Способ получения хлорангидридных соединений

 

Настоящее изобретение относится к способу получения хлорангидридных соединений формулы I, где Az представляет собой замещенную пиридильную группу формулы V, в которой R² представляет собой атом водорода, С_1-6-алкильную или C_1-6-галогеналкильную группу и заместитель Z представляет собой атом галогена. Согласно изобретению соединение формулы II, где Az имеет вышеуказанные значения, подвергают взаимодействию с кислотой формулы III, где R¹ представляет собой С_1-6-алкильную или С_1-6-галогеналкильную группу и Х представляет собой СО или SO₂, образующей хлорангидрид, который можно отгонять при пониженном давлении, в присутствии кислого катализатора, например серной кислоты, FеСl₃ и ZnCl₂. Технический результат получение хлорангидридных соединений формулы I с высоким выходом при невысокой продолжительности реакции и без использования растворителей, вызывающих проблемы с окружающей средой. 4 з.п.ф-лы, 2 табл.

Az - CCl₃ (II) R¹ - X-OH (III)

Уровень техники Настоящее изобретение относится к способу получения азинилхлорангидридных соединений из трихлорметилазина, в котором трихлорметилазин обрабатывают кислотой, способной образовывать хлорангидрид, который по ходу реакции можно отгонять при пониженном давлении, в присутствии кислого катализатора.

Азинилхлорангидридные соединения являются подходящими промежуточными соединениями для получения широкого ряда соединений, которые могут быть использованы как агрохимикаты, лекарственные препараты или жидкие кристаллы. В частности, они являются ключевыми промежуточными соединениями при получении гербицидных пиридинкарбоксамидов, которые описаны, например, в ЕР 0447004 А.

В патенте США 3875226 описан способ, в котором трихлорметильные соединения обрабатывают диоксидом серы в присутствии кислоты Льюиса с получением хлорангидридных соединений и тионилхлорида.

Однако этот способ трудно осуществить в промышленном масштабе, так как диоксид серы является газообразным при нормальных условиях и с ним необходимо работать при охлаждении и/или под давлением, а эти условия не применимы при широкомасштабном производстве.

В заявке ЕР 0646666 А предлагается гидролизовать трихлорметилазины водой в присутствии хлорированных углеводородов и кислоты Льюиса.

Однако при таком способе возникают проблемы, связанные со скоростью дозирования и точного эквимолярного дозирования воды. Любой избыток воды вызывает гидролиз целевого хлорангидридного соединения, уменьшая таким образом выход.

Кроме того, в настоящее время использование хлорированных углеводородов нежелательно с точки зрения защиты окружающей среды, а количество растворителя, которое используется по методике предшествующего уровня, высоко. Более того, время реакции, необходимое при использовании системы вода/1,2-дихлорэтан, очень велико (24 ч).

В ЕР 0091022 описывается получение изоксазол-5-карбоновой кислоты из 5-трихлорметилизоксазола с использованием трихлоруксуской кислоты и пентахлорида сурьмы или хлорида железа (3) в качестве кислоты Льюиса.

Однако отсутствуют предположения о возможности использования этого способа для других трихлорметилазинов и другой карбоновой кислоты. В то время как реакция с использованием пентахлорида сурьмы завершается за 2 часа, при использовании хлорида железа (3) требуется 8 часов. Одним из недостатков этого способа является то, что дорогой пентахлорид сурьмы ядовит и, следовательно, этот способ не может быть использован в промышленном масштабе. Кроме того, при использовании пентахлорида сурьмы для приготовления азиноилхлоридов достигаются только низкие выходы.

Немецкая патентная заявка DE 3004693 описывает способ одновременного получения ароматических сульфонилгалогенидов и бензоилгалогенидов реакцией ароматических сульфоновых кислот с трихлорметиларенами.

Однако разделение этих продуктов требует очень сложных технологий перегонки.

Задача, которую необходимо решить, состоит в том, чтобы обеспечить способ получения азинилхлорангидридов с высокими выходами, в котором не используются растворители, вызывающие проблемы с окружающей средой, и который не требует большого времени на проведение реакции.

Сущность изобретения Неожиданно было обнаружено, что азинилхлорангидридные соединения формулы I где заместитель Az представляет собой необязательно замещенную азинильную группу, могут быть легко получены с высокими выходами способом, который включает нагревание трихлорметилазина формулы II Az-ССl₃ (II)
где заместитель Az имеет значения, определенные выше,
с кислотой, которая образует хлорангидрид, который можно отгонять по ходу реакции при пониженном давлении, в присутствии кислого катализатора, предпочтительно нагреванием названного трихлорметилазина формулы II с кислотой формулы III
R¹-Х-ОН (III)
где заместитель R¹ представляет собой C_1-6-алкильную или C_1-6-галогеналкильную группу, а Х представляет собой СО или SO₂,
в присутствии кислого катализатора при пониженном давлении.

Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в создании нового эффективного способа получения азиноилхлоридных соединений.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в использовании азиноилхлоридных соединений, полученных в соответствии со способом настоящего изобретения, для получения (гетеро)-арилоксиазинилкарбоксамидоз.

Другие объекты и преимущества настоящего изобретения будут очевидны для специалиста в данной области из последующего описания и прилагаемой формулы изобретения.

Подробное описание изобретения
Если не оговорено особо, то в общем случае термин "необязательно замещенная азинильная группа", применяемый в описании по отношению к заместителю Az, относится к 6-членной гетероциклической группе с, по меньшей мере, одним атомом азота, в частности к пиридиновой или пиримидиновой группе, необязательно замещенной одним или более атомами галогена, нитро-, цианогруппами, алкилом, предпочтительно C_1-6-алкилом, алкоксигруппой, предпочтительно C_1-6-алкокси-, 4-алкилциклогексилом, предпочтительно 4-C_1-6-алкилциклогексилом, или галогеналкилом, предпочтительно C_1-4-галогеналкильными группами.

Как правило, предпочтительны те гетероароматические группы, которые замещены, по меньшей мере, одной электрон-акцепторной группой, в частности одним или более атомами галогена, нитро-, циано- или галогеналкильными группами.

В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения заместитель Az представляет собой необязательно замещенную пиридильную группу формулы V

в которой заместитель R² представляет собой атом водорода или галогена или алкильную или галогеналкилькую группу, и
заместитель Z представляет собой атом галогена.

Если не оговорено особо, то в общем случае термин "алкильная или галогеналкильная группа", применяемый в описании по отношению к радикалу или остатку, относится к прямому или разветвленному радикалу или остатку. Как правило, такие радикалы имеют до 10, в частности до 6, атомов углерода. Соответственно алкильный или галогеналкильный остаток содержит от 1 до 6 атомов углерода, предпочтительно от 1 до 3 атомов углерода. Предпочтительным алкильным остатком является этильная или особенно метильная группа.

Предпочтительными галогеналкильными группами являются поли- или пергалогенированные алкильные группы формулы -(CX₂)_n-Y, где n представляет собой целое число от 1 до 10, предпочтительно от 1 до 6, в частности от 1 до 3, заместитель Х представляет собой атом фтора или хлора и заместитель Y представляет собой водород или X. Предпочтительная полигалогенированная алкильная группа представляет собой пентафторэтил, пентахлорэтил или особенно дифтор- или трифторметильную группу или дихлор- или трихлорметильную группу.

Необязательно замещенные группы могут быть незамещенными или содержать от одного до максимально возможного числа заместителей. Как правило, присутствует от 0 до 2 заместителей.

Дополнительные предпочтительные варианты осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением представляют собой способ, в котором:
(а) Способ, где заместитель Az представляет собой азинильную группу, которая замещена одним атомом галогена и необязательно замещена одной алкильной или галогеналкильной группой, предпочтительно замещенную пиридильную группу формулы V

в которой заместитель R² представляет собой атом водорода или алкильную или галогеналкильную группу, и
заместитель Z представляет собой атом галогена, в частности 6-галогенпирид-2-ильную группу.

(b) Способ, где заместитель R¹ представляет собой метильную группу, необязательно замещенную одним или более атомами хлора.

(c) Способ, где кислый катализатор выбирают из серной кислоты, FеСl₃ и ZnCl₂.

(d) Способ, где нагревают реакционную смесь, по существу состоящую из трихлорметилазина формулы II, кислоты формулы III и кислого катализатора, и хлорангидрид формулы IV
R¹-Х-Сl (IV)
где заместитель R¹ и Х определены выше,
образующийся в ходе реакции, отгоняют при пониженном давлении.

(e) Способ, в котором 1 моль трихлорметилазина формулы II обрабатывают от 0,4 до 1,2 моля кислоты формулы III.

(f) Способ, в котором Х представляет собой SO₂ и кислый катализатор представляет собой серную кислоту с содержанием воды менее 5 вес.%.

(g) Способ, в котором 1 моль трихлорметиларена формулы II обрабатывают кислотой формулы III в присутствии от 0,01 до 0,10 моля кислого катализатора.

Реакцию проводят при температуре между температурой окружающей среды и температурой перегонки реакционной смеси, предпочтительно при повышенной температуре, особенно при температуре перегонки, предпочтительно между 75 и 160^oС, в частности при температуре между с 85 и 130^oС.

Другой объект настоящего изобретения представляет собой использование соединения формулы I для получения (гетеро)-арилоксигетероарилкарбоксамидов формулы VI

где Az представляет собой азинильную группу, необязательно замещенную одной алкильной или галогеналкильной группой, предпочтительно необязательно замещенную пиридильную группу;
Аr представляет собой необязательно замещенную арильную или гетероарильную группу, предпочтительно фенильную группу, замещенную, по меньшей мере, одним атомом галогена или галогеналкильной или галогеналкоксигруппой, в частности пиридин-2,6-диильную группу, в частности 3-трифторметилфенильную группу;
R³ представляет собой атом водорода или алкильную группу, предпочтительно атом водорода, и
R⁴ представляет собой необязательно замещенную алкильную, арильную, гетероарильную или циклоалкильную группу, предпочтительно фенильную группу, замещенную, по меньшей мере, одним атомом галогена или галогеналкильной или галогеналкоксигруппой, в частности 4-фторфенильную группу,
где
(а) моногалогенированный азиноилхлорид формулы I, получаемый из моногалогенированного азинилтрихлорметана формулы II в соответствии с любым из пунктов 1-10,
(b) реагирует с амином формулы VII
HNR³R⁴ (VII)
где заместители R³ и R⁴ принимают значения, определенные выше,
необязательно в присутствии инертного растворителя и/или основания и
(c) получаемый моногалогенированный азинилкарбоксамид реагирует с ароматическим или гетероароматическим гидроксисоединением формулы VIII
Аr-ОН (VIII)
в которой заместитель Аr принимает определенные выше значения,
в присутствии основания, в частности где галогенированный азинилхлорангидрид формулы I, полученный в соответствии с любым из пунктов 1-10, реагирует с амином формулы VII без дополнительной очистки.

Как правило, реакцию проводят при пониженном давлении с целью облегчения отгонки соединения формулы IV, образующегося по ходу реакции. Наиболее предпочтительно проведение реакции при давлениях между 20 и 400 мбар (2 и 40 кПа), в частности между 25 и 250 мбар (2,5 и 25 кПа).

В особенно предпочтительном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением 1 эквивалент трихлорметилазина формулы II, предпочтительно в котором заместитель Аr представляет собой замещенную пиридиновую группу, в частности Нитрапирин, смешивают с 0,05-0,15 эквивалента катализатора, в частности FeСl₃, и нагревают до температуры 80-150^oС, в частности 110-130^oС. Затем к этой реакционной смеси, которую держат при пониженном давлении, прибавляют 0,8-1,2 эквивалента кислоты формулы III, где Х представляет собой СО, в частности хлоруксусную кислоту, дихлоруксусную кислоту или трихлоруксусную кислоту. Соответствующий ацилхлорид формулы IV отгоняют до тех пор, пока реакция не завершится.

При этих предпочтительных условиях реакция, как правило, завершается за время от 1 до 5 часов, в частности от 1,5 до 4 часов.

В другом особенно предпочтительном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением 1 эквивалент трихлорметилазина формулы II, предпочтительно в котором заместитель Az представляет собой замещенную пиридиновую группу, в частности Нитрапирин, смешивают с 0,01-0,05 эквивалента катализатора, в частности H₂SO₄, и нагревают до температуры 80-150^oС, в частности 110-130^oС. Затем к этой реакционной смеси, которую поддерживают при пониженном давлении, прибавляют 0,2-0,8 эквивалента кислоты формулы III, где Х представляет собой SO₂, в частности метансульфокислоту. Соответствующий алкансульфонилхлорид отгоняют до тех пор, пока реакция не завершится.

Если реакцию проводят с эквимолярными количествами гетероциклического трихлорметилазина формулы II и алкансульфокислоты формулы III, могут быть получены смолообразные побочные продукты, которые уменьшают достижимые выходы и вызывают трудности во время процедуры очистки. Таким образом, использование избытка трихлорметилазина может быть выгодным, так как при этом исключается образование этих побочных продуктов.

В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения избыток 1-4 эквивалентов Нитрапирина реагирует с 1 молем метансульфокислоты в присутствии 0,01-0,05 моля H₂SO₄ (96-99 вес.%).

При предпочтительных условиях реакция, как правило, завершается за время 0,25-5 часов, в частности 0,3-3 часа.

Остающийся азиноилхлорид может быть использован как промежуточное соединение для получения требуемых конечных продуктов без дальнейшей очистки. Их можно также очистить с использованием обычных методик, таких как, например, кристаллизация или перегонка, в частности перегонка при пониженном давлении, в частности при давлениях между 1 и 100 мбар (0,1 и 10 кПа).

Новый способ позволяет осуществлять получение азинилхлорангидридов в промышленном масштабе и с высокими выходами, с использованием дешевых легкодоступных выделенных веществ. Более того, кислоты формулы III, которые используют в качестве реагентов в новой методике, могут быть рециркулированы путем добавления воды к соответствующему хлорангидриду, образующемуся в ходе реакции. Таким образом, по новой методике необходимо лишь небольшое количество реагента.

Для облегчения понимания изобретения ниже приведены следующие иллюстративные примеры. Изобретение не ограничивается конкретными описанными или приведенными вариантами, а охватывает весь объем представленной формулы изобретения.

Пример 1. Получение 2-хлор-6-пиридинкарбонилхлорида [в соединении формулы I Az - 2-хлор-6-пиридил].

Смесь 200 ммолей Нитрапирина (2-хлор-6-трихлорметилпиридина) с данным количеством катализатора нагревают до температур между 90 и 130^oС. К реакционной смеси при пониженном давлении прибавляют 200 ммолей органической кислоты. При проведении реакции образующийся в ходе реакции хлорангидрид органической кислоты отгоняют. Ход реакции контролируют с помощью газовой хроматографии (ГХ). Продукт в виде бесцветных кристаллов получают с помощью обычной переработки и перегонки при пониженном давлении. Он имеет следующие физические свойства: т.пл. 74-75^oС, т.кип. 80^oС/2,6 Па.

Спектр ¹H ЯМР (ДМСО, 300 МГц, δ м.д.): 8,11 (м, 2Н, 3-, 5-СН), 7,80 (м, 1Н, 4-СH).

Спектр ¹³С ЯМР (ДМСО, δ м.д.): 154,7 (кв, СОСl), 150,2 (кв, 6-С), 148,8 (кв, 2-С), 141,0 (т, 4-С), 127,9 (т, 3-С), 124,0 (т, 5-С).

Результаты экспериментов приведены в табл. 1, в которой используются следующие сокращения:
СРА - 6-хлорпиридил-2-карбоновая кислота,
АА - уксусная кислота,
DCAA - дихлоруксусная кислота,
САА - хлоруксусная кислота,
ТСАА - трихлоруксусная кислота,
PA - пропионовая кислота.

Пример 2. Получение 2-хлор-6-пиридинкарбонилхлорида [в соединении формулы I Az - 2-хлор-6-пиридил].

Смесь данного количества Нитрапирина (НП, 2-хлор-6-трихлорметилпиридина) с 0,005 моля катализатора нагревают до температуры между 125 и 140^oС. К реакционной смеси при пониженном давлении добавляют 0,1 моля метансульфокислоты. Образующийся при реакции метансульфонилхлорид отгоняют в течение 0,5-2 часов. Ход реакции контролируют методом ГХ-анализа. Продукт получают в виде смеси непрореагировавшего НП, который используется в избытке, и требуемого продукта. Эта смесь может быть использована для получения гербицидных пиридинкарбоксамидов без дополнительной очистки. Продукт в виде бесцветных кристаллов получают перегонкой. Он имеет следующие физические свойства: т.пл. 74-75^oС, т.кип. 80^oС/2,6 Па.

Спектр ¹H ЯМР (ДМСО, 300 МГц, δ м.д.): 8,11 (м, 2Н, 3-, 5-СН), 7,80 (м, 1Н, 4-СН).

Спектр ¹³С ЯМР (ДМСО, δ м.д.): 164,7 (кв, СОСl), 150,2 (кв, 6-С), 148,8 (кв, 2-С), 141,0 (т, 4-С), 127,9 (т, 3-С), 124,0 (т, 5-С).

Результаты экспериментов приведены в табл.2, выход продукта определяют из полученной смеси, состоящей из НП и продукта.

Сравнительный пример. Получение 2-хлор-6-пиридинкарбонилхлорида.

Смесь 200 ммолей Нитрапирина с 10 ммолями SbCl₅ нагревают со температуры 120^oС. При давлении окружающей среды к реакционной смеси добавляют 200 ммолей трихлоруксусной кислоты. Образующийся при реакции трихлорацетилхлорид отгоняют в течение 15 часов. За реакцией наблюдают методом ГХ-анализа. Данные ГХ-анализа показывают, что образуется 9% продукта и 4% 6-хлорпирид-2-илкарбоновой кислоты.

Пример применения. Получение N-(4-фторфенил)-6-(3-трифторметилфенокси)пирид-2-ил-карбоксамида.

Сырой продукт, полученный в соответствии с примером 2е), разбавляют толуолом (200 мл) и добавляют к 4-фторанилину (250 ммолей) при температуре 65^oC, полученную смесь нагревают в течение 1 часа до 100^oC. Смесь охлаждают до 20^oС, промывают разбавленной соляной кислотой и отгоняют легкие фракции. Получают масло, состоящее по существу из N-(4-фторфенил)-6-хлорпирид-2-ил-карбоксамида и непрореагировавшего Нитрапирина. Непрореагировавший Нитрапирин отгоняют при пониженном давлении. Полученный cырой продукт (49,5 г, 87%) разбавляют толуолом (200 мл) и добавляют без дополнительной очистки к смеси карбоната калия (210 ммолей), 3-трифторметилфенола (200 ммолей) и диметилацетамида (120 мл). Толуол отгоняют и реакционную смесь нагревают до 160^oС в течение 4 часов. Растворитель отгоняют и остаток разбавляют толуолом. Смесь промывают NаНСО₃, сушат и концентрируют. Остаток перекристаллизовывают из метанола, получают названное соединение (58,2 г, 85%), т.пл. 105-107^oС.

Формула изобретения

1. Способ получения хлорангидридных соединений формулы I

где Az представляет собой замещенную пиридильную группу формулы V

где заместитель R² представляет собой атом водорода, C_1-6-алкильную группу или C_1-6-галогеналкильную группу и заместитель Z представляет собой атом галогена, путем взаимодействия соединения формулы II
Az-CCl₃ (II)
где Az имеет указанные выше значения, с кислотой формулы III
R¹-X-OH (III)
где R¹ представляет собой C_1-6-алкильную группу или C_1-6-галогеналкильную группу и X представляет собой СО или SO₂, образующей хлорангидрид, который можно отгонять во время реакции при пониженном давлении, в присутствии кислого катализатора.

2. Способ по п.1, в котором кислый катализатор выбирают из серной кислоты, FеСl₃ и ZnCl₂.

3. Способ по п.1, где Az представляет собой б-галогенпирид-2-ильную группу.

4. Способ по п.1, в котором 1 моль соединения формулы II обрабатывают 0,4-1,2 моля кислоты формулы III.

5. Способ по п.1, в котором 1 моль соединения формулы II обрабатывают кислотой формулы III в присутствии 0,01-0,10 моля кислого катализатора.

Приоритет по пунктам и признакам:
23.08.1996 по пп.1-5, где Х представляет собой СО и кислый катализатор выбирают из FеС1₃ или ZnCl₂;
07.11.1996 по пп.1-5, где Х представляет собой SO₂.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2