一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的制备方法
阅读说明：本技术 一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的制备方法 (Preparation method of 3- (2-methyl-6-nitrophenyl) -4, 5-dihydroisoxazole ) 是由 虞孝云 刘双瑾 席树文 许向飞 罗先福 谢小国 吴迪 谭胜辉 李建华 游丹 尹红 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的制备方法,包括将2-甲基-6-硝基苯甲醛肟和乙烯在氧化剂的作用下发生一锅法反应；所述氧化剂为锰基氧化物。本发明的制备方法,由于调整了制备原料,能够实现一锅法反应,避免了传统制备方法中生成中间产物2-甲基-6-硝基苯甲酰氯肟带来的安全隐患。(The invention discloses a preparation method of 3- (2-methyl-6-nitrophenyl) -4, 5-dihydroisoxazole, which comprises the steps of carrying out one-pot reaction on 2-methyl-6-nitrobenzaldehyde oxime and ethylene under the action of an oxidant; the oxidant is a manganese-based oxide. According to the preparation method, the preparation raw materials are adjusted, so that the one-pot reaction can be realized, and the potential safety hazard caused by the generation of the intermediate product 2-methyl-6-nitrobenzoyl chloride oxime in the traditional preparation method is avoided.)
技术领域
本发明属于有机化合物合成技术领域，具体涉及一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的制备方法。
背景技术
3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的分子结构式如下：
是合成苯唑草酮的重要中间体。苯唑草酮是吡唑啉酮类化合物中的第一个有效成分，常作为芽后除草剂用于防除玉米田中的禾本科杂草和阔叶杂草，商品名称有Convey、Impact、Clio、苞卫等。其中苞卫登记的用于作物范围为各种类型的玉米，包括常规玉米、甜玉米、制种玉米和爆裂玉米等，是目前所有玉米田除草剂中安全性最高的一个。而研究3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的制备方法是进一步扩展苯唑草酮应用范围的重要一环。
现有的3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的合成方法，大多是以2-甲基-6-硝基苯甲醛肟为原料，经氯化后加缚酸剂、通入乙烯反应制得：
关于上述合成方法，研究热点主要集中在氯化试剂、氯化反应溶剂、缚酸剂、环合溶剂和环合反应压力的开发和选择上。然而，该方法中氯化反应为危险反应，生成的中间体2-甲基-6-硝基苯甲酰氯肟性质不稳定，遇热易爆炸，脱溶剂时存在安全隐患。
随着对安全和环境保护要求的不断提高，以及市场上对苯唑草酮需求的不断增加，有必要开发新的3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑生产工艺，提升企业作业的安全性、生产的经济性和社会效益。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的制备方法，由于调整了制备原料，能够实现一锅法反应，避免了传统制备方法中生成中间产物2-甲基-6-硝基苯甲酰氯肟带来的安全隐患。
根据本发明的一个方面，提出了一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的制备方法，包括将2-甲基-6-硝基苯甲醛肟和乙烯在氧化剂的作用下发生一锅法反应；
所述氧化剂为锰基氧化物。
根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
(1)锰基氧化物在有机合成中可作为温和的氧化剂，主要用于醇类化合物、甲苯类化合物氧化制备醛酮类化合物；而生产上用于制备3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的氧化剂常具有非常高的活性，例如过氧化氢等；
本发明采用锰基氧化物作为2-甲基-6-硝基苯甲醛肟一锅法合成3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的氧化剂，过程中锰基氧化物可有效将2-甲基-6-硝基苯甲醛肟分子中的醛肟结构氧化为腈氧结构，生成的中间态腈氧化合物立即与乙烯发生1,3-偶极环加成反应得到3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑，且产物在锰基氧化物存在下稳定性良好。
(2)本发明提供的制备方法从设计反应路径着手，对3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的反应过程进行了根本性地改进，避免了使用污染环境的氯化试剂、避免了危险的氯化反应工艺、避免了生成遇热易爆炸的氯化中间体2-甲基-6-硝基苯甲酰氯肟，还避免了使用稳定性差的氧化物，因此从本质上实现了安全生产。
(3)本发明提供的制备方法，3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的收率高达88.5％～92.3％(液相色谱，外标)；含量高达98.0％～99.2％(液相色谱，外标)。
(4)本发明提供的制备方法使用的原料和溶剂均便宜易得，工艺简单，有利于工业化生产。
在本发明的一些实施方式中，所述2-甲基-6-硝基苯甲醛肟来自实验室自制，具体制备方法参考专利US20030216580中的实施例1。
在本发明的一些实施方式中，所述一锅法反应的反应式如下：
在本发明的一些实施方式中，所述一锅法反应的温度为20℃～80℃。
在本发明的一些实施方式中，所述一锅法反应的时间为2h～10h。
在本发明的一些实施方式中，所述一锅法反应的压力约为3.0MPa。
所述乙烯，除作为反应物外，还兼具保证所述一锅法反应压力、充当保护气体的作用。
在本发明的一些实施方式中，所述锰基氧化物包括二氧化锰和金属掺杂二氧化锰中的至少一种。
当所述氧化剂为所述金属掺杂二氧化锰时，在适宜的反应条件下2-甲基-6-硝基苯甲醛肟一锅法反应合成3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的收率大于等于以所述二氧化锰为氧化剂的收率。
在本发明的一些实施方式中，所述金属掺杂二氧化锰中的掺杂金属为铁、钴、镍、铜和银中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述金属掺杂二氧化锰中，的掺杂金属物质的量占所述金属掺杂二氧化锰的物质的量的0.1％～5％。
在本发明的一些实施方式中，所述2-甲基-6-硝基苯甲醛肟与所述氧化剂的摩尔比为1∶2～6。
在本发明的一些实施方式中，所述一锅法反应在有机溶剂中进行。
在本发明的一些实施方式中，所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、氯苯和邻二氯苯中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述有机溶剂与所述2-甲基-6-硝基苯甲醛肟的质量比为2～8∶1。
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法还包括在所述一锅法反应后纯化所得3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑。
在本发明的一些实施方式中，所述纯化包括依次进行的脱溶剂和重结晶。
在本发明的一些实施方式中，所述脱溶剂，包括滤除固体杂质后，对滤液进行蒸馏。
在本发明的一些实施方式中，所述蒸馏为常压蒸馏或减压蒸馏中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述重结晶，方法为向所述脱溶剂所得体系中添加甲醇。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备了一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑，具体过程为：
S1.向1000mL高压釜中依次加入54.6g(99％，0.3mol)2-甲基-6-硝基苯甲醛肟、52.2g二氧化锰和218.4g二氯甲烷，通乙烯至压力3.0MPa，加热至50℃后保温反应6h，反应过程中持续补充乙烯，保持压力3.0MPa；
S2.反应结束后，将反应产物进行过滤，滤液减压脱除溶剂后加入甲醇进行重结晶，得56.5g褐色颗粒状固体。
实施例2
本实施例制备了一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑，具体过程为：
S1.向1000mL高压釜中依次加入54.6g(99％，0.3mol)2-甲基-6-硝基苯甲醛肟、65g 3％铁离子掺杂二氧化锰和273g三氯甲烷，通乙烯至压力3.0MPa，加热至20℃后保温反应10h，反应过程中持续补充乙烯，保持压力3.0MPa；
S2.反应结束后，将反应产物进行过滤，滤液减压脱除溶剂后加入甲醇进行重结晶，得55.7g褐色颗粒状固体。
实施例3
本实施例制备了一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑，具体过程为：
S1.向1000mL高压釜中依次加入54.6g(99％，0.3mol)2-甲基-6-硝基苯甲醛肟、80.8g 2％钴离子掺杂二氧化锰和109.2g四氯化碳，通乙烯至压力3.0MPa，加热至45℃后保温反应6h，反应过程中持续补充乙烯，保持压力3.0MPa；
S2.反应结束后，将反应产物进行过滤，滤液减压脱除溶剂后加入甲醇进行重结晶，得57g褐色颗粒状固体。
实施例4
本实施例制备了一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑，具体过程为：
S1.向1000mL高压釜中依次加入54.6g(99％，0.3mol)2-甲基-6-硝基苯甲醛肟、90.5g 1％镍离子掺杂二氧化锰和436.8g 1,2-二氯乙烷，通乙烯至压力3.0MPa，加热至40℃后保温反应7h，反应过程中持续补充乙烯，保持压力3.0MPa；
S2.反应结束后，将反应产物进行过滤，滤液减压脱除溶剂后加入甲醇进行重结晶，得56.5g褐色颗粒状固体。
实施例5
本实施例制备了一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑，具体过程为：
S1.向1000mL高压釜中依次加入54.6g(99％，0.3mol)2-甲基-6-硝基苯甲醛肟、105g 0.1％铜离子掺杂二氧化锰和109.2g氯苯，通乙烯至压力3.0MPa，控温30℃保温反应8h，反应过程中持续补充乙烯，保持压力3.0MPa；
S2.反应结束后，将反应产物进行过滤，滤液减压脱除溶剂后加入甲醇进行重结晶，得56.7g褐色颗粒状固体。
实施例6
本实施例制备了一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑，具体过程为：
S1.向1000mL高压釜中依次加入54.6g(99％，0.3mol)2-甲基-6-硝基苯甲醛肟、135g 5％银离子掺杂二氧化锰和163.8g邻二氯苯，通乙烯至压力3.0MPa，加热至80℃后保温反应2h，反应过程中持续补充乙烯，保持压力3.0MPa；
S2.反应结束后，将反应产物进行过滤，滤液减压脱除溶剂后加入甲醇进行重结晶，得55.9g褐色颗粒状固体。
实施例7
本实施例制备了一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑，具体过程为：
S1.向1000mL高压釜中依次加入54.6g(99％，0.3mol)2-甲基-6-硝基苯甲醛肟、156.5g 2％钴离子掺杂二氧化锰和327.6g 1,2-二氯乙烷，通乙烯至压力3.0MPa，加热至60℃后保温反应4h，反应过程中持续补充乙烯，保持压力3.0MPa；
S2.反应结束后，将反应产物进行过滤，滤液减压脱除溶剂后加入甲醇进行重结晶，得57.9g褐色颗粒状固体。
实施例8
本实施例制备了一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑，具体过程为：
S1.向1000mL高压釜中依次加入54.6g(99％，0.3mol)2-甲基-6-硝基苯甲醛肟、52.2g 2％钴离子掺杂二氧化锰和218.4g二氯甲烷，通乙烯至压力3.0MPa，加热至50℃后保温反应6h，反应过程中持续补充乙烯，保持压力3.0MPa；
S2.反应结束后，将反应产物进行过滤，滤液减压脱除溶剂后加入甲醇进行重结晶，得56.7g褐色颗粒状固体。
实施例9
本实施例制备了一种3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑，具体过程为：
S1.向1000mL高压釜中依次加入54.6g(99％，0.3mol)2-甲基-6-硝基苯甲醛肟、92.6g 2％钴离子掺杂二氧化锰和218.4g二氯甲烷，通乙烯至压力3.0MPa，加热至50℃后保温反应6h，反应过程中持续补充乙烯，保持压力3.0MPa；
S2.反应结束后，将反应产物进行过滤，滤液减压脱除溶剂后加入甲醇进行重结晶，得57.6g褐色颗粒状固体。
试验例
本试验例测试了各实施例所得固体的基本性质，具体如下：
熔点(m.p.)：102.6～103.3℃；
液相色谱-质谱(LC-MS)：207.0[M+1]，208.0[M+2]；
核磁：1H-NMR(CDCl3，300M)δ：2.40(s，3H，CH3)，3.32(t，2H，CH2)，4.60(t，2H，CH2O)，7.55(t，1H，Ar-H)，7.58(d，1H，Ar-H)，8.00(d，1H，Ar-H)；
根据计算，3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的摩尔质量为206g/mol，结合207.0[M+1]，208.0[M+2]的结果以及核磁和结果可知，本发明实施例1～9确实合成了3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑。
采用液相色谱外标法，还获取了实施例所得固体中3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的质量百分含量，其测试结果及根据该含量计算得到收率结果如表1所示。
其中收率的计算方法为：所得固体质量与其中3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑质量含量的乘积，除以理论产量；例如，实施例1中，乙烯持续过量，理论上0.3mol2-甲基-6-硝基苯甲醛肟完全反应生成0.3mol 3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑(摩尔质量为206g/mol)，因此理论产量为61.8g；3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑的产量为56.5×98.9％/61.8≈90.4％。
表1实施例所得固体的相关信息
表1结果显示，本发明提供的制备方法，确可通过温和的方法制备得到3-(2-甲基-6-硝基苯基)-4,5-二氢异噁唑，且产品纯度高达99.2％，收率高达92.3％。
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
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