一种3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法
阅读说明：本技术 一种3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法 (Preparation method of 3, 4-dimethylpyrazole-5-formate compound ) 是由 胡向平 陈修帅 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法。该方法以2-丁酮与草酸二酯为原料,在有机环状仲胺催化剂催化下高收率、高区域选择性地制备3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物,3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物再与肼反应,高收率制备3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物。该制备方法以吡咯啉、哌啶、吗啡啉等有机含氮环状仲胺化合物为催化剂,以甲醇、乙醇等醇类为溶剂进行反应。本发明具有反应条件相对温和、操作简便、区域选择性高、收率高等特点,合成的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物可用于制备腈吡螨酯类杀螨剂。(The invention provides a preparation method of 3, 4-dimethylpyrazole-5-formate compounds. The method takes 2-butanone and oxalic acid diester as raw materials, prepares a 3-methyl acetyl pyruvate ester compound with high yield and high regioselectivity under the catalysis of an organic cyclic secondary amine catalyst, and then reacts the 3-methyl acetyl pyruvate ester compound with hydrazine to prepare the 3, 4-dimethyl pyrazole-5-formate compound with high yield. The preparation method takes organic nitrogenous cyclic secondary amine compounds such as pyrroline, piperidine and morpholine as catalysts and alcohols such as methanol and ethanol as solvents for reaction. The method has the characteristics of relatively mild reaction conditions, simple and convenient operation, high regioselectivity, high yield and the like, and the synthesized 3, 4-dimethylpyrazole-5-formic ester compound can be used for preparing the cyenopyrafen acaricide.)
技术领域
本发明属于有机合成领域，具体涉及一种3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的制备方法。
背景技术
杂环化合物的高效、高选择性构建是有机合成化学研究的前沿和挑战性领域之一。3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物作为一类重要的杂环化合物，在农药、医药、材料等的合成中具有广泛用途，特别是3,4-二甲基吡唑-5-甲酸乙酯或1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸乙酯，是合成新型杀螨剂腈吡螨酯的原料，因而其合成受到广泛的关注。传统制备1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸乙酯的方法以丙酮和草酸二乙酯为原料，需通过Claisen缩合、与水合肼环化、N-甲基化制备、4-位氯甲基化、Pd/C脱氯等5步反应[(a)D.Huang,M.Huang,A.Liu,X.Liu,W.Liu,X.Chen,H.Xue,J.Sun,D.Yin,X.Wang,Design,Synthesis,and AcaricidalActivities of Novel Pyrazole Acrylonitrile Compounds.J.HeterocyclicChem.2017,54,1121；(b)A.Kamal,A.B.Shaik,S.Polepalli,V.S.Reddy,G.B.Kumar,S.Gupta,K.V.S.R.Krishna,A.Nagabhushana,R.K.Mishra,N.Jain,Pyrazole-oxadiazoleconjugates:synthesis,antiproliferative activity and inhibition oftubulin.Org.Biomol.Chem.2014,12,7993；(c)陈小阳,刘兴平,李谦和,曹丽丹,高德良,刘民华,孙炯,柳爱平,腈吡螨酯及其异构体的合成与生物活性研究.精细化工中间体2014,44,17]。这一制备反应步骤多、操作繁琐、生产成本高，限制了其在工业生产中的大规模应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种首先由有机环状仲胺催化剂催化2-丁酮与草酸二酯反应高区域选择性制备3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物，然后再与肼进行缩合环化反应高收率制备3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物的方法。本申请采用有机环状仲胺为催化剂，以2-丁酮、草酸二酯和肼为反应原料，在温和条件下通过两步反应，高收率、高区域选择性制备3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物，为3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物，特别是1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物提供了一条操作简单、具有工业应用前景的高收率、高区域选择性的合成新路线。该反应以商用廉价有机环状仲胺为催化剂，在甲醇、乙醇等醇类溶剂中进行。
具体步骤为：
(1)将2-丁酮与草酸二酯溶于醇反应介质中得到混合溶液，然后将该溶液在氮气保护下加入有机环状仲胺催化剂，回流温度下搅拌反应不少于12小时；反应完毕，减压浓缩至基本无溶剂，水洗，乙酸乙酯抽提，干燥，浓缩，得到3-甲基乙酰丙酮酸酯粗产物，该粗产物可以不经纯化直接用于后续环化反应，也可经减压蒸馏纯化用于后续环化反应；
(2)3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物溶于醇类反应介质中，反应温度保持在-10～0℃，搅拌下滴加水合肼或肼的醇溶液，滴毕，保温反应0.5-12小时，脱去溶剂，残留物减压蒸馏得3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物。
所述3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物I具有以下结构：
式中：R1、R2为H、C1-C40的烷基、C3-C12的环烷基、带有取代基的C3-C12环烷基、苯基、取代苯基、苄基、取代苄基中的一种或两种；上述C3-C12环烷基上的取代基、苯基上的取代基和苄基上的取代基为C1-C40烷基、C1-C40的烷氧基、卤素、硝基、酯基或氰基中的一种或两种以上。
所述3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物II具有以下结构：
式中：R1与上述结构式I中R1为等效基团。
所述草酸二酯III具有以下结构：
式中：R1与上述结构式I中R1为等效基团。
所述2-丁酮IV具有以下结构：
所述肼V具有以下结构：
式中：R2与上述结构式I中R2为等效基团。
所述有机环状仲胺催化剂具有以下结构特征：
式中：X为C-C单键、O、NR3、S、CH2、CH2CH2等，前述R3为H、C1-C40的烷基、C3-C12的环烷基、带有取代基的C3-C12环烷基、苯基、取代苯基、苄基、取代苄基；有机环状仲胺催化剂优选为以下结构：
所述反应介质为甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、叔丁醇等醇类质子性溶剂中的一种或两种以上；优选为甲醇、乙醇。
所述步骤(1)催化反应条件优选为：温度为反应介质回流温度；反应介质为乙醇；压力为常压；时间为24小时。
所述步骤(1)中所述有机环状仲胺催化剂与2-丁酮的摩尔比为0.001-1:1；
所述步骤(1)2-丁酮与草酸二酯化合物的摩尔比为0.1-10:1；
所述步骤(2)中所述3-甲基乙酰丙酮酸酯化合物与肼的摩尔比为0.5-2:1；
所述步骤(2)反应条件优选为：温度为-5℃；滴加时间为1小时；压力为常压；时间为2小时。
本发明的反应方程式为：
所制备的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物可用于腈吡螨酯类杀螨剂的合成。
本发明具有以下优点：
1、起始原料廉价易得，反应步骤短，操作简便；
2、催化剂廉价易得，用量少；
3、反应活性好、区域选择性高，反应条件易实现；
4、底物适用范围广，对于所述的各类肼化合物都能进行环加成反应并得到理想效果。
5、本发明能为3,4-二甲基吡唑-5-甲酸酯类化合物提供一条操作简单、高收率、高区域选择性的合成新路线。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例1制备的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸乙酯类化合物I-1的核磁共振氢谱；
图2为实施例4制备的3,4-二甲基吡唑-5-甲酸甲酯类化合物I-2的核磁共振氢谱；
图3为实施例5制备的1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸乙酯类化合物I-3的核磁共振氢谱。
图4为实施例6制备的1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸甲酯类化合物I-4的核磁共振氢谱。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。核磁共振是通过Bruker 400核磁共振仪测定。
实施例1
以草酸二乙酯和水合肼为原料制备3,4-二甲基吡唑-5-甲酸乙酯类化合物I-1。
在配有温度计、磁力搅拌和恒压滴液漏斗的100mL三口烧瓶中，加入0.21g(3mmol)吡咯啉Cat-1和50mL乙醇，室温条件下，于1.0小时内自恒压滴液漏斗滴入2.16g(30mmol)2-丁酮IV和4.6g(32mol)草酸二乙酯III-1的混合溶液，滴加完毕后，将反应液升温至回流状态，继续反应12h。脱去挥发性成分，乙酸乙酯萃取(50mL×2)，水洗2次，无水硫酸钠干燥，减压浓缩得3-甲基乙酰丙酮酸乙酯II-1粗产品，不经纯化，直接用于下步合成。
在配有温度计、磁力搅拌和恒压滴液漏斗的100mL三口烧瓶中，将5.16g(30mmol)3-甲基乙酰丙酮酸乙酯II-1粗产品溶于50mL乙醇中，-5℃温度下，于1.5h内滴加2.35g(37.5mmol)80％水合肼V-1，滴加完毕后，继续保温反应1h。减压脱溶，乙酸乙酯萃取(250mL×2)，水洗2次，无水硫酸钠干燥，脱去溶剂，残留物减压蒸馏纯化得4.60g 3,4-二甲基吡唑-5-甲酸甲酯，收率91％。产物I-的核磁共振氢谱如图1所示：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ1.38(t,J＝7.1Hz,3H),2.24(s,3H),2.30(s,3H),4.35-4.40(q,J＝7.2Hz,2H).
Cat-1、III-1、IV、V-1的结构式如下：
实施例2
将实施例1中的有机催化剂Cat-1用哌啶Cat-2代替，其余同实施例1。反应得到化合物I-1，78％收率。
Cat-2的结构式如下：
实施例3
将实施例1中有机催化剂Cat-1用吗啡啉Cat-3代替，其余同实施例1。得到化合物I-1，85％收率。
Cat-3的结构式如下：
实施例4
将实施例1中草酸二乙酯III-1用草酸二甲酯III-2代替，其余同实施例1，得到化合物3,4-二甲基吡唑-5-甲酸甲酯类化合物I-2，84％收率。产物IV-2的核磁共振氢谱如图2所示：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ2.22(s,3H),2.25(s,3H),3.90(s,3H).
III-2，I-2的结构式如下：
实施例5
将实施例1中的水合肼V-1替换为N-甲基肼V-2，其余同实施例1，得到1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸乙酯类化合物I-3，89％收率。产物I-3的核磁共振氢谱如图3所示：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ1.39(t,J＝7.2Hz,3H),2.18(s,3H),2.19(s,3H),4.07(s,3H),4.33-4.38(q,J＝7.2Hz,2H).
I-3、V-2的结构式如下：
实施例6
将实施例1中的水合肼V-1替换为N-甲基肼V-2，草酸二乙酯III-1用草酸二甲酯III-2代替，其余同实施例1，得到1,3,4-三甲基吡唑-5-甲酸甲酯类化合物I-4，91％收率。产物I-4的核磁共振氢谱如图4所示：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ1.39(t,J＝7.2Hz,3H),2.18(s,3H),2.19(s,3H),4.07(s,3H),4.33-4.38(q,J＝7.2Hz,2H).
I-4、III-2、V-2的结构式如下：