸的摩尔比为1:(0.2-15)，更优选为1:(2-5)。
根据本发明，优选地，以硝基苯为溶剂，所述式(1)所示结构的化合物与硝基苯的质量比为1:(0.1-10)，更优选为1:(2-5)。
根据本发明，优选地，所述环合反应在催化剂存在下进行。
对于上述催化剂没有特别的限定，优选地，所述催化剂为硫酸亚铁或碘化物。
优选地，所述催化剂为硫酸亚铁时，所述式(1)所示结构的化合物与所述硫酸亚铁的摩尔比为1:(0.01-5)，更优选为1:(0.05-0.5)。
优选地，所述催化剂为碘化物时，所述式(1)所示结构的化合物与所述碘化物的摩尔比为1:(0.005-1)，更优选为1:(0.01-0.1)。
上述碘化物可以为碘化钾、碘化钠或碘化铯。
根据本发明，优选地，所述式(1)所示结构的化合物与异丁烯醛的摩尔比为1:(0.8-10)，更优选为1:(1-3)。
根据本发明，优选地，所述环合反应的条件包括：反应温度为50-150℃，反应时间为1-8小时；更优选地，反应温度为70-110℃，反应时间为2-4小时。
根据本发明，对步骤1)反应的后处理没有特别的限定，当完成环合反应后，可不必分离，直接进行升温水解得到目标产物，从而简化了操作步骤。
步骤2)：水解反应
根据本发明，优选地，式(2)中，X为F、Cl或Br；更优选地，式(2)中，X为Cl。
作为式(2)所述结构的化合物优选为下述式(2-1)所示结构的化合物，作为式(3)所述结构的化合物优选为下述式(3-1)所示结构的化合物，
根据本发明，优选地，步骤2)中，所述水解在酸存在下进行。所述酸例如可以为硫酸或磷酸，优选为硫酸。
根据本发明，具体地，氰基在酸体系下(优选为硫酸体系下)，首先水解成酰胺，再进一步水解成羧基，得到式(3)所示结构的化合物。
根据本发明，优选地，所述水解的条件包括：水解温度为70-170℃，水解时间为1-10小时；更优选地，所述水解的条件包括：水解温度为120-145℃，水解时间为5-8小时。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，以下实施例中，化合物的含量采用高效液相色谱法(HPLC)测定。在没有特别说明的情况下，所使用的各种试剂均来自商购。
本发明中所使用的核磁共振仪的型号为BRUKER AVANCE III 500MHz。
实施例1
1)合成式(2-1)所示结构的化合物
在四口反应瓶内加入式(1-1)所示结构的化合物(2-氨基-6-氯苯腈)(0.15mol，26g)、浓硫酸(0.3mol，30g)、水(0.41mol，7.5g)、硝基苯(0.84mol，104g)、硫酸亚铁(0.008mol，1.16g)，在80℃下滴加异丁烯醛(0.18mol，13.3g)，1小时滴完。滴完后保温搅拌反应1小时后，用HPLC检测(至2-氨基-6-氯苯腈归一面积<1％后停止反应)。将反应液pH值调至7，抽滤，固体经柱层析分离，得到式(2-1)所示结构的化合物(7-氯-3-甲基-8-氰基喹啉)27.7g，收率为89.3％。
1H-NMR(500Hz，d6-DMSO)：δ2.53(m，3H)，7.88(d，1H)，8.29(d，1H)，δ8.35(d，1H)，δ8.99(d，1H)。
LC-MS：M/Z＝203(M+H)+，203(M+H)+，244(M+Na+H2O)+，427(2M+Na)+。
2)制备式(3-1)所示结构的化合物
在四口反应瓶内加入式(2-1)所示结构的化合物(0.01mol，2g)，浓硫酸(0.03mol，2.87g)，水(0.036mol，0.6g)，升温至125℃，保温反应5小时后，用HPLC检测(至7-氯-3-甲基-8-氰基喹啉归一面积<0.5％时停止反应)，降温至50℃，将反应液的pH值调至3.5，抽滤，固体经柱层析分离，得到式(3-1)所示结构的化合物(7-氯-3-甲基-8-喹啉羧酸)1.76g，收率为81.3％。
1H-NMR(500Hz，d6-DMSO)：δ2.62(CDCl3，s，3H)，7.66(d，1H)，7.99(d，1H)，δ8.23(s，1H)，δ8.84(d，1H)，δ13.60(s，1H)。
LC-MS：M/Z＝222(M+H)+，244(M+H)+，465(2M+Na)+。
实施例2
在四口反应瓶内加入2-氨基-6-氯苯腈(0.065mol，10g)、浓硫酸(0.30mol，30g)、水(0.35mol，6.3g)、硝基苯(0.32mol，40g)、硫酸亚铁(0.006mol，0.9g)，在80℃下滴加异丁烯醛(0.13mol，9.5g)，2小时滴完。滴完后保温搅拌反应1小时后，用HPLC检测(至2-氨基-6-氯苯腈归一面积<1％)后，升温至125℃，保温反应6小时，用HPLC检测(至7-氯-3-甲基-8-氰基喹啉归一面积<0.5％时停止反应)，降温至50℃，将反应液pH值调至3.5，抽滤，滤饼用50g60wt％的DMF水溶液升温至100℃重结晶，得到7-氯-3-甲基-8-氰基喹啉11.7g，收率为80.1％。
实施例3
在四口反应瓶内加入2-氨基-6-氯苯腈(0.065mol，10g)、浓硫酸(0.30mol，30g)、水(0.35mol，6.3g)、碘化钾(0.001mol，0.17g)，在80℃下滴加异丁烯醛(0.13mol，9.5g)，1小时滴完。滴完后保温搅拌反应1小时后，升温至125℃，保温反应8小时后，用HPLC检测(至7-氯-3-甲基-8-氰基喹啉归一面积<0.5％时停止反应)，降温至50℃，将反应液的pH值调至3.5，抽滤，滤饼用50g 60wt％的DMF水溶液重结晶，得到7-氯-3-甲基-8-氰基喹啉7.46g，收率为54.2％。
对比例
参考文献US5006659A的制备方法。在反应瓶内加入3-氯-2-甲基苯胺(0.15mol，21.5g)，浓硫酸(0.64mol，64.5g)，水(1.43mol，25.8g)，碘化钾(0.002mol，0.27g)，在120℃下滴加异丁烯醛(0.25mol，18.1g)，1小时滴加完。滴完后保温反应1小时后，负压往体系内通空气脱水，升温至140℃；加入五氧化二钒(0.001mol，0.18g)，醋酸钴(0.0004mol，0.1g)，开始滴加65wt％的硝酸(1.05mol，102g)，18小时滴加完毕。滴完后降温，将反应液的pH调至12，抽滤，滤液调pH至3.5，抽滤，滤饼用100g 60wt％的DMF水溶液重结晶，得到喹草酸16.7g，收率为49.1％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种喹草酸化合物的制备方法，该喹草酸化合物的结构如式(3)所示，其特征在于，该方法包括以下步骤，
1)使式(1)所示结构的化合物与异丁烯醛进行环合反应，得到式(2)所示结构的化合物；
2)使式(2)所示结构的化合物进行水解反应，得到式(3)所示结构的化合物；
式中，X为卤素。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，X为F、Cl或Br。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1)中，所述环合反应在硫酸体系中进行；
优选地，所述硫酸体系中，硫酸的浓度为50-98wt％；
优选地，所述式(1)所示结构的化合物与硫酸的摩尔比为1:(0.2-15)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1)中，以硝基苯为溶剂，所述式(1)所示结构的化合物与硝基苯的质量比为1:(0.1-10)。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，步骤1)中，所述环合反应在催化剂存在下进行；
优选地，所述催化剂为硫酸亚铁或碘化物。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤1)中，所述催化剂为硫酸亚铁时，所述式(1)所示结构的化合物与所述硫酸亚铁的摩尔比为1:(0.01-5)；
优选地，所述催化剂为碘化物时，所述式(1)所示结构的化合物与所述碘化物的摩尔比为1:(0.005-1)。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，步骤1)中，所述式(1)所示结构的化合物与异丁烯醛的摩尔比为1:(0.8-10)。
8.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，步骤1)中，所述环合反应的条件包括：反应温度为50-150℃，反应时间为1-8小时。
9.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，步骤2)中，所述水解在酸存在下进行；
优选地，所述酸为硫酸。
10.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，步骤2)中，所述水解的条件包括：水解温度为70-170℃，水解时间为1-10小时。
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| US4845226A (en) * | 1987-02-03 | 1989-07-04 | Basf Aktiengesellschaft | Preparation of 8-bromomethyl-3-methylquinoline compounds |
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