除草劑炔草酯的合成

除草劑炔草酯的合成

苯氧羧酸銨是一種丙烯?；福╟e）激酶抑制劑。20世紀(jì)50年代開(kāi)始應(yīng)用于生產(chǎn)。由于其價(jià)格低廉、雜草速度快、雜草光譜寬、殘留少等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。廣泛用于小麥、玉米和水稻地的闊葉雜草。炔草酯(chodinafop-propargyl)是CibaGeigy公司于1981年開(kāi)發(fā)的苯氧丙酸酯類除草劑,商品名為頂尖(Topic),化學(xué)名為(R)-2-[4-(5-氯-3-氟-2-吡啶氧基)丙酸炔丙酯。炔草酯屬內(nèi)吸傳導(dǎo)性除草劑,能有效防除鼠尾看麥娘、燕麥、黑麥草、普通早熟禾、狗尾草等。與其他的苯氧丙酸類除草劑類似工藝,合成炔草酯有多條路線,如Rolf等采用傳統(tǒng)工藝路線,以對(duì)苯二酚為原料,首先與5-氯-2,3-二氟吡啶單醚化反應(yīng),為了使單醚化選擇性提高,于是增加了對(duì)苯二酚配比,未反應(yīng)的對(duì)苯二酚分離相當(dāng)麻煩,影響產(chǎn)品質(zhì)量。該工藝路線長(zhǎng),產(chǎn)品提純困難,使用溶劑種類多,總收率低,經(jīng)濟(jì)上不合理。Gottfried等在上述工作的基礎(chǔ)上采用(S)-2-氯丙酸與對(duì)苯二酚反應(yīng)的產(chǎn)物(R)-2-(對(duì)羥基苯氧基)丙酸為原料,首先與5-氯-2,3-二氟吡啶醚化,不分離的情況下再與氯丙炔反應(yīng)得到炔草酯,經(jīng)結(jié)晶后產(chǎn)品含量達(dá)97%~98%,總收率達(dá)85%。筆者即以他們的工作為基礎(chǔ),以(S)-2-氯丙酸為起始原料,著重研究了催化劑在反應(yīng)工藝中的作用。通過(guò)比較聚乙二醇4000和四丁基溴化銨在R(+)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸合成中的催化效果,發(fā)現(xiàn)聚乙二醇4000的催化效果要好于四丁基溴化銨;在合成目標(biāo)物炔草酯的反應(yīng)中,選擇CuCl2為催化劑,產(chǎn)品收率和質(zhì)量明顯優(yōu)于文獻(xiàn),產(chǎn)品總收率達(dá)86%[以(S)-2-氯丙酸計(jì)],質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)98%,合成路線如下:1實(shí)驗(yàn)部分1.1甲基硅烷gc-ms儀器:X-4數(shù)字顯示顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)定,溫度未校正;BrukerAvanceDMX500,氘代氯仿作溶劑,四甲基硅烷作內(nèi)標(biāo);ThermoQuestTrace2000GC/MS;NicoletNexus-670FTIR;液相色譜Agilent1100和氣相色譜GC-900A。試劑:對(duì)苯二酚、氯代丙炔和(S)-2-氯丙酸為工業(yè)品(純度99%),5-氯-2,3-二氟吡啶(99%,進(jìn)口樣品),其余試劑市售。1.2合成工藝1.2.1聚乙二醇玉米醇向裝有排空冷凝器、溫度計(jì)、攪拌棒的1000mL四口燒瓶中加入對(duì)苯二酚55g(0.5mol)、(S)-2-氯丙酸54.3g(0.5mol)、63.6g(0.6mol)K2CO3和2g聚乙二醇4000(macrogol4000),水400mL。裝好充氮管,向反應(yīng)瓶?jī)?nèi)沖入1L/min流速的氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)。在60℃攪拌反應(yīng)3h,反應(yīng)畢,冷卻至室溫,緩慢滴加稀鹽酸至酸性(pH值為2),這時(shí)有大量固體析出,過(guò)濾,濾餅用飽和食鹽水洗滌,得到白色固體(3)88.4g,經(jīng)液相檢測(cè),質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.4%,收率為97%。1.2.2炔草酯的合成向裝有排空冷凝器、溫度計(jì)、攪拌棒的1000mL四口燒瓶中加入46.54g(0.255mol)(R)-2-(對(duì)羥基苯氧基)丙酸和200mL甲苯,裝好充氮管,向反應(yīng)瓶?jī)?nèi)沖入1L/min流速的氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù),攪拌下再加入13.8g(0.13mol)Na2CO3,升溫至80℃下反應(yīng)3h。加入37.2gNa2CO3(0.35mol)和1gCuCl2,在75℃下滴加36.9g(0.25mol)5-氯-2,3-二氟吡啶,滴加時(shí)間0.5h,滴加畢,再在70~75℃下反應(yīng)12h。關(guān)閉N2保護(hù)裝置,然后緩慢滴加22g(0.3mol)氯丙炔和100mL甲苯配制的溶液,滴加時(shí)間1h,保溫反應(yīng)3h。反應(yīng)畢,降溫至35℃過(guò)濾,濾餅用100mL甲苯分批洗滌,濾餅為NaCl及Na2CO3鹽。向有機(jī)相加入100mL水?dāng)嚢?.5h,分出水相,有機(jī)相中加入活性炭5g,加熱回流脫色2h,降溫到室溫過(guò)濾,濾餅用少量甲苯洗滌,濾液在旋臺(tái)式真空泵脫去溶劑甲苯,得到炔草酯粗品,然后用100mL甲醇/水(體積比5∶2)重結(jié)晶,結(jié)晶固體在20℃下真空干燥,得到化合物(1)76.9g,經(jīng)液譜和GC測(cè)定,質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.2%,收率為86.3%[以(S)-2-氯丙酸計(jì)],m.p.58~59℃(文獻(xiàn)值m.p.59.5℃)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)經(jīng)質(zhì)譜、1HNMR、紅外光譜和元素分析確證。(e+f)-H),7.09(m,2H,(c+d)-H),7.51(d,J=2.3Hz,1H,b-H),7.87(d,J=2.3Hz,1H,a-H);IR(KBr)v/cm-1:3294(炔氫伸縮振動(dòng)),3072~2941(烷基上CH伸縮振動(dòng)),1761(C=O伸縮振動(dòng)),1597、1578(C=N伸縮振動(dòng)),1504、1450(芳烴C=C伸縮振動(dòng)),1203(C-F伸縮振動(dòng)),845(C-O-C不對(duì)成伸縮振動(dòng));EI-MS(m/z):349(M.+),266,238,278,222,130,39;Anal.CalcdforC17H13ClFNO4:C58.38,H3.75,N4.00;foundC58.27,H3.72,N3.98。2結(jié)果與討論2.1催化劑和反應(yīng)溫度對(duì)r+-2-4-羥基苯氧基丙酸合成的影響在R(+)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸的合成中,(S)-2-氯代丙酸與對(duì)苯二酚進(jìn)行典型的SN2反應(yīng)發(fā)生單取代合成R(+)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸,著重研究了催化劑和反應(yīng)溫度對(duì)R(+)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸合成反應(yīng)的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn):當(dāng)使用催化劑和較低的反應(yīng)溫度時(shí),Williamson醚化反應(yīng)比較順利,R(+)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸的收率和質(zhì)量分?jǐn)?shù)都較高。說(shuō)明相轉(zhuǎn)移催化劑在Williamson醚化反應(yīng)中的重要性,而原料對(duì)苯二酚在較高溫度穩(wěn)定下較差,所以低溫反應(yīng)有利于反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提高。2.2尹草酯1的合成優(yōu)化2.2.1可擴(kuò)張型分布在ir和ei-ms譜圖上的分子離子峰炔草酯1:炔草酯化學(xué)結(jié)構(gòu)各個(gè)氫化學(xué)位移在1HNMR譜圖中比較規(guī)范,只有(g-H)和(i-H)的化學(xué)位移均為4.78左右,出現(xiàn)的重合。在IR譜圖中,羰基峰的伸縮振動(dòng)峰出現(xiàn)在1761cm-1,吡啶環(huán)中的C=N伸縮振動(dòng)峰出現(xiàn)在1597、1578cm-1兩個(gè)位置,芳烴C=C伸縮振動(dòng)峰出現(xiàn)在1504、1450cm-1兩個(gè)位置。C-F伸縮振動(dòng)峰出現(xiàn)在1203cm-1位置。在EI-MS譜圖中,349是分子離子峰;質(zhì)譜圖中的基峰為39,碎片離子結(jié)構(gòu)是+CH2-CCH。2.2.2-氯-2,3-二氟吡啶的轉(zhuǎn)化反應(yīng)考慮到從中間體(3)到炔草酯的合成是“一鍋法”工藝,而5-氯-2,3-二氟吡啶的價(jià)格比較昂貴,因此重點(diǎn)考慮了影響5-氯-2,3-二氟吡啶的轉(zhuǎn)化率及反應(yīng)溶劑對(duì)工藝的影響。5-氯-2,3-二氟吡啶的轉(zhuǎn)化反應(yīng)涉及到Ullmann反應(yīng),通過(guò)使用催化劑CuCl2,并進(jìn)行薄層色譜跟蹤發(fā)現(xiàn)5-氯-2,3-二氟吡啶的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了100%,而不使用CuCl2,5-氯-2,3-二氟吡啶的轉(zhuǎn)化率僅能達(dá)到85%左右。在反應(yīng)溶劑的選擇上,比較了DMSO、DMF、甲苯、二甲苯、氯苯等溶劑,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn):選擇的溶劑極性高時(shí),炔草酯的收率較高,溶劑的沸點(diǎn)較高時(shí),又影響了炔草酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù),因此采用甲苯為反應(yīng)溶劑,使炔草酯唑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和反應(yīng)收率都比較滿意。3b-2-4-羥基苯氧基丙酸和炔草酯的合成在中間體R(+)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸的合成中,用(S)-2-氯代丙酸與對(duì)苯二酚進(jìn)行典型的SN2反應(yīng)發(fā)生單取代合成R(+)-2-(4-羥基苯氧基