Способ получения галогенидов [(5,6-дикарбокси-3-пиридил)- метил] аммония и способ получения имидазолиноновых соединений

Способ получения галогенидов [(5,6-дикарбокси-3-пиридил)- метил] аммония и способ получения имидазолиноновых соединений

Реферат

 

Галогениды [(5,6-дикарбокси-3-пиридил)метил] аммония формулы I, где R¹, R², R³ - С_1-4-алкил и, когда взятые вместе R¹, R² образуют 5- или 6-членное кольцо, возможно прерванное О, S или NR³, R³ - С_1-4-алкил, Х - Cl, Br, J; Z - H или галоген; Z - Н, галоген, циано или нитро, получают окислением соединения формулы II перекисью водорода в присутствии водного основания. Соединения формулы I полезны в качестве промежуточных соединений при получении гербицидных 5-(алкоксиметил)-2-(имидазолин-2-ил) никотиновых кислот, сложных эфиров и солей. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл.

Галогениды (или галиды) [(5,6-дикарбокси-3-пиридил)-метил] аммония являются полезными в качестве промежуточных соединений при получении гербицидных 5-(алкоксиметил)-2-(2-имидазолин-2-ил) никотиновых кислот, сложных эфиров и солей. Способ превращения производных 5-метил-2,3-пиридиндикарбоновой кислоты в галиды [(5,6-дикарбокси-3-пиридил)метил]аммония описан в патенте США 5378843. Хотя способ данного патента является полезным, ведутся непрерывные исследования в поиске новых способов получения галидов [(5,6-дикарбокси-3-пиридил)метил]аммония.

По этой причине целью настоящего изобретения является создание эффективного и простого способа получения галидов [(5,6-дикарбокси-3-пиридил)метил] аммония.

Краткое описание изобретения Настоящее изобретение предоставляет эффективный и простой способ получения галида [(5,6-дикарбокси-3-пиридил)-метил]аммония, имеющего структурную формулу I где R, R₁ и R₂ представляют, каждый независимо, C₁-C₄-алкил и, когда они взяты вместе, R и R₁ могут образовывать 5- или 6- членное кольцо, необязательно прерванное О, S или NR₃; R₃ представляет C₁-C₄-алкил; X представляет Cl, Br или I; Z представляет водород или галоген; и Z₁ представляет водород, галоген, циано или нитро, который включает окисление замещенного галида (3-хинолилметил) аммония, имеющего структурную формулу II где R, R₁, R₂, X, Z и Z₁ имеют значения, описанные выше для формулы I; R₄, R₅, R₆ и R₇ представляют, каждый независимо, водород, гидрокси, нитро, OC(O)R₈, галоген, NR₉R₁₀, C₁-C₄-алкокси, SO₃H, SO₂Cl или SH, при условии, что один из R₄, R₅, R₆ и R₇ является отличным от водорода или галогена; R₈ представляет C₁-C₄-алкил, C₁-C₄-алкокси, фенил или NR₁₁R₁₂; R₉, R₁₀, R₁₁ и R₁₂ представляют, каждым независимо, водород, C₁-C₄-алкил или фенил; их N-oкcидoв и их кислотно аддитивных солей, перекисью водорода в присутствии водного основания.

Подробное описание изобретения В предпочтительном воплощении настоящего изобретения замещенный галид (3-хинолилметил) аммония, представленный формулой II, окисляют по крайней мере примерно 8 молярными эквивалентами перекиси водорода в присутствии не менее примерно 1 молярного эквивалента, предпочтительно, около 4-10 молярных эквивалентов, водного раствора основания, предпочтительно при температуре в диапазоне от около 50^oC до около 100^oC, более предпочтительно от около 75^oC до около 95^oC.

Обнаружено, что галиды [(5,6-дикарбокси-3-пиридил)-метил] аммония получаются с высоким выходом и степенью чистоты с помощью простого и эффективного способа настоящего изобретения. Продукт процесса: галиды [(5,6-дикарбокси-3-пиридил)-метил] аммония могут быть выделены путем подкисления реакционной смеси неорганической кислотой и сбора полученного в результате продукта формулы I с помощью стандартных способов. Альтернативно, реакционная смесь может быть включена в процесс, используемый для получения конечного гербицидного продукта без выделения соединения формулы I.

Примерами галогена, указанного выше для Z, Z₁, R₄, R₆ и R₇ являются фтор, хлор, бром или йод, причем хлор является предпочтительным.

Водные основания, подходящие для использования по способу настоящего изобретения, включают гидроксиды щелочных металлов, такие как гидроксид натрия и гидроксид калия, гидроксиды щелочноземельных металлов, такие как гидроксид кальция, карбонаты щелочных металлов, такие как карбонат натрия и карбонат калия, карбонаты щелочноземельных металлов, такие как карбонат кальция, и их смеси. Предпочтительные водные основания включают водный гидроксид натрия и водный гидроксид калия.

Преимущественно, замещенные галиды (3-хинолилметил)-аммония формулы II являются высокорастворимыми в водном основании. Обычно, предпочтительными являются концентрации основания от около 35 до 65% по весу, причем концентрация от около 40 до 60%, является более предпочтительной. В прошлом, некоторые хинолины окисляли перекисью водорода в присутствии водных оснований, имеющих концентрации вплоть до около 35% по весу (см., например, патент США 4816588). Однако является желательным использование более концентрированного водного основания, поскольку это уменьшает количество получаемых сточных вод. Еще одним преимуществом процесса настоящего изобретения является то, что не требуются сорастворителей, смешиваемых с водой, поскольку галиды замещенного (3-хинолилметил) аммония являются хорошо растворимыми в водном основании.

Для полного окисления замещенных галидов (3-хинолилметил) аммония формулы II требуется минимум 8 молярных эквивалентов перекиси водорода. Предпочтительно, используется от около 8 до около 60 молярных эквивалентов 30 - 50% водного раствора перекиси водорода, более предпочтительно от около 8 до 40 молярных эквивалентов 30 - 50% водного раствора перекиси водорода, для окисления соединения формулы II.

В предпочтительном способе настоящего изобретения R, R₁ и R₂ представляют, каждый независимо, C₁-C₄-алкил; X представляет C₁, или Br; Z и Z₁ представляют водород; по крайней мере один из R₄, R₅, R₆ и R₇, представляет водород, нитро или OC(O)R₈; и R₈ представляет C₁-C₄-алкил, C₁-C₄-алкоксил или фенил.

В более предпочтительном способе настоящего изобретения R, R₁ и R₂ являются метилом; X является Br; R₅, R₆, R₇, Z и Z₁ являются водородом; R₄ является гидрокси, нитро или OC(O)R₈; и R₈ является C₁-C₄-алкилом или C₁-C₄-алкокси.

Замещенные галиды (3-хинолилметил) аммония формулы II могут быть получены путем галоидирования замещенного 3-метилхинолина формулы III галоидирующим агентом в присутствии растворителя и, необязательно, в присутствии каталитического количества радикального инициатора с образованием замещенного 3-галоидметилхинолина формулы IV и взаимодействия соединения формулы IV с не менее, чем приблизительно одним молярным эквивалентом амина формулы V в присутствии растворителя. Схема реакции представлена на схеме I (в конце описания).

Настоящее изобретение также представляет способ получения гербицидных соединений: 5-(алкоксиметил)-2-(2-имидазолин-2-ил) никотиновых кислот, сложных эфиров и солей, имеющих формулу где Z и Z₁ имеют значения, определенные выше; A представляет O или S; R₁₂ представляет C₁-C₄-алкил, необязательно замещенный фенилом, необязательно замещенным одной - тремя C₁-C₄-алкильными группами или атомами галогена, или фенилом, необязательно замещенным одной - тремя C₁-C₄-алкильными группами или атомами галогена; R₁₃ является C₁-C₄-алкилом; R₁₄ является C₁-C₄-алкилом, C₃-C₆-циклоалкилом или R₁₃ и R₁₄, когда они взяты вместе с атомом, к которому они прикреплены, представляют C₃-C₆-циклоалкильную группу, необязательно замещенную метилом, и R₁₅ является водород, ди-низшим алкилимино, C₁-C₁₂- алкилом, необязательно замещенным одной из следующих групп: C₁-C₃-алкокси, галоген, гидрокси, C₃-C₆-циклоалкил, бензилокси, фурил, фенил, галоидфенил, низший алкилфенил, низший алкоксифенил, нитрофенил, карбоксил, низший алкоксикарбонил, циано или три-низший алкиламмоний; C₃-C₁₂-алкенилом, необязательно замещенным одной из следующих групп: C₁-C₃-алкокси, фенил, галоген или низший алкоксикарбонил, или двумя C₁-C₃-алкоксигруппами, или двумя галогеновыми группами; C₃-C₆-циклоалкилом, необязательно замещенным одной или двумя C₁-C₃-алкильными группами; или катионом, предпочтительно выбранным из группы, состоящей из щелочных металлов, щелочноземельных металлов, марганца, меди, железа, цинка, кобальта, свинца, серебра, никеля, аммония и органического аммония; и когда R₁₃ и R₁₄ представляют различные заместители, их оптических изомеров; который включает: (а) получение соединения, имеющего формулу I где Z, Z₁, R, R₁, R₂ и X, имеют значения определенные выше, с помощью способа, определенного выше.

(b) превращение указанного соединения формулы I в соединение, имеющее формулу VI.

Термин "низший", как его используют выше по отношению к алкильным и алкокси группам, означает, что алкильная или алкокси группа содержит от 1 до 6, предпочтительно, от 1 до 4 атомов углерода.

Превращение соединения, имеющего формулу I, в соединение, имеющее формулу VI, может осуществляться множеством способов. Можно спланировать процессы путем объединения реакций, известных для превращения одного производного карбоновой кислоты в другое.

Способы, которые могут использоваться для создания имидазолиноновых гербицидов, иллюстрируются в книге "The imidazolinone Herbicides" D.L. Shaner and S.L. о'Connor, published 1991 by CRC Press, Boca Raton, Florida с конкретной ссылкой на главу 2, озаглавленную "Synthesis of the Imidazolinone Herbicides", страницы 8-14, и цитируемых там ссылках. Следующие патенты также иллюстрируют способы, которые могут использоваться для превращения производных карбоновой кислоты в имидазолиноновые конечные продукты.

Патенты США NN 5378843; 5371229; 5520694; 5110930; 5122608; 5206368; 4925944; 4921961; 4959476; 5103009; 4816588; 4757146; 4798619; 4766218; 5001254; 5021078; 4723011; 4709036; 4658030; 4608079; 4719303; 4562257; 4518780; 4474962; 4623726; 4750978; 4638068; 4439607; 4459408; 4459409; 4460776; 4125727 и 4758667, и Европейские заявки на патент NN ЕР-A-O-041623; ЕР-A-O-331899 и ЕР-A-O-388619.

Для облегчения дальнейшего понимания изобретения, представлены следующие ниже примеры прежде всего с целью иллюстрации его более конкретных подробностей. Изобретение не должно ограничиваться примерами, поскольку полный объем изобретения определен в формуле изобретения.

Пример 1 Получение бромида [(5,6-дикарбокси-3-пиридил)метил]триметиламмония Раствор перекиси водорода (20 г, 30% вес/вес, 12 эквивалентов) добавляют к перемешиваемому раствору бромида [(8-ацетокси-3-хинолил)метил]триметиламмония (5,0 г, 14,7 ммоль) и раствору гидроксида натрия (9,4 г, 50% вес/вес, 8 эквивалентов) при 85 - 90^oC в течение 15 минут. Полученную в результате реакции смесь перемешивают при температуре от 85 до 90^oC в течение 90 минут, обрабатывают дополнительным количеством раствора перекиси водорода (26 г, 30% вес/вес 15,6 эквивалентов) при 85^oC в течение 30 минут, и перемешивают при 85 - 90^oC в течение одного часа. ЖХ анализ конечной реакционной смеси показывает, что получен указанный в заголовке продукт с выходом 80%.

Примеры 2-4 Используя по существу тот же самый способ, что описан в примере 1, но используя различные бромиды [(8-замещенный-3-хинолил)метил] триметиламмония, получают бромид [(5,6-дикарбокси-3-пиридил)метил] триметиламмония с выходами, показанными в таблице.

Пример 5 Получение 8-ацетокси-3-метилхинолина Смесь гидрохлоридной соли 8-гидрокси-3-метилхинолина (200 г, 1,02 моль) и гидроксида натрия (102 г, 2,55 моль) в воде (1,000 мл) обрабатывают уксусным ангидридом (208 г, 2,04 моль) при 0 до 10^oC в течение 1 часа и перемешивают при комнатной температуре в течение 1 часа. Добавляют дополнительную порцию уксусного ангидрида (50 г, 0,49 моль), и полученную смесь перемешивают в течение одного часа, обрабатывают насыщенным раствором бикарбоната натрия (100 мл) и фильтруют до получения твердого вещества. Твердое вещество промывают водой, сушат при 60^oC в вакуумной печи и перекристаллизуют из раствора этилацетат/гептан с получением указанного в заголовке продукта в виде белых иголок (168,5 г, выход 82%).

Пример 6 Получение 8-бензоилокси-З-метилхинолина Смесь гидрохлоридной соли 8-гидрокси-3-метилхинолина (10 г, 0,051 моль) и триэтиламина (15,5 г, 0,15 моль) в метиленхлориде (100 мл) обрабатывают бензоилхлоридом (10,8 г, 0,077 моль) при 0 - 10^oC в течение 1 часа, перемешивают при комнатной температуре в течение трех часов и разбавляют водой. Фазы разделяют, и органическую фазу промывают водой, сушат над безводным сульфатом магния и концентрируют в вакууме с получением твердого вещества. Твердое вещество перекристаллизуют из раствора гептана/толуола с получением указанного в заголовке продукта в виде бледно-желтых кристаллов (8,8 г, выход 65%).

Пример 7 Получение бромида [(8-Ацетокси-3-хинолил)метил]триметиламмония Раствор 8-ацетокси-З-метилхинолина (168,5 г, 0,84 моль), N-бромсукцинимида (177,9 г, 1,00 моль) и 2,2'-азобисизобутиронитрила (6,7 г, 0,04 моль) в хлорбензоле (1,675 мл) продувают азотом, нагревают при 80 - 90^oC в атмосфере азота в течение 2 часов, охлаждают до комнатной температуры и фильтруют. Смесь фильтрата в ацетоне (700 мл) обрабатывают триметиламином (75,4 г, 1,28 моль) при 0 - 5^oC в течение 30 минут, перемешивают при комнатной температуре в течение 1 часа и фильтруют с получением твердого вещества. Твердое вещество промывают ацетоном и сушат при 60^oC в вакуумной печи с получением указанного в заголовке продукта в виде белого твердого вещества (180 г, общий выход 63%).

Используя, по существу, ту же процедуру, но используя различные 8-замещенный-3-метилхинолины, получают следующие соединения.

Пример 8 Получение бромида [(8-гидрокси-3-хинолил)метил]триметиламмония Раствор бромида [(8-ацетокси-3-хинолил)метил] триметиламмония (5,0 г, 14,7 ммоль) в метаноле нагревают с обратным холодильником в течение 13,5 часов и концентрируют в вакууме с получением остатка. Остаток сушат в вакуумной печи при 60^oC с получением указанного в заголовке продукта в виде не совсем белого твердого продукта (4,4 г, выход 100%).

Формула изобретения

1. Способ получения галогенида [(5,6-дикарбокси-3-пиридил)метил]аммония, имеющего структурную формулу I где R, R₁ и R₂ представляют, каждый независимо, C₁-C₄-алкил и, когда они взяты вместе, R и R₁ могут образовывать 5- или 6-членное кольцо, необязательно прерванное O, S или NR₃; R₃ представляет C₁-C₄-алкил; Х представляет Cl, Br или I; Z представляет водород или галоген; Z₁ представляет водород, галоген, циано или нитро, который включает окисление галогенида замещенного (3-хинолилметил)аммония, имеющего структурную формулу II где R, R₁, R₂, X, Z и Z₁ имеют значения, описанные выше для формулы I; R₄, R₅, R₆ и R₇ представляют, каждый независимо, водород, гидрокси, нитро, OC(O)R₈, галоген, NR₉R₁₀, C₁-C₄-алкокси, SO₃H, SO₂Cl или SH, при условии, что один из R₄, R₅, R₆ и R₇ являются отличным от водорода или галогена; R₈ представляет C₁-C₄-алкил, C₁-C₄-алкокси, фенил или NR₁₁R₁₂; R₉, R₁₀, R₁₁ и R₁₂ представляют, каждый независимо, водород, C₁-C₄-алкил или фенил; их N-оксидов и их кислотно аддитивных солей, перекисью водорода в присутствии водного основания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что R, R₁ и R₂ представляют, каждый независимо, C₁-C₄-алкил; Х представляет Cl или Br; Z и Z₁ представляют водород; по крайней мере, один из R₄, R₅, R₆ и R₇ представляет гидрокси, нитро или OC(O)R₈ и R₈ является C₁-C₄-алкил, C₁-C₄-алкокси или фенил.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что R, R₁ и R₂ являются метилом; Х представляет Br; R₅, R₆, R₇, Z и Z₁ являются водородом; R₄ является гидрокси, нитро или OC(O)R₈ и R₈ является C₁-C₄-алкилом или C₁-C₄-алкокси.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перекись водорода присутствует в количестве около 8 - 60 молярных эквивалентов по отношению в галогениду замещенного (3-хинолилметил)аммония формулы II.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что водное основание присутствует в количестве, по крайней мере, от около одного молярного эквивалента по отношению в галогениду замещенного (3-хинолилметил)аммония формулы II.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что водное основание присутствует в количестве около 4 - 10 молярных эквивалентов.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что водное основание является водным гидроксидом натрия или водным гидроксидом калия.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что галогенид замещенного (3-хинолилметил)аммония формулы II окисляют перекисью водорода в присутствии водного основания при температуре около 50 - 100^oС.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что температура составляет около 75 - 95^oС.

10. Способ получения гербицидного соединения имидазолинона, имеющего формулу VI где Z и Z₁ имеют значения, определенные в п.1; А представляет O или S; R₁₂ представляет C₁-C₄-алкил, необязательно замещенный фенилом, необязательно замещенный одной - тремя C₁-C₄-алкильными группами или атомами галогена, или фенил, необязательно замещенный одной - тремя C₁-C₄-алкильными группами или атомами галогена; R₁₃ представляет C₁-C₄-алкил; R₁₄ представляет C₁-C₄-алкил, C₃-C₆-циклоалкил или R₁₃ и R₁₄, когда они взяты вместе с атомом, к которому они прикреплены, представляют C₃-C₆-циклоалкильную группу, необязательно замещенную метилом; R₁₅ представляет водород, ди-низший алкилимино, C₁-C₁₂-алкил, необязательно замещенный одной из следующих групп: C₁-C₃-алкокси, галоген, гидрокси, C₃-C₆-циклоалкил, бензилокси, фурил, фенил, галоидфенил, низший алкилфенил, низший алкоксифенил, нитрофенил, карбоксил, низший алкоксикарбонил, циано или три-низший алкиламмоний; C₃-C₁₂-алкенил, необязательно замещенный одной из следующих групп: C₁-C₃-алкокси, фенил, галоген или низший алкоксикарбонил, или двумя C₁-C₃-алкоксигруппами, или двумя галогеновыми группами; C₃-C₆-циклоалкил, необязательно замещенный одной или двумя C₁-C₃-алкильными группами; или катион и, когда R₁₃ и R₁₄ представляют различные заместители, их оптических изомеров; который включает: (а) получение соединения, формулы I где Z, Z₁, R, R₁, R₂ и Х, имеют значения, определенные в п.1, с помощью способа, определенного в п. 1; (b) превращение соединений формулы I в соединения формулы VI.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2