專利名稱：接續(xù)氧化取代的8-羥基喹啉而制備取代的吡啶-2，3-二羧酸的方法
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，將次氯酸鹽接續(xù)添加到過氧化氫-堿氧化過程中，能令人驚異地減少在得到最佳產(chǎn)物純度時(shí)所需的過氧化氫的量，并能顯著地增加產(chǎn)物收率。由此產(chǎn)生的取代吡啶-2，3-二羧酸可用作制備新穎吡啶和喹啉咪唑啉酮除草劑的中間體。用作起始物料的相應(yīng)地取代的吡啶和喹啉2，3-二羧酸酐可按美國專利4，562，257中所述的方法，從它們的吡啶和喹啉2，3-二羧酸前體制備得到。用于從分子式Ⅰ的取代吡啶-2，3-二羧酸得到分子式Ⅳ的除草劑的反應(yīng)順序示于反應(yīng)流程圖Ⅰ中。
反應(yīng)流程圖Ⅰ
本發(fā)明涉及一種制備分子式Ⅰ
的取代吡啶-2，3-二羧酸的新穎方法，式中X是氫、鹵素或甲基，但若Y和Z結(jié)合在一起，共同形成一個(gè)環(huán)，且YZ由-(CH2)n-的結(jié)構(gòu)表示時(shí)，(其中n是3或4)，則X是氫;
Y和Z各自表示選自由下述基團(tuán)(或元素)所組成的組中的任何基團(tuán)(或元素)，即氫、鹵素、C1-C6的烷基、C1-C6的羥基烷基、C1-C6氨基烷基、C1-C6鹵烷基、C1-C6的磺?；榛?、硝基、羥基、甲?；?、羧基、?；Ⅴ０被?、氨基、C1-C4的烷基氨基、二低級(jí)烷基氨基、C1-C4的烷基磺?；?、亞磺酰氨基，或者可任選地被一個(gè)C1-C4的烷基、C1-C4的烷基磺酰基、鹵素、羥基或三氟甲基、取代的苯基;而當(dāng)Y和Z結(jié)合在一起時(shí)，則可共同形成一環(huán)，若X為氫時(shí)，則環(huán)中YZ系由-(CH2))n-的結(jié)構(gòu)表示，其中n是選自3或4的整數(shù);或者YZ為
，其中L、M、Q和R1各自表示選自由下述基團(tuán)(或元素)所組成的組中的任一基團(tuán)(或元素)，即氫、鹵素、C1-C4的烷基、C1-C4的烷基磺?；1-C4的鹵烷基、氨基、C1-C4的烷基氨基、二低級(jí)烷基氨基和三氟甲基，但需L、M、Q或R1中僅有一個(gè)代表除氫、鹵素或C1-C4烷基外的基團(tuán)。
分子式Ⅰ的化合物可通過下述方法制備在堿(水溶液)存在下，先用過氧化氫，接著加入次氯酸鹽，將分子式Ⅱ
的取代羥基喹啉氧化。
適用于本發(fā)明之方法的堿液包括堿金屬和堿土金屬的氫氧化物和碳酸鹽，如鈉、鉀、鋰和鈣的氫氧化物或碳酸鹽，以及它們的混合物。氫氧化鈉和氫氧化鉀的水溶液均是較佳的堿。
在60°-100℃，最好為85°-90℃的溫度下，并在堿液(最好為5.5摩爾當(dāng)量)存在下，用約為7-14摩爾當(dāng)量(最好為8摩爾當(dāng)量)的過氧化氫處理分子式Ⅱ的8-羥基喹啉。在加入上述試劑后，使反應(yīng)維持約1小時(shí)，然后在反應(yīng)液中加入無機(jī)酸，使pH約為8-13(較佳的pH范圍約為10.5-11.5)，并將溫度調(diào)節(jié)至約25°-90℃，其中尤以65°-70℃為佳。此時(shí)加入1.0-2.0摩爾當(dāng)量(最好為1.5摩爾當(dāng)量)的次氯酸陰離子(配制成5%-30%的水溶液)，或直接通入氯氣，使之就地產(chǎn)生。反應(yīng)溫度宜為25°-85℃，但若在較低溫度下則需延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，以使氧化完全。
按照本發(fā)明的方法，分子式Ⅱ的8-羥基喹啉氧化成分子式Ⅰ的吡啶-2，3-二羧酸系通過二步法(twopartprocess)的處理完成。氧化反應(yīng)的第一步是在堿液存在下，用過氧化氫裂解帶有羥基的非雜環(huán)的芳香環(huán)，以產(chǎn)生分子式Ⅰa中間體。如反應(yīng)流程圖Ⅱ所示，該法的第二步是通過引入次氯酸陰離子，將分子式Ⅰa中間體的支鏈氧化成羧酸功能團(tuán)。
反應(yīng)流程圖Ⅱ
在上述式中，R2和R3表示選自由羧酸、乙醇酸、醛、羥甲基和其他處于中間氧化狀態(tài)的烷基所組成的功能團(tuán)組中的基團(tuán)的混合物。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，盡管過氧化氫對(duì)于第一個(gè)氧化步驟，亦即芳香環(huán)體系的裂解是較佳的，但出人意料的是，次氯酸陰離子對(duì)所產(chǎn)生的中間體完全氧化成最終的二羧酸產(chǎn)物卻更為可取。
在引入次氯酸陰離子時(shí)，反應(yīng)液的pH值對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率有較大影響。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，將反應(yīng)液的pH值調(diào)節(jié)至約10.5-11.5的范圍內(nèi)，可獲得很高的反應(yīng)產(chǎn)物的收率。
在加入5%-30%次氯酸鹽水溶液，或通入氯氣使之就地產(chǎn)生后，接著用碘化鉀-淀粉指示劑試驗(yàn)來檢驗(yàn)次氯酸陰離子的存在與否。當(dāng)?shù)饣?淀粉試驗(yàn)呈現(xiàn)陰性(通常在1小時(shí)以后)時(shí)，則用無機(jī)酸將反應(yīng)混合液酸化，然后用常規(guī)方法分離，如過濾，或用合適的有機(jī)溶劑萃取，最終可得到二羧酸產(chǎn)物。
可用該法制備的一些化合物示于下表Ⅰ。
表Ⅰ
XYZH CH3HH C2H5HC2H5C2H5HH H CH3CH3H HH C2H5C2H5H H2N-C6-H12HHBrHH NH2HH NH2CH3H HOCH2HH CH2＝CH-CH2CH3H CH2＝CH-CH2HH -SO2NH2CH3H CH3-CH(OH) H
分子式(Ⅱ)所示的8-羥基喹啉起始化合物可以方便地由該技術(shù)領(lǐng)域已知的方法制備，如SKraup反應(yīng)、Doebner-Miller反應(yīng)或喹啉的磺化反應(yīng)。
以下所給出的例子主要在于對(duì)本發(fā)明作更為具體和詳細(xì)的說明，以有助于進(jìn)一步理解本發(fā)明。因此，并不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制(但權(quán)利要求書中所限定的除外)。除非另行指出，所有的份數(shù)均以重量計(jì)，而所有的溫度均為攝氏量值。
例1用過氧化氫和次氯酸鈉制備5-乙基吡啶-2，3-二羧酸在攪拌下，將50%氫氧化鈉(46.2克，0.578摩爾)和3-乙基-8-羥基喹啉(50.0克，0.289摩爾)在147毫升水中的混合物加熱到90℃，同時(shí)用5.4摩爾當(dāng)量的35%過氧化氫(152.0克，1.56摩爾)和50%氫氧化鈉(81.0克，1.01摩爾)處理。接著再加入1.6摩爾當(dāng)量的35% H2O2(45.0克，0.46摩爾)。反應(yīng)溫度被維持在90°-95℃，直至放熱終止，然后再在90°-95℃的溫度下保持1小時(shí)。冷卻至70-80℃后，用93%硫酸將反應(yīng)液的pH調(diào)節(jié)至11.5，接著加入14.3%次氯酸鈉(108.2克，0.207摩爾)，添加持續(xù)1小時(shí)。在室溫下將反應(yīng)液攪拌16小時(shí)后，進(jìn)行過濾。濾液用硫酸鈉(50.0克)和四氟呋喃(1066克)處理。在攪拌下，將所產(chǎn)生的混合物用93%硫酸(75.4克)處理至pH2。經(jīng)兩相分離后，水相用四氫呋喃萃取3次，每次用量為130克。有機(jī)相被合并后，在真空下蒸發(fā)至干。所產(chǎn)生的白色固體殘留物在60℃和真空下干燥72小時(shí)，最終得到54.1克(87.0%，90.4%純度)產(chǎn)物。
例2用過氧化氫和次氯酸鈉制備5-甲基吡啶-2，3-二羧酸在攪拌下，將50%氫氧化鈉(52.0克，0.65摩爾)和3-甲基-8-羥基喹啉鹽酸鹽(19.6克，0.10摩爾)在153毫升水中的混合物加熱至80℃，并用30%過氧化氫(159.0克，14摩爾)處理2小時(shí)。在添加過程中，反應(yīng)溫度被維持在80-85°，然后再在該溫度下保持1小時(shí)。冷卻至65°(pH11.6)后，反應(yīng)液用15%次氯酸鈉(50.0克，0.10摩爾)處理，并在70℃下加熱1小時(shí)。將反應(yīng)液冷卻至40℃后，用37%鹽酸(4.5毫升)將其pH值調(diào)節(jié)至1.7，然后再在20℃下冷卻1小時(shí)。將反應(yīng)混合液過濾后，所產(chǎn)生的濾餅在60℃和真空下進(jìn)行干燥，最終得到10.8克灰白色固體產(chǎn)物。
例3對(duì)取代的8-羥基喹啉經(jīng)過氧化氫-次氯酸鹽接續(xù)氧化成取代吡啶-2，3-二羧酸的評(píng)價(jià)在85-90℃溫度下，并在5.5摩爾堿液存在下，用8-14摩爾當(dāng)量的過氧化氫處理3-乙基-8-羥基喹啉溶液。反應(yīng)液在85°-90℃下保持1小時(shí)后，或使之冷卻至室溫，用常規(guī)方法分離出5-乙基吡啶-2，3-二羧酸產(chǎn)物;或者將反應(yīng)溫度調(diào)節(jié)至65-70℃后，加入無機(jī)酸，將pH調(diào)節(jié)至10.5-11.5，然后加入1.0-2.0摩爾當(dāng)量的15%次氯酸鈉水溶液，在65-70℃下保持1至1.5小時(shí)后，分離得到5-乙基吡啶-2，3-二羧酸產(chǎn)物。
測(cè)定所有實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物收率，并示于表Ⅱ。
表Ⅱ3-乙基-8-羥基喹啉的氧化實(shí)驗(yàn)次數(shù) H2O2的摩爾 Na OCl的 5-乙基-吡啶-2，3-當(dāng)量摩爾當(dāng)量二羧酸的收率，%18.00.072.018.02.090.8114.00.082.828.00.059.328.02.075.3214.00.061.038.00.066.038.02.086.2314.00.069.148.02.089.6414.00.063.6514.00.077.0514.02.088.0614.00.073.0614.02.086.0
714.00.070.5714.01.086.2例4過氧化氫-次氯酸鹽氧化與單用過氧化氫氧化的比較在85-95℃下，將過氫化氫添加到3-乙基-8-羥基喹啉在5.5摩爾堿的溶液中后，將反應(yīng)液分成二部分。一部分反應(yīng)液被冷卻至室溫，用常規(guī)方法分離出5-乙基吡啶-2，3-二羧酸產(chǎn)物，并測(cè)定反應(yīng)產(chǎn)率。其余部分反應(yīng)液在75°-78℃下用無機(jī)酸將其pH值調(diào)節(jié)至10-11，然后加入1.0-2.0摩爾當(dāng)量的15%次氯酸鹽水溶液。1小時(shí)后，用常規(guī)方法分離出5-乙基吡啶-2，3-二羧酸，并測(cè)定反應(yīng)產(chǎn)率。所得結(jié)果示于下表，以作比較。
表3由3-乙基-8-羥基喹啉氧化而生成5-乙基吡啶-2，3-二羧酸之產(chǎn)率的增高。
H2O2的 15%Na OCl 溫度收率百分?jǐn)?shù)摩爾當(dāng)量的摩爾當(dāng)量pH℃的增值8.02.011.07527.08.01.0--13.78.02.011.07830.87.01.511.07819.38.01.511.07823.7例5添加次氯酸鹽對(duì)過氧化氫氧化3-乙基-8-羥基喹啉的影響在85-90℃下，用14.0摩爾當(dāng)量的過氧化氫處理3-乙基-8-羥基喹啉在5.5摩爾堿液中的溶液。1小時(shí)后，將反應(yīng)液分成二部分，并將其中一部分冷卻至室溫。用常規(guī)方法分離出5-乙基吡啶-2，3-二羧酸產(chǎn)物，并測(cè)定產(chǎn)物收率。其余部分的反應(yīng)液用5%次氯酸鈉水溶液處理，16小時(shí)后，分離出5-乙基吡啶-2，3-二羧酸產(chǎn)物，并測(cè)定反應(yīng)產(chǎn)率。測(cè)定結(jié)果示于下表，以作比較。
表5將次氯酸鹽接續(xù)添加到3-乙基-8-羥基喹啉的過氧化氫氧化反應(yīng)中所產(chǎn)生的5-乙基吡啶-2，3-二羧酸收率的增高H2O2的 15% Na OCl 時(shí)間收率百分?jǐn)?shù)摩爾當(dāng)量的摩爾當(dāng)量溫度小時(shí)的增值140.25室溫162.2140.50室溫164.1141.00室溫1625.7141.50室溫1625.2142.00室溫1618.1例63-乙基-8-羥基喹啉的制備在氮?dú)夥蘸蛿嚢柘?，將鄰氨基苯?76.3克，0.70摩爾)、85%鄰硝基苯酚(40.0克，0.24摩爾)和37%鹽酸水溶液(228克，2.31摩爾)所組成的混合物加熱至95℃，并用2-乙基丙烯醛(106.0克，1.26摩爾)處理2小時(shí)。再維持1小時(shí)后，用總量為925克的水使反應(yīng)液驟然冷卻，然后用50%氫氧化鈉水溶液(160克，2.0摩爾)將pH值調(diào)節(jié)至7.0。有機(jī)層經(jīng)分離和冷卻后，在90℃的真空下干燥，最終得到暗褐色固體產(chǎn)物(179.0克，67.4%純度)。
例73-甲基-8-羥基喹啉鹽酸鹽的制備在攪拌下，將鄰氨基苯酚(5.18公斤，47.5摩爾)、鄰硝基苯酚(2.91公斤，20.9摩爾)和37%鹽酸水溶液(7.27公斤，73.7摩爾)所組成的混合物加熱至85-90℃，并用2-甲基丙烯醛處理2.25小時(shí)。添加完畢后，使反應(yīng)溫度在90℃下保持1小時(shí)，然后冷卻至50℃。接著加入異丁醇(20.4公斤)和甲苯(21.9公斤)，并用共沸蒸餾除去水，剩下的反應(yīng)混合液再被冷卻和過濾。濾餅經(jīng)異丁醇和甲苯洗滌后，在60℃和真空下干燥，最終得到所需產(chǎn)物的鹽酸鹽，呈亮黃色固體狀(5.28公斤，96.5%純度)。
權(quán)利要求
1.一種制備分子式I
的吡啶-2，3-二羧酸的方法，式中X是氫、鹵素或甲基、但在Y和Z結(jié)合在一起，共同形成一個(gè)環(huán)，且YZ由-(CH2)n-的結(jié)構(gòu)表示(其中n是3或4)的條件下，則X是氫；Y和Z各自表示選自由下述組分所組成的組中的任何基團(tuán)(或元素)，即氫、鹵素、C1-C6烷基、C1-C6羥基烷基、C1-C6的鹵烷基、C1-C6的氨基烷基、C1-C6的磺?；榛⑾趸?、羥基、甲酰基、羧基、?；?、酰氨基、氨基、C1-C4的烷基氨基、二低級(jí)烷基氨基、C1-C4的烷基磺?；喕酋０被?、或者可任選地被一個(gè)C1-C4烷基、C1-C4的烷基磺酰基、鹵素、羥基或三氟甲基取代的苯基；而當(dāng)Y和Z結(jié)合在一起時(shí)，則可同時(shí)形成一環(huán)，若X為氫時(shí)，則環(huán)中YZ系由-(CH2)n-的結(jié)構(gòu)表示，其中n是選自3或4的整數(shù)；或者YZ為
，其中L、M、Q和R1各自表示選自由下述基團(tuán)(或元素)所組成的組中的任一基團(tuán)(或元素)，即氫、鹵素、C1-C4的烷基、C1-C4的烷基磺?；?、C1-C4的鹵烷基氨基、C1-C4的烷基氨基、二低級(jí)烷基氨基和三氟甲基，但需L、M、Q或R1中僅有一個(gè)可代表除氫、鹵素或C1-C4烷基以外的取代基，該法的特征在于使分子式Ⅱ 的8-羥基喹啉化合物(式Ⅱ中X、Y和Z的定義均如在以上分子式I中所述)在60-100℃溫度和5.5摩爾當(dāng)量堿液存在下，與7-14摩爾當(dāng)量的30-50%的過氧化氫水溶液反應(yīng)1小時(shí)，然后使該反應(yīng)混合物冷卻至25-90℃，再加入無機(jī)酸，將pH調(diào)節(jié)至約8-13，接著再加1.0-2.0摩爾當(dāng)量的次氯酸鹽(或以5%-30%水溶液的形式加入，或通入氯氣，使之就地產(chǎn)生)，在65-75℃下經(jīng)1至2小時(shí)后，即可分離出二羧酸產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在60-100℃的溫度范圍和攪拌下，將8.0摩爾當(dāng)量的過氧化氫和5.5摩爾的堿(水溶)液加到分子式Ⅱ的8-羥基喹啉溶液中，添加完畢后，在上述溫度范圍內(nèi)保持1小時(shí)，然后再加入無機(jī)酸，將pH值調(diào)節(jié)至8-13，接著加入1.0-2.0摩爾當(dāng)量的次氯酸鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于反應(yīng)混合液的pH值范圍在添加次氯酸鹽時(shí)為10.5-11.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所說的1.5摩爾當(dāng)量的次氯酸鹽系由直接通入氯氣而就地產(chǎn)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所說的1.5摩爾當(dāng)量的次氯酸鹽系以5%-15%水溶液的形式添加。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于從相應(yīng)取代的8-羥基喹啉前體或其酸加成鹽制備5-取代、6-取代和5，6-雙取代的吡啶-2，3-二羧酸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于從3-乙基-8-羥基喹啉或其酸加成鹽制備5-乙基吡啶-2，3-二羧酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于從3-甲基-8-羥基喹啉或其酸加成鹽制備5-甲基吡啶-2，3-二羧酸。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于從8-羥基喹啉或其酸加成鹽制備吡啶-2，3-二羧酸。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用過氧化物-次氯酸鹽接續(xù)氧化取代的8-羥基喹啉，以制備取代的吡啶-2，3-二羧酸的新穎方法。
文檔編號(hào)C07D213/803GK1044463SQ8910092
公開日1990年8月8日 申請(qǐng)日期1989年2月24日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月10日
發(fā)明者約翰·約瑟夫斯·帕斯卡瓦奇 申請(qǐng)人:美國氰胺公司