對滷代4-氨基吡啶-2-甲酸進行電化學還原的改進方法

2023-05-15 17:58:51

專利名稱：對滷代4-氨基吡啶-2-甲酸進行電化學還原的改進方法
技術領域：
本發明涉及對卣代4-氨基吡啶-2-曱酸進行選擇性電化學還原的改進方法。
美國專利6，352,635 B2描述了通過電化學還原某些3，5-二滷代-4-氨基吡啶-2-甲酸衍生物來製備某些除草劑3-滷代-4-氨基吡啶-2-甲酸衍生物的方法。在該方法中，銀陰極要麼通過在2%氫氧化鈉和1%氯化鈉存在下進行陽極化(anodization)來活化，要麼在待還原的起始物質和1 -3wt。/。過量NaOH的存在下被陽極化。然而，由於鈍化，通常有必要通過在電解液(electrolyte)存在下進行陽極化而對陰極進行再活化，從而完成批次。 一種活化陰極使其更能抵抗鈍化的改進方法將是期望的。
現在已經發現，通過在待還原的起始物質、過量石鹹金屬氫氧化物和0.5-4wt。/。鹼金屬氯化物、溴化物或疏酸鹽的存在下活化陰極，使反應速度更快、電流效率(current e伍ciency)更高並且不需要對陰極進行再活化而完成批次。更具體地，本發明涉及用於製備式I所示4-氨基-3-滷代吡啶-2-曱酸的改進方法，
背景技術：

發明內容
其中:X表示Cl或Br，
Y表示H、 F、 Cl、 Br或d-Q烷基，條件是當X為Cl, Y不是Br,以及R獨立地表示H或C,-C4烷基，
在所述方法中，使直流電流或交流電流從陽極經過式II所示的4-氨基-3,5-二卣代吡咬-2-甲酸的溶液到達陰極，相對於Ag/AgC1(3.0 M CT)參比電極，陰極電勢為-0.4至-1.7伏，formula see original document page 5其中，
X、 Y和R如前述所定義，並且其中，
兩個X都為Cl或Br,
改進方法的特徵在於在式II所示的4-氨基-3，5-二滷代吡啶-2-甲酸、過量鹼金屬氫氧化物和0.5-4wt。/。鹼金屬氯化物、溴化物或硫酸鹽的存在下對陰極進行活化。
本發明涉及用於對4-氨基-3，5-二卣代吡啶-2-曱酸的5位卣素取代基進行選擇性電化學還原的改進方法。本發明所使用的術語"滷素(halogen)"或"滷代(halo)"是指Cl或Br。鹼金屬是指鋰、鈉、鉀、銣和銫，鈉和鉀是優選的。
對4-氨基-3,5-二卣代吡啶-2-甲酸進行還原所涉及的反應可描述如下
A)中和反應formula see original document page 5
B)陰極反應:formula see original document page 6通過如下方式回收羧酸對反應混合物進行酸化，然後通過常規^t術回收產物。
所期望的電解還原反應是通過本領域公知的技術進行的。通常，將起始物質4-氨基-3,5-二滷代吡啶-2-甲酸溶解在溶劑中，形成電解液，將所述電解液加入電解池(electrolyticcell)中，與此同時^f吏充足的電流通過電解液，直到達到所期望的還原程度。
本領域技術人員應該理解的是，芳基溴化物的還原電勢比相當的芳基氯化物的電勢高0.5伏(負性程度較低)。溴將始終被首先還原掉。因此，當X為Cl時，Y不能是Br。
電解池的設計是可變化的。電解可分批進行，或以連續或半連續的方式進行。電解池可以是含有電極的攪拌槽(stirredtank),或是任何常規設計的流動池(flowcdl)。在一些情況下，希望採用隔板將所迷池分成單獨的陽極室和陰極室。有用的隔板材料的例子為各種陰離子和陽離子交換膜、多孔聚四氟乙烯(porous Teflon)、石棉和玻璃。儘管使用三個電極(其中陰極的電勢相對於參比電極而控制)是優選的，但可選擇地僅利用兩個電極(陽極和陰極)進行電解，控制電解池的電流、電解池的電壓，或對電解池的電流和池電壓都進行控制。為了方使爽見，優選使用3-電極未分隔的電解池，其中電解液既用作陰極電解液又用作陽極電解液。
陽極可以是任何化學惰性材料，包括例如鉑、石墨、碳、金屬氧化物例
如氧化銀/銀，或者合金例如哈司特鎳基合金C(Hastelloy C)，其中石墨、碳和哈司特鎳基合金C是優選的。陰極主要由銀構成。電極可採用板(pjate)、棒(rod)、線(wire)、篩(screen)、網(gauze)、絨(wool)、片(sheet)或池(pool)的形式，膨脹的網篩(expanded mesh screen)是優選的。所述陽極或陰極也可由施用到另一個材料上的塗層組成，這樣的一個例子為塗覆在鈦上的貴金屬氧化物例如氧化釕。
最優選的陰極為如美國專利4，217,185和4，242,183中所描述製備的活化的銀陰極。這種活化的陰極可如下製備在導電基底上沉澱形成銀"f數晶層，形成複合電極(composite electrode),或對4艮電極本身進行陽極化而製備。例如，為了闡明後一種方法，可將未活化的銀電極浸漬或浸沒在苛性鹼液陰極電解液中，然後進行陽極化，這樣就將電極表面的一些銀轉化為氧化銀，同時使所述表面變粗糙。然後，使所述電極的極性逆轉，並且所述氧化物被電解轉化成微晶銀顆粒，所述微晶銀顆粒附著在所迷電極表面上。活化步驟包括增加電勢，從初始值0伏增加至最終值至少+0.3伏，優選+0.7伏。還原氧化物沉澱物需要對所述陰極進行負性極化(negative polarization)。所迷陰極電勢從在氧化步驟中達到的+0.3至+0.7伏逐漸降低至-0.5伏或更低。在該方法中不需要向陰極電解液或鹼水溶液(aqueous base)中加入任何銀。
典型地，在0.5至4wt。/。鹼金屬氯化物、溴化物或硫酸鹽(優選NaCl)、過量鹼金屬氫氧化物(優選1.0至4.0wt。/。NaOH)的存在，以及還在待還原的起始物質的存在下活化所述陰極。便利地，所述起始物質存在的濃度與其在反應進料中的濃度相同，即l至20wt。/。，優選地從8至12wt。/。。該改進對於由4-氨基-3，5，6-三氯吡啶-2-曱酸(氨氯吡啶酸(^01(^01))製備4-氨基-3，6-二氯吡啶-2-甲酸(氯氨基吡啶酸(aminopyralid))是特別有益的。
水是所迷電解最優選的溶劑，但在一些情況下，可以使用有機溶劑(單獨使用或作為共溶劑使用)。所述溶劑或共溶劑體系應當溶解所有或大多數起始物質及電解質，或至少足以使還原以合理的速度進行。此外，所述溶劑或共溶劑體系應當對電解條件是惰性的，即所述溶劑或共溶劑體系不會不利
無法忍受的程度。除了水，優選的溶劑/共溶劑為與水可混溶的，並且包括低分子量醇、醚例如四氫呋喃、二氧雜環己烷和聚乙二醇醚，低分子量醯胺例如二曱基曱醯胺或二甲基乙醯胺。
需要鹼金屬氫氧化物作為支持電解質(supporting electrolyte), NaOH和KOH是最優選的支持電解質。儘管NaCl是優選的鹽，也可使用其它鹽包括鹼金屬氯化物、鹼金屬溴化物和^鹹金屬硫酸鹽。
在所述反應中，需要一當量的鹼來中和起始物質，以及需要另一當量鹼來產生電解中消耗的氫氧根離子。所述反應典型地使用過量的鹼來進行，優選在整個反應過程中使用過量l至4wt。/。的鹼。
在陰極電解液中或進料中的卣代4-氨基吡啶-2-曱酸的濃度可以為1至20wt%，優選為8至12wt。/。。更低的濃度降低生產能力，而更高的濃度通常導致較低的收率、較低的產物純度和較低的電效率(electrical efficiency),
針對電解的合適溫度範圍通常為5至卯t:。最優選的溫度範圍為20至60°C。 30至5(TC是最優選的。
本領域技術人員能夠理解的是，選擇性還原卣素的表觀陰極電勢(apparent cathode potential)依賴於各種因素，包括例如特定基底(substrate)的結構、電解池的構造和隔開所述電極的距離。通常，相對於標準Ag/AgC1(3.0MCr)電極，對於Br而言所述陰極電勢應當在-0.4至-l.l伏的範圍內，對於C1而言所述陰極電勢應當在-0.8至-1.7伏的範圍內。對於Br而言，所述陰極電勢優選為-0.6至-0.9伏。對於C1而言，所述陰極電勢優選為-1.0至-1.4伏。電流密度(安培/平方釐米，amp/cm"應當至少為0.005,優選為0.05amp/cn^或更大。
儘管分子氧的逸出是優選的，但可採用許多其它陽極反應。陽極反應的例子包括分子氯或分子溴的逸出、對犧牲物種(sacrificial species)例如甲酸酯或草酸酯進行氧化以生成二氧化碳，或對有機基底進行氧化以形成有價值的副產物。
在本發明優選的操作模式中，將卣代4-氨基吡啶酸溶解在苛性鹼液鹽水(aqueous caustic brine)中，形成石威性水溶液(約10wt%卣代4-氨基吡啶-2-甲酸、約2.5。/。過量NaOH和約1 wt%NaCl)，將所述;威性水溶液連續地再循環通過具有膨脹的銀網狀陰極的未分隔電化學池，所述陰極在進料溶液存在下在+0.7伏被陽極化。在保持反應混合物為鹼性的同時，在陰極電勢為-0.6至-1.5伏(相對於Ag/AgCl(3.0MCr)參比電極)繼續進行電解，直到發生所需程度的還原。通過常規技術回收所期望的產物。例如可通過酸化使酸從反應混合物中沉澱出來，然後過濾或用與水不混溶有機溶劑進行萃取。 下述實施例用於闡釋本發明。
實施例
實施例1 (對比實施例)4-氨基-3.6-二氯吡啶-2-曱酸的製備(批次池(batch cell)中，活化期間存在起始物質和NaOH)
向4-升(L)燒瓶中加入2400克(g)熱水、250g 50wt。/。NaOH和350g溼的4-氨 基-3，5,6-三氯吡啶-2-甲酸(80%)。將溶液攪拌30分鐘(min),通過l微米聚丙烯 膜過濾，轉移到5L進料循環槽中(feed circulation tank)。該溶液重3000g並含 有9.3。/。4-氨基-3,5，6-三氯吡啶-羧酸和2.0至2.5。/。的過量NaOH。
將該進料溶液以18 L/min的速度和35-38。C的溫度通過兩個串聯的未分 隔電化學池進行循環。每個池具有哈司特鎳基合金C陽極(17.5cmx 5.6cm)和 膨脹的銀網狀陰極(17.5cm x 5.6cm)。僅對這兩個池中的一個進行電控制和監 測。在於+0.7伏(V)標準陽極化後，所述池的極性被逆轉，電解開始。所述陰 極的工作電勢控制在-U至-1.4伏(相對於Ag/AgC1(3.0 M Cr)參比電極)。所 述參比電極物理性地直接置於銀陰極的後面，並且與含水鹽橋用電連接。在 再循環所述進料的同時，歷時6小時將160g 50wt。/。NaOH緩慢泵入再循環槽 中，以維持NaOH濃度為1.5-3.0。/。過量。電流範圍為0.5至7.0安培。
將陽極化和逆轉分別以8小時和24小時在電解中重複。在經過36小時並 且已經有249，000庫侖電荷通過控制池後，將電解終止，將池流出物釋放到另 一個5L燒瓶中，並且用濃HC1中和。所中和溶液的總重量為3200g。將約IOOO 克所述溶液真空濃縮形成750g粗製濃縮物。將所述濃縮物加熱至85。C，同時 攪拌，並且用濃HCl歷時30分鐘將pH調整到0.8-1.1。將所得漿液冷卻到環境 溫度，過濾。濾餅用40g水洗滌3次，在烘箱中在7(TC乾燥10小時。乾燥的產 物重62g，經測定具有95%期望的產物。對所述千燥產物進行的高壓液相色 譜分析表明，存留有約2。/。的起始物質雜質。
實施例2(對比實施例)4-氨基-3.6-二氯吡啶-2-曱酸的製備(批次池中，活 化期間僅存在NaOH和NaCl)
向4-升(L)燒瓶中加入2400克(g)熱水、250g 50wt。/。NaOH和350g溼的4-氨 基-3，5,6-三氯吡啶-2-甲酸(80%)。將溶液攪拌30分鐘(min)，通過l微米聚丙烯膜過濾，並轉移到5L進料循環槽中。該溶液重3000g並含有9,3。/。 4-氨基 -3,5,6-三氯吡啶-2-曱酸和2.0至2.5。/。的過量NaOH。
將3-L 2。/。NaOH-l。/。NaCl溶液加到循環槽中，並以18L/min的速度和 35-38。C的溫度通過兩個串聯的未分隔電化學池進行循環。每個池具有哈司 特鎳基合金C陽極(17.5cmx 5,6cm)和膨脹的銀網狀陰極(17.5cmx 5.6cm)。僅 對這兩個池中的一個進行電控制和監測。在於+0.7伏(V)標準陽極化後，所述 池的極性被逆轉至-0.5 V。在電流穩定至小於0,5安培後，將該NaOH-NaCl溶 液用先前製備的起始物質溶液替換，將所述起始物質溶液以18 L/min的速度 和35-38。C的溫度進行循環。銀陰極電勢設定在-1.1至-1.4 V(相對於 Ag/AgC(3.0MCl-)參比電極)，電解開始。在再循環所述進料的同時，歷時6 小時將160g 50wt。/。NaOH援慢泵入再循環槽中，以維持NaOH濃度為1.5-3.0% 過量。電流範圍為0.5至12安培。
電解開始後，不再需要陽極化。在約46小時並且已經有185,000庫侖電荷 通過控制池(controlled cell)後，將電解終止，將池流出物釋;^史到另 一個5L燒 瓶中，並且用濃HC1中和。所中和溶液的總重量為約3200g。將約1000克所述 溶液真空濃縮形成750g粗製濃縮物。將所述濃縮物加熱至85。C，同時攪拌， 並且用濃HC1歷時30分鐘將pH調整到0.8-1.1。將所得漿液冷卻到環境溫度， 過濾。濾餅用40g水洗滌3次，在烘箱中在70。C千燥10小時。乾燥的產物重62g, 經測定具有95%期望的產物。對所述乾燥產物進行的高壓液相色譜分析表 明，存留有約2%的起始物質雜質
實施例3 4-氨基-3.6-二氯吡啶-2-曱酸的製備(批次池，活化期間存在起始 物質、NaOH和NaCl)
向4-升(L)燒瓶中加入2370克(g)熱水、250g 50wt%NaOH、 30gNaCl和350g 溼的4-氨基-3，5，6-三氯吡啶-2-甲酸(80°/。)。將溶液攪拌30分鐘(min)，通過l微 米聚丙烯膜過濾，轉移到5L進料循環槽中。該溶液重3000g並含有9.3。/。 4-氨 基-3，5,6-三氯吡啶-羧酸、2.0至2.5。/。的過量NaOH和1.0。/oNaCl。
將進料溶液以18L/min的速度和35-38。C的溫度通過與實施例l相同的兩 個串聯的未分隔電化學池進行循環。在於+0.7伏(V)標準陽極化後，所述池的 極性被逆轉，電解開始。將兩個池之一上的陰極工作電勢控制在-1.1至-1.4 V(相對於Ag/AgC1(3.0 M C1-)參比電極)。在再循環所述進料的同時，歷時6小時將160g50wt。/。NaOH緩慢泵入再循環槽中，以維持NaOH濃度為1.5-3.0% 過量。電流範圍為0.5至10安培。
電解開始後，不再需要陽極化。在經過約24小時並且已經有169，000庫侖 電荷通過控制池後，將電解終止，將池流出物釋放到另一個5L燒瓶中，並且 用濃HC1中和。所中和溶液的總重量為約3200g。將約1000克所述溶液真空濃 縮形成750g粗製濃縮物。將所述濃縮物溫熱至85。C,同時攪拌，並且用濃HC1 歷時30分鐘將pH調整到0.8-l丄將所得漿液冷卻到環境溫度，並過濾。濾餅 用40g水洗滌3次，在烘箱中在70。C乾燥10小時。乾燥的產物重65g,經測定 具有95%期望的產物。對所述乾燥產物進行的高壓液相色譜分析表明，存留 有約2%的起始物質雜質。
權利要求
1. 製備式I所示4-氨基-3-滷代吡啶-2-甲酸的改進方法其中，X表示Cl或Br，Y表示H、F、Cl、Br或C1-C4烷基，條件是當X是Cl時，Y不是Br，以及R獨立地表示H或C1-C4烷基，在所述方法中，使直流電流或交流電流從陽極經過式II所示的4-氨基-3，5-二滷代吡啶-2-甲酸的溶液到達陰極，相對於Ag/AgCl(3.0M Cl-)參比電極，陰極電勢為-0.4至-1.7伏，其中X、Y和R如前述所定義，並且其中兩個X都為Cl或Br，所述改進方法的特徵在於在式II所示的4-氨基-3，5-二滷代吡啶-2-甲酸、過量1至4wt％的鹼金屬氫氧化物和0.5至4wt％鹼金屬氯化物、溴化物或硫酸鹽的存在下對陰極進行活化。
2.權利要求l所述的方法，其中通過以下方式活化所述銀陰極在0.5至 4wt%NaCl 、過量1至4wt。/。的NaOH和1至20wt。/。的式II所示4-氨基-3，5-二滷代 吡啶-2-曱酸的存在下，在電勢至少為+0.3至+0.7伏進行陽極化，然後逆轉極化。
3.權利要求1所述的方法，其中式1所示4-氨基-3-滷代他啶-2-曱酸為氯氨 基吡啶酸，以及式II所示4-氨基-3，5_二滷代吡啶-2-甲酸為氨氯吡啶酸。
全文摘要
本發明披露對滷代4-氨基吡啶-2-甲酸進行選擇性電化學還原的改進方法，所述改進方法是通過在起始物質、過量鹼金屬氫氧化物和鹼金屬氯化物、溴化物或硫酸鹽存在下活化陰極進行的。
文檔編號C07D213/803GK101522628SQ200780037508
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月4日 優先權日2006年10月4日
發明者凱裡·L·斯科蒂奇尼, 託德·S·布賴德森, 晨 王 申請人:陶氏益農公司