一种制备三酮类除草剂的方法
阅读说明：本技术 一种制备三酮类除草剂的方法 (Method for preparing triketone herbicide ) 是由 于海波 吴长春 吴鸿飞 徐利保 郭春晓 徐靖博 程学明 董燕 孙宁宁 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明属于有机合成领域,具体涉及一种制备三酮类除草剂的方法。以取代苯甲酸为原料经酰氯化、酯化反应后获得酰化反应体系,再经重排反应制得三酮类除草剂,其特征在于：所述重排反应是在酰化反应体系中加入重排催化剂,于0℃-50℃,保温反应0.5-12小时,即得三酮类除草剂；本发明方法避免了使用剧毒的丙酮氰醇催化剂,反应温度较低,反应时间短,溶剂可循环套用,制备三酮类除草剂产品的总收率可达90％,含量为98％,且此工艺安全环保,三废量小,宜于工业化生产。(The invention belongs to the field of organic synthesis, and particularly relates to a method for preparing triketone herbicides. Substituted benzoic acid is taken as a raw material, an acylation reaction system is obtained after acyl chlorination and esterification reaction, and the triketone herbicide is prepared through rearrangement reaction, and the method is characterized in that: the rearrangement reaction is to add a rearrangement catalyst into an acylation reaction system, and carry out heat preservation reaction for 0.5 to 12 hours at the temperature of between 0 and 50 ℃ to obtain the triketone herbicide; the method avoids using a virulent acetone cyanohydrin catalyst, has lower reaction temperature, short reaction time and recyclable solvent, ensures that the total yield of the triketone herbicide product can reach 90 percent and the content is 98 percent, has safe and environment-friendly process and small three wastes, and is suitable for industrial production.)
技术领域
本发明属于有机合成领域，具体涉及一种制备三酮类除草剂的方法。
背景技术
三酮类除草剂是一类被广泛应用的高效、广谱、安全除草剂。
US 4921526公开了由烯醇酯在丙酮氰醇催化下转位重排为酰化环状1,3-二酮类除草化合物，即三酮类除草化合物的方法。
WO 94045524、EP 666254、WO 9903845等也公开了在丙酮氰醇重排催化剂的作用下由烯醇酯转位重排为三酮类除草化合物的方法。
由于丙酮氰醇属于剧毒化学品，对于人、畜、环境安全风险极大，亟需研究更安全的重排催化剂来制备三酮类除草剂。
发明内容
本发明的目的在于提供制备三酮类除草剂的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种制备三酮类除草剂的方法，以取代苯甲酸(v)为原料经酰氯化、酯化反应后获得酰化反应体系，再经重排反应制得三酮类除草剂，其特征在于：所述重排反应是在酰化反应体系中加入重排催化剂(式III)，于0℃-50℃，保温反应0.5-12小时，即得三酮类除草剂；
所述，重排催化剂(式III)与原料摩尔比为(0.0005-1):1；其中，式III结构如下，
式中，G选自C1-C6烷基、C1-C6卤代烷基、C3-C6环烷基、未取代的或被下述基团任意取代的苯基和吡啶基，其中，下述基团为卤素、氰基、硝基、C1-C6烷基、卤代C1-C6烷基、C3-C6环烷基、C1-C6烷氧基、卤代C1-C6烷氧基、C1-C6烷氧基亚甲基、卤代C1-C6烷氧基亚甲基、四氢呋喃基C1-C6烷氧基亚甲基、C1-C6烷硫基、卤代C1-C6烷硫基、C1-C6烷基氨基、C1-C6二烷基氨基、C3-C6环烷基氨基、C1-C6烷基磺酰基或C1-C6烷基氨基磺酰基。
优选，所述重排催化剂(式III)式中，G选自G选自C1-C3烷基、C1-C3卤代烷基、环丙烷基、未取代的或被下述基团任意取代的苯基和吡啶基，其中，下述基团为氟、氯、溴、氰基、硝基、C1-C3烷基、卤代C1-C3烷基、环丙烷基、C1-C3烷氧基、卤代C1-C3烷氧基、C1-C3烷氧基亚甲基、卤代C1-C3烷氧基亚甲基、四氢呋喃基C1-C3烷氧基亚甲基、C1-C3烷硫基、卤代C1-C3烷硫基、C1-C3烷基氨基、C1-C3二烷基氨基、环丙烷基氨基、C1-C3烷基磺酰基或C1-C3烷基氨基磺酰基。
在优选，所述重排催化剂(式III)式中，G选自C1-C3烷基、C1-C3卤代烷基、环丙烷基、未取代的或被下述基团任意取代的苯基和吡啶基，其中，下述基团为氟、氯、溴、硝基、C1-C3烷基、卤代C1-C3烷基、C1-C3烷氧基、卤代C1-C3烷氧基、C1-C3烷氧基亚甲基、卤代C1-C3烷氧基亚甲基、四氢呋喃基C1-C3烷氧基亚甲基、C1-C3烷基磺酰基。
进一步优选，所述重排催化剂(式III)式中，G选自甲基、氯甲基、环丙烷基、未取代的或被下述基团任意取代的苯基和吡啶基，其中，下述基团为氟、氯、溴、硝基、甲基、三氟甲基、甲氧基、三氟甲氧基、乙氧基亚甲基、三氟乙氧基亚甲基、四氢呋喃基亚甲基氧基亚甲基、甲磺酰基，
再进一步优选，，所述重排催化剂(式III)式中，G选自甲基、氯甲基、环丙烷基、苯基、3-吡啶基、4-氯苯基、2-甲基苯基、3-甲氧基苯基、4-三氟甲氧基苯基、
更优选，所述重排催化剂(式III)式中，G选自甲基、苯基、2-甲苯基、
最优选，所述重排催化剂(式III)式中，G选自苯基、2-甲苯基。
进一步的说，所述酰化反应体系反应温度于10℃-40℃，反应0.5-10小时。
所述重排反应温度为20℃-40℃，反应时间为0.5-8时；其中，重排催化剂(式III)与原料摩尔比为(0.001-1):1。
所述重排反应温度为25℃-35℃，反应时间为0.5-6时；其中，重排催化剂(式III)与原料摩尔比为(0.005-1):1。
所述重排反应温度为25℃-35℃，反应时间为0.5-5时；其中，重排催化剂(式III)与原料摩尔比为(0.01-1):1。
所述重排反应温度为30℃-35℃，反应时间为0.5-4时；其中，重排催化剂(式III)与原料摩尔比为(0.01-1):1。
将所述酰化反应体系调节温度至室温，加入重排催化剂，再按照重排温度下反应，反应后调节体系pH值至碱性，降温室温静置分层，收集上层料液萃取，收集上层料液调节pH值至酸性，过滤洗涤即为三酮类除草剂。
所述酰化反应体系为以取代苯甲酸(v)为原料经酰氯反应后所带的产物加入溶剂，再加入1,3-环己二酮，在0-10℃之间滴加有机碱，滴加完继续保温反应0.5-1.5小时，得到酰化反应产物取代苯甲酸的烯醇酯。
所述将原料取代苯甲酸(v)加入至溶剂中，升温至50-55℃，滴加氯化亚砜，滴加完继续回流反应1.5-2.5小时，减压蒸出溶剂和过量的氯化亚砜得到通式IV取代苯甲酰氯。
进一步说，制备三酮类除草剂的方法，反应式如下，
1)酰氯化反应式
2)酰化反应式
3)重排反应式
反应式中：
R1选自氯、硝基，优选硝基；
R2选自氢、优选氢、更优选氢；
G选自与上述记载相同。
1)酰氯化反应
将通式V取代苯甲酸溶于溶剂甲苯或1,2-二氯乙烷中，升温至50-55℃，滴加氯化亚砜，滴加完继续回流反应1.5-2.5小时，减压蒸出溶剂和过量的氯化亚砜得到通式IV取代苯甲酰氯。溶剂优选1,2-二氯乙烷。
2)酰化反应
向步骤1)的产物，即通式IV取代苯甲酰氯中加入溶剂甲苯或1,2-二氯乙烷，再加入1,3-环己二酮，在0-10℃之间滴加有机碱三甲胺、三乙胺、二异丙基乙胺、吡啶或4-二甲氨基吡啶，滴加完继续保温反应0.5-1.5小时，得到通式II化合物，即(3-氧代环己-1-烯-1-基)取代苯甲酸酯。溶剂优选1,2-二氯乙烷；有机碱优选自三甲胺、三乙胺、二异丙基乙胺，进一步优选三乙胺。
3)重排反应
向步骤2)酰化反应结束后的反应液中，加入重排催化剂，即通式化合物III。
其中，氯化亚砜与通式V取代苯甲酸的摩尔比为(1-3):1，优选(1-1.5)：1；有机碱与通式V取代苯甲酸的摩尔比为(1-5):1，优选(1-3):1，进一步优选(2-3):1。
上面给出的通式化合物的定义中，汇集所用术语一般代表如下取代基：
卤素：指氟、氯、溴或碘。
烷基：直链或支链烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基或不同的丁基、戊基或己基异构体。
卤代烷基：直链或支链烷基，在这些烷基上的氢原子可部分或全部被卤素所取代，例如氯甲基、二氯甲基、三氯甲基、氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、七氟异丙基等。
环烷基：取代或未取代的环状烷基，例如环丙基、环戊基或环己基；取代基如甲基、卤素等。
未取代表示所有取代基都为氢。
烷氧基：直链或支链烷基，经氧原子键连接到结构上，例如甲氧基、乙氧基、叔丁氧基等。
卤代烷氧基：直链或支链烷氧基，在这些烷氧基上的氢原子可部分或全部被卤素所取代，例如氯甲氧基、二氯甲氧基、三氯甲氧基、氟甲氧基、二氟甲氧基、三氟甲氧基、氯氟甲氧基、三氟乙氧基等。
烷氧基亚甲基：烷基-O-CH2-，例如CH3OCH2-。
卤代烷氧基亚甲基：卤代烷基-O-CH2-，例如CF3CH2OCH2-。
四氢呋喃基烷氧基亚甲基：四氢呋喃基-烷基-O-CH2-，例如
烷硫基：直链或支链烷基，经硫原子键连接到结构上，例如甲硫基、乙硫基等。
卤代烷硫基：直链或支链烷硫基，在这些烷硫基上的氢原子可部分或全部被卤素所取代，例如二氟甲硫基、三氟乙硫基等。
烷基氨基：直链或支链烷基，经氮原子键连接到结构上，例如甲基氨基、乙基氨基、正丙基氨基、异丙基氨基或同分异构的丁基胺。
二烷基氨基：两个相同或不同的直链或支链烷基，经氮原子键连接到结构上，例如二甲基氨基、甲基乙基氨基等。
环烷基氨基：环烷基-NH-，例如环丙氨基。
烷基磺酰基：烷基-S(O)2-，例如甲基磺酰基。
烷基氨基磺酰基：烷基-NH-S(O)2-，例如CH3NH S(O)2-。
与现有技术相比，本发明优点为：
本发明中的转位催化剂克服了丙酮氰醇剧毒品带来的风险，且反应条件温和，收率高。本发明的完成为三酮类除草剂工业化生产提供了一种有效的制备方法。
具体实施方式
以下实施例结果用来进一步说明本发明，但不意味着限制本发明。
各实施例中化合物V取代苯甲酸的制备参考文献US4780127A和CN109678767中的操作进行，或购买市售中间体。
实施例1
1)酰氯化反应4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酰氯的制备：
向干燥的反应瓶中加入4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酸(14.9g，0.06mol)、DMF(0.2g)和1,2-二氯乙烷(80g)，搅拌升温至50-55℃，滴加氯化亚砜(9.4g，0.078mol)，滴完后在回流温度反应2小时，减压蒸出溶剂和过量氯化亚砜，得到4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酰氯15.8g。
2)酰化反应(3-氧代环己-1-烯-1-基)-4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酸酯的制备：
向上述得到的4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酰氯中加入1,2-二氯乙烷(160g)和1,3-环己二酮(7.2g，0.063mol)，控温在2-10℃滴加三乙胺(18.4g，0.18mol)，1.5-2小时滴完，在5-10℃保温0.5小时，得到中间体(3-氧代环己-1-烯-1-基)-4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酸酯。
3)重排反应2-(4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酰)-1,3-环己二酮(硝磺草酮)的制备：
将上述反应液快速升温至25℃，加入重排转位催化剂邻甲基苯甲酰腈(0.2g，1.35mmol)，升温至33-35℃反应4小时。加入水(60g)，滴加20％氢氧化钾溶液至pH＝10～11，室温搅拌0.5小时后静置、分层，下层有机相收集，上层料液加入1,2-二氯乙烷萃取一次，合并有机相待回收溶剂及三乙胺，上层料液加入10％盐酸酸化至pH＝1～2，室温搅拌2小时后过滤，滤饼用水洗涤两次后出料得浅黄色湿品20.6g，40-50℃下烘干得硝磺草酮原药产品18.9g，定量含量98.0％，收率90.9％(以4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酸计)。
实施例2
1)酰氯化反应4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酰氯的制备：
向干燥的反应瓶中加入4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酸(14.9g，0.06mol)、DMF(0.2g)和1,2-二氯乙烷(80g)，搅拌升温至50-55℃，滴加氯化亚砜(14.5g，0.12mol)，滴完后在回流温度反应2小时，减压蒸出溶剂和过量氯化亚砜，得到4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酰氯15.9g。
2)酰化反应(3-氧代环己-1-烯-1-基)-4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酸酯的制备：
向上述得到的4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酰氯中加入1,2-二氯乙烷(160g)和1,3-环己二酮(7.2g，0.063mol)，控温在5-8℃滴加三乙胺(18.4g，0.18mol)，1.5-2小时滴完，在5-8℃保温0.5小时，得到中间体(3-氧代环己-1-烯-1-基)-4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酸酯。
3)重排反应2-(4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酰)-1,3-环己二酮(硝磺草酮)的制备：
将上述反应液快速升温至25℃，加入重排转位催化剂苯甲酰腈(0.2g，1.5mmol)，升温至30-33℃反应3.5小时。加入水(60g)，滴加20％氢氧化钾溶液至pH＝10～11，室温搅拌0.5小时后静置、分层，下层有机相收集，上层料液加入1，2-二氯乙烷萃取一次，合并有机相待回收溶剂及三乙胺，上层料液加入10％盐酸酸化至pH＝1～2，室温搅拌2小时后过滤，滤饼用水洗涤两次后出料得浅黄色湿品20.7g，40-50℃下烘干得硝磺草酮原药产品18.8g，定量含量98.2％，收率90.6％(以4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酸计)。
实施例3
1)酰氯化反应2-氯-4-甲磺酰基苯甲酰氯的制备：
向干燥的反应瓶中加入2-氯-4-甲磺酰基苯甲酸(14.4g，0.06mol)、DMF(0.2g)和1,2-二氯乙烷(80g)，搅拌升温至50-55℃，滴加氯化亚砜(9.4g，0.078mol)，滴完后在回流温度反应2小时，减压蒸出溶剂和过量氯化亚砜，得到2-氯-4-甲磺酰基苯甲酰氯15.2g。
2)酰化反应(3-氧代环己-1-烯-1-基)-2-氯-4-甲磺酰基苯甲酸酯的制备：
向上述得到的2-氯-4-甲磺酰基苯甲酰氯中加入1,2-二氯乙烷(160g)和1,3-环己二酮(7.2g，0.063mol)，控温在2-10℃滴加三乙胺(18.4g，0.18mol)，1.5-2小时滴完，在5-10℃保温0.5小时，得到中间体(3-氧代环己-1-烯-1-基)-2-氯-4-甲磺酰基苯甲酸酯。
3)重排反应2-(2-氯-4-甲磺酰基苯甲酰)-1,3-环己二酮(磺草酮)的制备：
将上述反应液快速升温至25℃，加入重排转位催化剂邻甲基苯甲酰腈(0.2g，1.35mmol)，升温至33-35℃反应4小时。加入水(60g)，滴加20％氢氧化钾溶液至pH＝10～11，室温搅拌0.5小时后静置、分层，下层有机相收集，上层料液加入1，2-二氯乙烷萃取一次，合并有机相待回收溶剂及三乙胺，上层料液加入10％盐酸酸化至pH＝1～2，室温搅拌2小时后过滤，滤饼用水洗涤两次后出料得浅黄色湿品20.2g，40-50℃下烘干得磺草酮原药产品18.3g，定量含量97.8％，收率90.7％(以2-氯-4-甲磺酰基苯甲酸计)。
实施例4
1)酰氯化反应2-氯-4-甲磺酰基-3-((2,2,2-三氟乙氧基)甲基)苯甲酰氯的制备：
向干燥的反应瓶中加入2-氯-4-甲磺酰基-3-((2,2,2-三氟乙氧基)甲基)苯甲酸(21.3g，0.06mol)、DMF(0.2g)和1,2-二氯乙烷(80g)，搅拌升温至50-55℃，滴加氯化亚砜(9.4g，0.078mol)，滴完后在回流温度反应2小时，减压蒸出溶剂和过量氯化亚砜，得到2-氯-4-甲磺酰基-3-((2,2,2-三氟乙氧基)甲基)苯甲酰氯22.0g。
2)酰化反应(3-氧代环己-1-烯-1-基)-2-氯-4-甲磺酰基-3-((2,2,2-三氟乙氧基)甲基)苯甲酸酯的制备：
向上述得到的2-氯-4-甲磺酰基-3-((2,2,2-三氟乙氧基)甲基)苯甲酰氯中加入1,2-二氯乙烷(160g)和1,3-环己二酮(7.2g，0.063mol)，控温在2-10℃滴加三乙胺(18.4g，0.18mol)，1.5-2小时滴完，在5-10℃保温0.5小时，得到中间体(3-氧代环己-1-烯-1-基)-2-氯-4-甲磺酰基-3-((2,2,2-三氟乙氧基)甲基)苯甲酸酯。
3)重排反应2-(2-氯-4-甲磺酰基-3-((2,2,2-三氟乙氧基)甲基)苯甲酰)-1,3-环己二酮(环磺酮)的制备：
将上述反应液快速升温至25℃，加入邻甲基苯甲酰腈(0.2g，1.35mmol)，升温至33-35℃反应4小时。加入水(60g)，滴加20％氢氧化钾溶液至pH＝10～11，室温搅拌0.5小时后静置、分层，下层有机相收集，上层料液加入1,2-二氯乙烷萃取一次，合并有机相待回收溶剂及三乙胺，上层料液加入10％盐酸酸化至pH＝1～2，室温搅拌2小时后过滤，滤饼用水洗涤两次后出料得浅黄色湿品20.2g，40-50℃下烘干得苯酰酮原药产品24.1g，定量含量97.6％，收率88.9％(以2-氯-4-甲磺酰基-3-((2,2,2-三氟乙氧基)甲基)苯甲酸计)。
实施例5
向按照实施例1方法将邻甲基苯甲酰腈替换为4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酰腈(0.2g，0.79mmol),得硝磺草酮的定量含量98.2％，收率90.3％(以4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酸计)。
实施例6
向按照实施例1方法，加入邻甲基苯甲酰腈后在60-65℃反应4小时,得硝磺草酮的定量含量92.5％，收率78.2％(以4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酸计)。
对比实施例1
向按照实施例1方法将邻甲基苯甲酰腈替换为丙酮氰醇(0.2g，2.33mmol),得硝磺草酮的定量含量95.6％，收率83.8％(以4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酸计)。
对比实施例2
向按照实施例1方法将邻甲基苯甲酰腈替换为丙酮氰醇(0.4g，4.65mmol),得硝磺草酮的定量含量97.2％，收率85.6％(以4-甲磺酰基-2-硝基苯甲酸计)。
由上述实施例可见，使用本发明的催化剂转化效率更高，使用相同质量的本发明的重排转位催化剂与现有技术丙酮氰醇相比，收率更高，得到的产品含量更高，更加安全环保。
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