製備三氟甲基硫醚的方法
2023-05-02 02:32:31
專利名稱：製備三氟甲基硫醚的方法
技術領域：
本發明涉及製備式(I)的三氟甲基硫醚的方法， 該方法包括在含連二亞硫酸鹽或羥基甲亞磺酸鹽或者含一種或多種還原劑和二氧化硫的還原體系存在下，使式(II)的硫氰酸 與三氟甲基滷反應。
背景技術：
已知幾種方法製備包括化合物(I)在內的全氟烷基硫醚。現有技術中公開了由全氟烷基滷和二硫化物製備的方法在美國專利no.5082945中公開了下述方法使用全氟烷基滷，其中在由選自鋅、鎘、鋁和錳中的金屬與二氧化硫組成的還原劑，或者由鹼金屬連二亞硫酸鹽或鹼金屬或鹼土金屬或金屬羥基甲亞磺酸鹽組成的還原劑，或者由甲酸根陰離子和二氧化硫組成的還原劑存在下，使所述全氟烷基滷與二硫化物接觸。
國際專利申請no.WO01/30760-A1公開了一種類似的方法。歐洲專利申請no.295117-A1公開了在含水有機溶劑如乙醇或醇與水的混合物中使用連二亞硫酸鈉或硼氫化鈉。
Clavel等人在Phosphorus，Sulfur and Silicon and the RelatedElements(1991)，59(1-4)，423-6；Journal of the ChemicalSociety，Chemical Communications(1991)，(15)，993-4和Journalof the Chemical Society，Perkin Transactions 1(1992)，(24)，3371-5。國際專利申請no.WO 02/066423-A1中公開了使用肼和/或金屬硼氫化物作為還原劑的方法。
確實有利的是直接使用化合物(II)，且不必在製備式(I)的化合物之前，首先由式(II)的硫氰酸化合物製備二硫化物，正如以上參考文獻中所述的一樣。
Tordeux等人在Journal of Fluorine Chemistry，43(1989)，27-34中公開了在鋅存在下，通過使硫氰酸和全氟烷基滷反應，製備全氟烷基硫化物的方法。據報導，使用全氟丁基或全氟辛基碘時產率適中。然而，使用三氟甲基溴時觀察到差的產率。在歐洲專利申請no.295117-A1中，建議在鹼或還原劑，優選硼氫化鈉存在下進行反應。使用式(II)的化合物、甲基碘和氫氧化鉀時，產率適中(實施例15)。在同一申請中，建議使用有機金屬試劑，例如格氏試劑。另外，使用式(II)的化合物和叔丁基氯化鎂時，觀察到低產率(實施例16)。此外，難以大規模處理格氏試劑，且不容易製備三氟甲基滷化鎂。Langlois等人在Tetrahedron Letters38(1997)，65-68中公開了在四丁基氟化銨(TBAF)存在下，使用三氟甲基三甲基矽烷，由硫氰酸製備三氟甲基硫化物的方法。這兩種試劑昂貴，正因為如此，對於商業規模上使用來說不是理想的。根據所觀察到的結果，當與簡單的芳烴(aromate)和直鏈烷烴底物相比，使用取代芳族硫氰酸時，產率顯著下降。在美國專利no.5756849中，使硫氰酸苄酯與三氟乙酸的鉀鹽接觸，從而得到36％苄基三氟甲基硫化物。在美國專利no.6316636中發現使用硫氰酸苄酯作為起始材料製備苄基三氟甲基硫化物的方法，並牽涉使用吡啶氫氟酸絡合物以供三個氯原子與氟原子交換。儘管產率較高，但使用氫氟酸確實具有嚴重的危險。
儘管最近在這一領域內具有進展，但仍需要可供替代的方法使用容易獲得的材料並避免複雜和成本高昂的額外中間工藝步驟，由式(II)的化合物直接高產率地製造式(I)的化合物。
式(I)的化合物是一種公知的化合物，可用作由公知方法例如在歐洲專利no.295117-A1中所述的方法製備殺蟲劑Fipronil和相關化合物的起始物。
式(II)的化合物也是一種公知的化合物，它可根據公知的工序，例如在EP295117A1中所述的方法製備。
發明說明本發明涉及製備式(I)的三氟甲基硫醚的方法 該化合物是5-氨基-3-氰基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-三氟甲基硫代-1H-吡唑，所述方法包括下述步驟在含連二亞硫酸鹽或羥基甲亞磺酸鹽的還原體系或者含一種或多種還原劑與二氧化硫的還原體系存在下，在溶劑中，使式(II)的硫氰酸酯化合物 (它是5-氨基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-氰硫基-1H-吡唑-3-腈)與三氟甲基滷反應。
三氟甲基滷可選自CF3Cl、CF3I和CF3Br。從經濟角度考慮，優選選擇CF3Br。三氟甲基滷與式(II)的硫氰酸的摩爾比優選高於1。
當使用含連二亞硫酸鹽或羥基甲亞磺酸鹽的還原體系時，相對於式(II)的硫氰酸酯，所使用的鹽化合物用量通常為1-15mol當量，優選2-11mol當量。將鹽化合物或者以固體形式，或者溶解/分散在溶劑內(優選與反應溶劑相同的溶劑)引入到反應容器內。
連二亞硫酸鹽優選是金屬或胺鹽，例如鈉、鉀、鈣或銨，其中最優選連二亞硫酸鈉。羥基甲亞磺酸鹽優選是金屬鹽，例如鈉(稱為Rongalite)或鋅(稱為Decroline)，其中最優選羥基甲亞磺酸鈉。
當使用含二氧化硫和還原劑的還原體系時，還原劑例如選自諸如鋅、鎘、鋁和錳之類的金屬；肼；甲酸、甲酸鹽例如金屬或胺鹽，優選甲酸的鹼金屬或銨鹽，和甚至更優選甲酸的鈉或鉀鹽，最優選甲酸鈉；氫化鋁，例如化學式R3R4AlH、M[R3R4AlH2]或MAlH4的那些，其中R3和R4各自彼此獨立地代表C1-4烷基，和M是鋰或鈉，且包括(i-C4H9)2AlH和LiAlH4；硼氫化物，例如金屬或胺硼氫化物，例如NaBH4、LiBH4、(CH3)4NBH4、NaBH3CN；式(III)的化合物 其中X代表O或S；Y1和Y2可以相同或不同，各自代表H或O-R，其中R代表氫原子、1-5個碳原子的直鏈或支鏈烷基鏈或鹼金屬原子；條件是Y1和Y2中的至少一種不是氫原子。優選其中X代表O的那些。更優選其中Y1代表H或OH和Y2代表OH或O-鹼金屬的那些，其中鈉是優選的鹼金屬。甚至更優選是磷酸(H3PO3)、次磷酸(H3PO2)和次磷酸鈉(NaH2PO2)，其中次磷酸和次磷酸鈉是最優選的選擇。要理解，可以以一種或多種水合形式使用式(III)的還原劑，優選例如一水合次磷酸鈉(NaH2PO2，1H2O)和次磷酸鈉水合物(NaH2PO2，xH2O)，其中最優選次磷酸鈉水合物。相對於式(II)的硫氰酸，所使用的還原劑的用量通常為1-15mol當量，優選2-11mol當量。將還原劑原樣地，例如或者固體或者液體形式引入到反應容器內，或者溶解/吸附在溶劑，優選與反應溶劑相同的溶劑或水內。分步、連續，或者在反應之前引入還原劑，且人們可將該試劑作為最後的試劑引入到反應混合物中。
二氧化硫可以以催化量存在，但相對於式(II)的硫氰酸，優選高於1當量的用量，更優選介於1-7，和甚至更優選介於1.5-4.5，但上限不是關鍵的。分步、連續，或者在反應之前添加二氧化硫，且人們可將二氧化硫作為最後的試劑引入到反應混合物中。將二氧化硫或者以氣體形式引入到反應容器內，或者溶解在溶劑，優選與反應溶劑相同的溶劑內。
反應溶劑原則上可以是任何溶劑，所述溶劑惰性，且能在反應條件下溶解反應物。關於這一點，術語「惰性」擬指溶劑沒有在顯著的程度上與混合物中的組分反應。優選溶劑是極性溶劑，例如甲醯胺、吡啶、二甲基甲醯胺(DMF)、N，N-二甲基乙醯胺(DMA)、六甲基磷酸三醯胺(HMPT)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲亞碸(DMSO)、環丁碸和醚，例如二甲醚、二烷、四氫呋喃和二甲氧基乙烷(DME)或其混合物，其中DMF是優選的選擇。可將小量水加入到溶劑中，例如體積為所使用的溶劑體積的最多35％，和優選用量為5-30％。反應溫度通常在20-110℃範圍內或者等於或低於溶劑的沸點，優選介於30-80℃，和甚至更優選介於40-60℃。由於三氟甲基滷的氣態性質，因此在由非反應性材料製造的合適的裝置，例如玻璃反應器或特氟隆塗布的反應器內，在壓力下進行反應。優選介於1至30bar的壓力。
可在反應之前或之中，通過添加緩衝液，實現反應混合物內pH的變化。這種緩衝液的實例可以是有機或無機類型，且包括吡啶、胺(例如，氨水，三乙胺)，鹼金屬氫氧化物，和弱酸的鹽，例如鹼金屬的碳酸鹽、磷酸鹽、亞硫酸鹽、檸檬酸和乙酸鹽(例如，NaHCO3、Na2CO3、NaH2PO4、Na2HPO4、NaHSO3)。
在反應最後，分離溶劑與反應產物，並在任何隨後的合成工序之前純化三氟甲基硫醚，化合物(I)。
通過下述實施例闡述本發明，所述實施例無論如何不打算為限制本發明，而僅僅是以例舉的目的提供
實施例1.1向200ml Berghof高壓釜的Teflon襯管(insert)中添加溶解在50ml DMF和5ml水的混合物內的5-氨基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-氰硫基-1H-吡唑-3-腈(14.3mmol，5.04g)和甲酸鈉(71.5mmol，5.01g)以及二氧化硫(43mmol，2.75g)。密閉該高壓釜，並在室溫下攪拌5分鐘，用CF3Br給高壓釜加壓。直到壓力為11.5bar。添加總量34.1g的CF3Br。然後經3.5小時加熱該高壓釜到50℃。冷卻該高壓釜到室溫，並在釋放壓力之後打開。在用水洗滌並用甲基叔丁基醚萃取產物之後，分析該產物(GC內標方法)。5-氨基-3-氰基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-三氟甲基硫代-1H-吡唑的產率為4.7g(理論值的78％)。
表1中提供了使用上述方法的系列實驗。
實施例2.1向50ml Berghof高壓釜的Teflon襯管中添加溶解在10ml DMF和2.8ml水的混合物內的5-氨基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-氰硫基-1H-吡唑-3-腈(2.86mmol，1.08g)和甲酸鈉(20mmol，1.40g)以及二氧化硫(5.94mmol，0.38g)。冷卻該Teflon襯管到-60℃，CF3Br(58mmol，8.7g)在該襯管內冷凝，密閉該高壓釜，並經3小時加熱到55℃。冷卻該高壓釜到室溫，並在釋放壓力之後打開。在用水洗滌並用甲基叔丁基醚萃取產物之後，分析該產物(GC內標方法)。5-氨基-3-氰基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-三氟甲基硫代-1H-吡唑的產率為1.05g(理論值的87％)。
表2中提供了使用上述方法的系列實驗。
實施例3.1向50ml Berghof高壓釜的Teflon襯管中添加具有2.8g水的10ml DMF，5-氨基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-氰硫基-1H-吡唑-3-腈(2.8 8mmol，1.104g)、連二亞硫酸鈉(4.32mmol，0.886g)和Na2HPO4，12H2O(1.54g)。冷卻該Teflon襯管到-60℃，CF3Br(58mmol，8.7g)在該襯管內冷凝，密閉該高壓釜，並經3小時加熱到45℃。冷卻該高壓釜到室溫，並在釋放壓力之後打開。在用水洗滌並用甲基叔丁基醚萃取產物之後，分析該產物(GC內標方法)。5-氨基-3-氰基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-三氟甲基硫代-1H-吡唑的產率為62％。
實施例3.2向50ml Berghof高壓釜的Teflon襯管中添加具有2.7g水的10ml DMF，5-氨基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-氰硫基-1H-吡唑-3-腈(1.106g)和Rongalite(4.29g)。冷卻該Teflon襯管到-60℃，CF3Br(6.58g)在該襯管內冷凝，密閉該高壓釜，並經3小時加熱到45℃。冷卻該高壓釜到室溫，並在釋放壓力之後打開。在用水洗滌並用甲基叔丁基醚萃取產物之後，分析該產物(GC內標方法)。5-氨基-3-氰基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-三氟甲基硫代-1H-吡唑的產率為41％。
實施例4.1在特氟隆為襯裡的高壓釜中，在室溫下，將14.5mmol(5.52g)5-氨基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-氰硫基-1H-吡唑-3-腈加入到50ml DMF和37.5mmol(2.4g)二氧化硫的混合物中。密封該反應器，並用氮氣吹掃2分鐘，接著添加CF3Br(16.8g)。加熱反應器到30℃，並在80分鐘的時間段期間緩慢添加溶解在10g水內的7.0g甲酸鈉，同時在添加期間和經額外60分鐘的時間段維持溫度介於50℃至54℃。冷卻該高壓釜到室溫，並在釋放壓力之後打開。在用水洗滌並用甲基叔丁基醚萃取產物之後，分析該產物(GC內標方法)。5-氨基-3-氰基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-三氟甲基硫代-1H-吡唑的產率為84.7％。
實施例5.1在特氟隆為襯裡的高壓釜中，在室溫下，將14.5mmol(5.52g)5-氨基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-氰硫基-1H-吡唑-3-腈和63mmol(6.67g)碳酸鈉加入到50ml DMF和37.5mmol(2.4g)二氧化硫的混合物中。密封該反應器，並用氮氣吹掃2分鐘，接著添加CF3Br(16.8g)。加熱反應器到30℃，並在45分鐘的時間段期間緩慢添加溶解在10ml DMF內的132mmol(6.07g)甲酸鈉同時在添加期間和經額外60分鐘的時間段維持溫度介於55℃至60℃。冷卻該高壓釜到室溫，並在釋放壓力之後打開。在用水洗滌並用甲基叔丁基醚萃取產物之後，分析該產物(GC內標方法)。5-氨基-3-氰基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-三氟甲基硫代-1H-吡唑的產率為76.5％。
實施例6.1在帶PVDF攪拌器的1000ml特氟隆塗布的高壓釜中，將100mmol 5-氨基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-氰硫基-1H-吡唑-3-腈(42.25g，純度89.5％)加入到14.24g(222mmol)SO2在312ml DMF內的溶液中。密封該反應器，並用CF3Br吹掃2分鐘，接著添加61.5g CF3Br。然後加熱該反應器到65℃。當高壓釜的內容物達到50℃的溫度時，在50分鐘的時間段期間緩慢添加152.6g 46.5％(w/w)甲酸鈉在水中的溶液，同時在添加期間和在65℃經額外60分鐘的時間段維持溫度最大68℃。在添加甲酸鹽過程中，由於形成二氧化碳導致壓力顯著增加，並2次降低反應器內的壓力，接著2次用新制的CF3Br有限地再填充(每次6g)。冷卻該高壓釜到室溫，並通過氧化鹼性滌氣器釋放壓力。從這一滌氣器中流出的氣體物流基本上不含非所需的氣體，其含有約95％的CF3Br，將其壓縮並收集以供再使用。
打開高壓釜，並將產物轉移到750ml水和250ml乙酸異丙酯中。分離各相，其中兩次用100ml乙酸異丙酯萃取水相併棄置。
2次用100ml水洗滌合併的乙酸異丙酯相，並除去溶劑，從而導致41.73g含有92.9％產物的粗產品(這通過HPLC分析光譜測定)。5-氨基-3-氰基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-三氟甲基硫代-1H-吡唑(I)的產率為92％。
通過從合適的溶劑或溶劑混合物，例如甲苯或甲苯庚烷混合物中重結晶，進一步純化粗產品。
表3中提供了使用上述方法的系列實驗。
表1
DMF＝二甲基甲醯胺除了水以外所添加的溶劑量為50ml表2
DMF＝二甲基甲醯胺，DMA＝N，N-二甲基乙醯胺，HMPT＝六甲基磷酸三醯胺，DMSO＝二甲亞碸，DME＝二甲氧基乙烷(ethan)除了水以外所添加的溶劑量為10ml
表3
備註(1)甲基叔丁基醚(2)乙酸異丙酯(a)第一用量為CF3Br的起始量，第二用量隨後添加A僅僅在加完所有甲酸鹽溶液之後添加補充的CF3BrB在添加甲酸鹽溶液的過程中添加補充的CF3Br
權利要求
1.一種製備式(I)的化合物的方法 所述方法包括下述步驟在含連二亞硫酸鹽或羥甲基亞磺酸鹽的還原體系或者含一種或多種還原劑和二氧化硫的還原體系存在下，在溶劑中，使式(II)的化合物與三氟甲基滷反應
2.權利要求1的方法，其中還原體系包括連二亞硫酸鹽或羥甲基亞磺酸鹽。
3.權利要求2的方法，其中還原體系包括連二亞硫酸鹽，優選連二亞硫酸鈉。
4.權利要求1的方法，其中還原體系包括一種或多種還原劑與二氧化硫。
5.權利要求4的方法，其中還原劑選自金屬；肼；甲酸；甲酸鹽；氫化鋁；硼氫化物，和式(III)的化合物 其中X代表O或S；Y1和Y2可以相同或不同，各自代表H或O-R，其中R代表氫原子、1-5個碳原子的直鏈或支鏈烷基鏈或鹼金屬原子；條件是Y1和Y2中的至少一種不是氫原子。
6.權利要求5的方法，其中還原劑是甲酸的鹼金屬或胺鹽，優選甲酸的鈉、鉀或銨鹽。
7.權利要求6的方法，其中還原劑是甲酸鈉。
8.權利要求5的方法，其中還原劑選自式(III)的化合物，其中X代表O，Y1代表H或OH，和Y2代表OH或O-鹼金屬。
9.權利要求8的方法，其中還原劑選自磷酸(H3PO3)、次磷酸(H3PO2)和次磷酸鈉(NaH2PO2)。
10.權利要求9的方法，其中還原劑是其水合物形式之一的次磷酸鈉。
11.權利要求1的方法，其中三氟甲基滷是CF3Br。
12.權利要求1的方法，其中反應溫度介於20-110℃。
13.權利要求12的方法，其中溫度介於30-80℃。
14.權利要求13的方法，其中溫度介於40-60℃。
15.權利要求1的方法，其中溶劑是二甲基甲醯胺(DMF)。
全文摘要
在含連二亞硫酸鹽或羥基甲亞磺酸鹽或者含一種或多種還原劑與二氧化硫的還原體系存在下，通過使式(II)的硫氰酸與三氟甲基滷反應，製備式(I)的三氟甲基硫醚的方法。
文檔編號C07D231/00GK1875007SQ200480031631
公開日2006年12月6日 申請日期2004年11月5日 優先權日2003年11月7日
發明者P·D·科勒門森 申請人:凱米諾瓦有限公司