除草剂炔草酯的合成

除草剂炔草酯的合成

苯氧羧酸铵是一种丙烯酰化酶（ce）激酶抑制剂。20世纪50年代开始应用于生产。由于其价格低廉、杂草速度快、杂草光谱宽、残留少等优点，在生产中发挥了重要作用。广泛用于小麦、玉米和水稻地的阔叶杂草。炔草酯(chodinafop-propargyl)是CibaGeigy公司于1981年开发的苯氧丙酸酯类除草剂,商品名为顶尖(Topic),化学名为(R)-2-[4-(5-氯-3-氟-2-吡啶氧基)丙酸炔丙酯。炔草酯属内吸传导性除草剂,能有效防除鼠尾看麦娘、燕麦、黑麦草、普通早熟禾、狗尾草等。与其他的苯氧丙酸类除草剂类似工艺,合成炔草酯有多条路线,如Rolf等采用传统工艺路线,以对苯二酚为原料,首先与5-氯-2,3-二氟吡啶单醚化反应,为了使单醚化选择性提高,于是增加了对苯二酚配比,未反应的对苯二酚分离相当麻烦,影响产品质量。该工艺路线长,产品提纯困难,使用溶剂种类多,总收率低,经济上不合理。Gottfried等在上述工作的基础上采用(S)-2-氯丙酸与对苯二酚反应的产物(R)-2-(对羟基苯氧基)丙酸为原料,首先与5-氯-2,3-二氟吡啶醚化,不分离的情况下再与氯丙炔反应得到炔草酯,经结晶后产品含量达97%~98%,总收率达85%。笔者即以他们的工作为基础,以(S)-2-氯丙酸为起始原料,着重研究了催化剂在反应工艺中的作用。通过比较聚乙二醇4000和四丁基溴化铵在R(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸合成中的催化效果,发现聚乙二醇4000的催化效果要好于四丁基溴化铵;在合成目标物炔草酯的反应中,选择CuCl2为催化剂,产品收率和质量明显优于文献,产品总收率达86%[以(S)-2-氯丙酸计],质量分数达98%,合成路线如下:1实验部分1.1甲基硅烷gc-ms仪器:X-4数字显示显微熔点测定仪测定,温度未校正;BrukerAvanceDMX500,氘代氯仿作溶剂,四甲基硅烷作内标;ThermoQuestTrace2000GC/MS;NicoletNexus-670FTIR;液相色谱Agilent1100和气相色谱GC-900A。试剂:对苯二酚、氯代丙炔和(S)-2-氯丙酸为工业品(纯度99%),5-氯-2,3-二氟吡啶(99%,进口样品),其余试剂市售。1.2合成工艺1.2.1聚乙二醇玉米醇向装有排空冷凝器、温度计、搅拌棒的1000mL四口烧瓶中加入对苯二酚55g(0.5mol)、(S)-2-氯丙酸54.3g(0.5mol)、63.6g(0.6mol)K2CO3和2g聚乙二醇4000(macrogol4000),水400mL。装好充氮管,向反应瓶内冲入1L/min流速的氮气进行保护。在60℃搅拌反应3h,反应毕,冷却至室温,缓慢滴加稀盐酸至酸性(pH值为2),这时有大量固体析出,过滤,滤饼用饱和食盐水洗涤,得到白色固体(3)88.4g,经液相检测,质量分数为98.4%,收率为97%。1.2.2炔草酯的合成向装有排空冷凝器、温度计、搅拌棒的1000mL四口烧瓶中加入46.54g(0.255mol)(R)-2-(对羟基苯氧基)丙酸和200mL甲苯,装好充氮管,向反应瓶内冲入1L/min流速的氮气进行保护,搅拌下再加入13.8g(0.13mol)Na2CO3,升温至80℃下反应3h。加入37.2gNa2CO3(0.35mol)和1gCuCl2,在75℃下滴加36.9g(0.25mol)5-氯-2,3-二氟吡啶,滴加时间0.5h,滴加毕,再在70~75℃下反应12h。关闭N2保护装置,然后缓慢滴加22g(0.3mol)氯丙炔和100mL甲苯配制的溶液,滴加时间1h,保温反应3h。反应毕,降温至35℃过滤,滤饼用100mL甲苯分批洗涤,滤饼为NaCl及Na2CO3盐。向有机相加入100mL水搅拌0.5h,分出水相,有机相中加入活性炭5g,加热回流脱色2h,降温到室温过滤,滤饼用少量甲苯洗涤,滤液在旋台式真空泵脱去溶剂甲苯,得到炔草酯粗品,然后用100mL甲醇/水(体积比5∶2)重结晶,结晶固体在20℃下真空干燥,得到化合物(1)76.9g,经液谱和GC测定,质量分数98.2%,收率为86.3%[以(S)-2-氯丙酸计],m.p.58~59℃(文献值m.p.59.5℃)。产品结构经质谱、1HNMR、红外光谱和元素分析确证。(e+f)-H),7.09(m,2H,(c+d)-H),7.51(d,J=2.3Hz,1H,b-H),7.87(d,J=2.3Hz,1H,a-H);IR(KBr)v/cm-1:3294(炔氢伸缩振动),3072~2941(烷基上CH伸缩振动),1761(C=O伸缩振动),1597、1578(C=N伸缩振动),1504、1450(芳烃C=C伸缩振动),1203(C-F伸缩振动),845(C-O-C不对成伸缩振动);EI-MS(m/z):349(M.+),266,238,278,222,130,39;Anal.CalcdforC17H13ClFNO4:C58.38,H3.75,N4.00;foundC58.27,H3.72,N3.98。2结果与讨论2.1催化剂和反应温度对r+-2-4-羟基苯氧基丙酸合成的影响在R(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸的合成中,(S)-2-氯代丙酸与对苯二酚进行典型的SN2反应发生单取代合成R(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸,着重研究了催化剂和反应温度对R(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸合成反应的影响,实验结果见表1。从表1实验结果发现:当使用催化剂和较低的反应温度时,Williamson醚化反应比较顺利,R(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸的收率和质量分数都较高。说明相转移催化剂在Williamson醚化反应中的重要性,而原料对苯二酚在较高温度稳定下较差,所以低温反应有利于反应转化率提高。2.2尹草酯1的合成优化2.2.1可扩张型分布在ir和ei-ms谱图上的分子离子峰炔草酯1:炔草酯化学结构各个氢化学位移在1HNMR谱图中比较规范,只有(g-H)和(i-H)的化学位移均为4.78左右,出现的重合。在IR谱图中,羰基峰的伸缩振动峰出现在1761cm-1,吡啶环中的C=N伸缩振动峰出现在1597、1578cm-1两个位置,芳烃C=C伸缩振动峰出现在1504、1450cm-1两个位置。C-F伸缩振动峰出现在1203cm-1位置。在EI-MS谱图中,349是分子离子峰;质谱图中的基峰为39,碎片离子结构是+CH2-CCH。2.2.2-氯-2,3-二氟吡啶的转化反应考虑到从中间体(3)到炔草酯的合成是“一锅法”工艺,而5-氯-2,3-二氟吡啶的价格比较昂贵,因此重点考虑了影响5-氯-2,3-二氟吡啶的转化率及反应溶剂对工艺的影响。5-氯-2,3-二氟吡啶的转化反应涉及到Ullmann反应,通过使用催化剂CuCl2,并进行薄层色谱跟踪发现5-氯-2,3-二氟吡啶的转化率达到了100%,而不使用CuCl2,5-氯-2,3-二氟吡啶的转化率仅能达到85%左右。在反应溶剂的选择上,比较了DMSO、DMF、甲苯、二甲苯、氯苯等溶剂,实验结果见表2。从表2实验结果发现:选择的溶剂极性高时,炔草酯的收率较高,溶剂的沸点较高时,又影响了炔草酯的质量分数,因此采用甲苯为反应溶剂,使炔草酯唑的质量分数和反应收率都比较满意。3b-2-4-羟基苯氧基丙酸和炔草酯的合成在中间体R(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸的合成中,用(S)-2-氯代丙酸与对苯二酚进行典型的SN2反应发生单取代合成R(+)-2-(4-羟基苯氧基