專利名稱：?；?,3－二羰基化合物的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及由相應烯醇酯的重排制備?；?，3-二羰基化合物的方法。本發(fā)明也涉及?；?，3二羰基化合物相應的互變體化合物的制備。
背景技術：
在專利和雜志文獻中已經(jīng)報道了生成酰化1，3二羰基化合物的特定烯醇酯的重排，其中已經(jīng)公開了將特定類型的催化劑用于促進催化重排反應。已公開的一些催化劑為兩摩爾的氯化鋁、4-二甲基氨基吡啶、氨基吡啶衍生物、N-烷基咪唑衍生物、熔融乙酸鈉、Lewis酸和氰化源。見美國專利4,695,653和其中引用和討論的參考文獻。
發(fā)明概述令人驚奇地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以用疊氮化物催化劑/試劑促進烯醇酯重排為?；?，3-二羰基化合物和/或相應的?；?，3-二羰基化合物的互變體形式(應參閱關于酰化“1，3-二羰基化合物”或其它類似描述物(例如“環(huán)己二酮衍生物”等)的未來參考文獻(future reference)，其中如果沒有特別說明，應該包括關于互變體形式)。由本發(fā)明公開的方法生產(chǎn)的?；?，3-二羰基化合物本身可以用作農(nóng)用化學品(例如，殺蟲劑、除草劑等)，或者也可以在有用的農(nóng)用化學品的制備中用作中間體。本發(fā)明中所使用的疊氮化物催化劑/試劑體系具有優(yōu)于以前所用的那些催化劑/試劑的優(yōu)點。必須回收催化劑，例如二甲基氨基吡啶。氰化物催化劑和試劑產(chǎn)生氰化氫，其會污染生產(chǎn)用物流。本發(fā)明的疊氮化物催化劑和試劑具有在酸化時生成能分解產(chǎn)生氮氣的hydrozoic酸的優(yōu)點。先前制備?；?，3-二羰基化合物時需要回收 昂貴催化劑/試劑和處理廢物的特定系統(tǒng)，本發(fā)明克服了這種需要。
本發(fā)明的詳細描述本發(fā)明的一個實施方案是制備?；h(huán)狀1，3-二羰基化合物或其互變體的方法，包括相應烯醇酯的重排步驟，其中所述重排是在堿金屬疊氮化物的存在下進行的。?；h(huán)狀1，3-二羰基化合物為環(huán)己烷環(huán)的2位上酰基取代的1，3-環(huán)己二酮。用于本方法的起始原料的烯醇酯化合物為1，3-環(huán)己二酮的O-?；┐减?。
本發(fā)明的另一個方面是在下列兩種物質存在下進行重排的方法(a)催化量的堿金屬疊氮化物和相對于烯醇酯摩爾過量的堿；或(b)相對于烯醇酯化學計量的堿金屬疊氮化物和催化量的相轉移催化劑。
本發(fā)明的另一個實施方案是制備式I化合物和其互變體的方法 其中R為C1-C10的烷基、C3-C6的環(huán)烷基或苯基，其中苯環(huán)被一到三個選自鹵素、C1-C4的烷基、C1-C4的烷氧基、C1-C4的鹵代烷基、硝基或氰基的基團取代或未取代；A為-OR2、-SO2或-NR3R4基；R2、R3和R4每個分別為氫、C1-C6的烷基、C1-C6的鹵代烷基、C2-C10的烷氧基烷基、C2-C10的烷基硫代烷基；被鹵素、C1-C4的烷氧基或C1-C4的烷基硫取代或未取代的C3-C6的鏈烯基；C3-C6的炔基；苯基、C6-C20的烷基芳基或C6-C20的芳烷基，其中苯環(huán)被一到三個選自鹵素、C1-C4的烷基、C1-C4的烷氧基、C1-C4的鹵代烷基、硝基或氰基的基團取代或未取代；或R3或R4與鏈接到其上的氮原子一起形成一個5元或6元雜環(huán)，其中環(huán)中也可以含有氧或硫原子；及其鹽，所述方法包括相應的烯醇酯的重排步驟，其中所述重排是在堿金屬疊氮化物的存在下進行。
在上述定義中，烷基包含直鏈和支鏈基，例如，甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基，以及所有較高碳原子數(shù)的立體異構體基。鏈烯基和炔基也包括直鏈和支鏈基，例如，乙烯基、烯丙基、甲代烯丙基、丁烯基、甲基丁烯基、和二甲基丁烯基、乙炔基、丙炔基、丁炔基、甲基丁炔基和二甲基丁炔基，以及所有較高碳原子數(shù)的立體異構體基。
“環(huán)烷基”是指包含環(huán)丙基、環(huán)丁基、環(huán)戊基和環(huán)己基的基團。
“芳基”是非雜化芳環(huán)體系或雜化芳環(huán)體系?！巴榛蓟笔侵敢粋€或多個烷基取代的芳基?！胺纪榛笔侵敢粋€或多個芳基取代的烷基。
鹵素為氟、氯、溴或碘。
五元或六元雜環(huán)體系-NR3R4(其環(huán)中也可以包含氧或硫原子)包含芳環(huán)或非芳環(huán)體系，例如包含吡咯、吡咯烷、吡啶、哌啶、嗎啉或硫代嗎啉。這些環(huán)也可以被取代，例如被一到三個選自鹵素、C1-C4的烷基、C1-C4的烷氧基、C1-C4的鹵代烷基、硝基或氰基的基團取代。
式I的環(huán)己二酮衍生物具有好的除草和植物生長調(diào)節(jié)性。
互變異構是一種氫原子的遷移產(chǎn)生兩種或多種結構(稱為互變異構體)的異構類型?？梢垣@得不同異構形式的式I的環(huán)己二酮衍生物。例如，可以得到甲基4-(丙基-1-羥亞甲基)-3，5環(huán)己二酮-1-羧酸酯的異構體形式以及其它異構體形式的4-丙甲?；?propanoyl)-3，5-環(huán)己二酮-1-羧酸甲酯(例如，見下列互變異構方案)互變異構方案 本方法中，制備式I的環(huán)己二酮所用的堿金屬疊氮化物包含，例如，疊氮化鋰、疊氮化鈉、疊氮化鉀和疊氮化銫。堿金屬疊氮化物可以僅僅作為催化劑或同時作為堿試劑。當堿金屬疊氮化物僅作為催化劑時，必須使用額外的堿試劑。也可以使用足夠量的堿金屬疊氮化物，以便其可以同時作為本方法的堿試劑。在以上兩種情況下，都可以使用相轉移催化劑提高堿金屬疊氮化物催化劑/堿的反應活性?？梢灶A見，在特定情況下可以出現(xiàn)陽離子交換，所以促進重排反應的實際催化或試劑疊氮化物是帶有不同抗衡陽離子的疊氮化物。
不應該將此處公開的發(fā)明的范圍限于任何與用于制備最終產(chǎn)品的組分的絡合作用、平衡、反應或酸堿化學相關的特定化學理論。
適用于本方法的相轉移催化劑包含在非極性溶劑(例如，冠醚，如18-冠-6)中增溶陽離子的絡合試劑?？梢允褂孟噢D移催化劑提高重排反應速率，或降低能量輸入或降低促使反應完成所必須的試劑的量。是否使用相轉移催化劑取決于給定環(huán)境下的本利分析和所需的工藝設計參數(shù)(例如，溶劑、溫度、反應時間等)。
本方法中所用的堿金屬疊氮化物催化劑的優(yōu)選量的范圍相對于烯醇酯的量約為5-20mol％。但是，可以使用更多的堿金屬疊氮化物，特別是疊氮化物起堿試劑的作用時。
可以在溶劑體系存在的情況下實施本發(fā)明的重排方法。用于將合適的烯醇酯重排為式I的環(huán)己二酮的適當溶劑例如為甲苯、DMF、丙酮乙腈或其它類似溶劑體系。取決于是否使用相轉移催化劑，該溶劑體系可以延伸到包含其它通用溶劑。
本方法中適當?shù)膲A為有機堿。優(yōu)選有機堿包含烷基胺，例如三烷基胺，或其它功能等效的堿。在適當條件下，例如使用氨或氫氧化銨作為堿試劑或使用其它類似的堿試劑是可以滿足需要的。三烷基胺優(yōu)選為每個烷基中含有1-6，優(yōu)選1-4個碳原子的三(低級烷基)胺。特別優(yōu)選的胺是三乙基胺。此外，應注意堿金屬疊氮化物或其它鹽也可以用作適當?shù)膲A試劑。
所用堿的量為每摩爾烯醇酯1-4摩爾，優(yōu)選每摩爾烯醇酯1-2摩爾。
除非重排反應是在加壓條件下進行的，本方法中所采用的溫度受所使用溶劑體系的限制。通常，適宜重排的溫度條件為約20℃到約75℃。取決于所使用的催化劑和所采用的工藝參數(shù)，反應時間可短(例如，以分為單位)可長(例如，以天為單位)。在室溫下運作的間歇法的反應時間范圍從1到24小時。為了避免不需要的副反應的影響和試劑或催化劑的分解，較短的反應時間和較低的反應溫度可能是優(yōu)選的。
為了避免烯醇酯的皂化反應，在方法中采用基本無水條件可以增高產(chǎn)率。優(yōu)選烯醇酯的重排反應在無水下進行。
“基本無水條件”定義為，足以進行烯醇酯重排為式I的相應環(huán)己二酮的重排反應的條件，而在考慮到適當試劑和反應器設計時不會對該方法的效率造成不必要的降低。
可以在本發(fā)明中用作起始原料的環(huán)烯醇酯包含美國專利4,693,745和4,695,673中公開的那些，在此全面地引入作為參考?？梢酝ㄟ^已知的方法制備烯醇酯起始原料，或者可以利用通常的化學知識和適當?shù)氖惺刍驹?例如，甲基乙酰乙酸酯；見Yoshimoto et al.CHEMTECH(1989)，19(7)，p.431-4)(見美國專利4,693,745和4,695,673)制備烯醇酯起始原料。堿金屬疊氮化物催化劑/試劑、堿試劑和相轉移催化劑可以是市售的，也可以通過已知的方法制備或利用通常的化學知識制備。例如，疊氮化鈉是一種市場上可以買到的疊氮化物催化劑/試劑。類似地，18-冠迷-6是一種市場上可以買到的相轉移催化劑。
本方法中所用的優(yōu)選烯醇酯催化劑包含式II的化合物 其中變量如上述式I所定義的。式II化合物的鹽、立體異構體和互變體也是適宜的起始原料?？梢杂眠m當?shù)膲A處理式II的化合物獲得式II化合物的鹽。獲得該鹽的適當?shù)膲A優(yōu)選為堿金屬氫氧化物，堿土金屬氫氧化物、鐵、銅、鎳和鋅的氫氧化物，和氨或C1-C4烷基季銨鹽或C1-C4的羥基烷基銨堿。
下面的實例進一步舉例說明了本發(fā)明的一些特征，但并不局限于此范圍。在說明書和權利要求中如沒有特別說明，溫度都是指攝氏度。
實施例12-環(huán)丙甲?；?cyclopropanoyl)-1， 3-環(huán)己二酮-5-羧酸乙酯的制備 將適當?shù)腛-?；┐减?25g，0.1摩爾)(可通過1，3-環(huán)己二酮-5-羧酸乙酯與環(huán)丙甲酰氯(cyclopropanoyl chloride)的O-?；频?、三乙胺(13.4g，0.13摩爾)、二甲基甲酰胺(2g，0.02摩爾)，和甲苯(3.5g，0.04摩爾)和疊氮化鈉(0.65g，0.01摩爾)加入到200ml圓底燒瓶中。將水冷冷凝管裝配到該燒瓶上進行回流，并攪拌。將燒瓶放入油浴中加熱到55℃，并保持3小時。以TEA鹽的形式萃取重排產(chǎn)物，接著在甲苯存在下用鹽酸進行酸化。將產(chǎn)物/甲苯相分離，蒸發(fā)除去溶劑得到2-環(huán)丙甲酮基(cyclopropanoyl)-1，3-環(huán)己二酮-5-羧酸乙酯作為原油(17.6g粘性油，粗產(chǎn)率70％)。
實施例22-乙酰-1，3-環(huán)己二酮-5-羧酸乙酯的制備 將適當?shù)腛-?；┐减?15g，0.066摩爾)(可通過環(huán)己烷1，3-二酮-5-羧酸乙酯與乙酰氯的?；频?加入圓底燒瓶中。裝上攪拌并將疊氮化鈉(0.52g，0.008摩爾)、DMF(1.6g)、甲苯(2.8g)，和TEA(10.7g，0.105摩爾)加入上述燒瓶中。將該燒瓶在油浴中加熱到45℃，隨后放熱量將使反應溫度提高到60℃。將混合物冷卻到30℃并在不加熱的情況下保持1小時。將上述反應混合物加入100ml水中，將水相分離去掉并與20ml甲苯混合。然后用HCl對上述溶液酸化到PH＜2。將甲苯相分離，酸水溶液用二氯甲烷來反萃取。通過旋轉蒸發(fā)將溶劑從所得的混合有機萃取液中除去得到2-乙酰-1，3-環(huán)己二酮-5-羧酸乙酯產(chǎn)物(9.6g粘性油，粗產(chǎn)率64％)。
實施例3乙基2-(3，5-二硝基苯甲?；?-1，3-環(huán)己二酮-5-羧酸乙酯的制備 將適當?shù)腛-?；┐减?15g，0.0396摩爾)(可通過環(huán)己烷1，3-二酮-5-羧酸乙酯與3，5-二硝基苯甲酰氯的酰化制得)加入圓底燒瓶中。裝上攪拌并將疊氮化鈉(0.26g，0.004摩爾)、DMF(1g)、甲苯(5g)，和TEA(4.2g，0.041摩爾)加入上述燒瓶中。將該燒瓶在油浴中加熱到45℃。用GC監(jiān)控起始原料的消失。反應一完成，立即將水(48.6ml)和甲苯(7g)加到反應混合物中接著冷卻到＜10℃。分離之后，用8ml水對有機相萃取一次。將上述混合含水萃取液用甲苯(2×5.4g)反萃取兩次，其中首先應將第一次水/有機溶液按實施例2那樣進行酸化。將包括有機相的產(chǎn)物混合并用碳酸氫鈉洗滌。旋轉蒸發(fā)除去有機溶劑得到2-(3，5-二硝基苯甲?；?-1，3-環(huán)己二酮-5-羧酸乙酯產(chǎn)物(9.6g粘性油，粗產(chǎn)率64％)。
上述實施例中所述的合成轉變是在無水或基本無水的條件下進行的。粗產(chǎn)率是指分離物的量與按照起始烯醇酯計算得到的理論量相比得到的比率。DMF＝二甲基甲酰胺、18-冠迷-6＝1，4，7，10，13，16-六氧雜環(huán)十八烷、TEM＝三乙基胺。
總的來說，可以看出，本發(fā)明極大地簡化了環(huán)1，3-二羰基化合物的制備方法。在本方法中，通過使用疊氮化物催化劑/試劑體系以重排相應的烯醇酯可以達到該目的。疊氮化物催化劑/試劑的使用簡化了對加工產(chǎn)生的廢水的處理。本發(fā)明避免了使用氰化物類催化劑/試劑帶來的成本和毒性。在不背離本發(fā)明的下述權利要求的條件下，可以改變比例、步驟和原料。
權利要求
1.一種制備酰化環(huán)狀1，3-二羰基化合物或其互變體的方法，包括相應的烯醇酯的重排步驟，其中所述重排是在堿金屬存在下進行的。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述重排是在下列兩種物質存在下進行的(a)催化量的堿金屬疊氮化物和相對于烯醇酯摩爾過量的堿；或(b)相對于烯醇酯化學計量的堿金屬疊氮化物和催化量的相轉移催化劑。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中烯醇酯包含下式的化合物及其鹽和互變體 其中R為C1-C10的烷基、C3-C6的環(huán)烷基或苯基，其中苯環(huán)被一到三個選自鹵素、C1-C4的烷基、C1-C4的烷氧基、C1-C4的鹵代烷基、硝基或氰基的基團取代或未取代；A為-OR2、-SO2或-NR3R4基；R2、R3和R4每個分別為氫、C1-C6的烷基、C1-C6的鹵代烷基、C2-C10的烷氧基烷基、C2-C10的烷基硫代烷基；被鹵素、C1-C4的烷氧基或C1-C4的烷基硫取代或未取代的C3-C6的鏈烯基；C3-C6的炔基；苯基、C6-C20的烷基芳基或C6-C20的芳烷基，其中苯環(huán)被一到三個選自鹵素、C1-C4的烷基、C1-C4的烷氧基、C1-C4的鹵代烷基、硝基或氰基的基團取代或未取代；或R3或R4與鏈接到其上的氮原子一起形成一個雜環(huán)體系，其中環(huán)中也可以含有氧或硫原子；及其鹽。
4.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中?；h(huán)狀1，3-二羰基化合物包含具有下式的化合物及其鹽和互變體 其中取代基如上面所定義的。
5.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中堿金屬疊氮化物為疊氮化鈉。
6.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中該方法是在堿存在的條件下實施的。
7.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述堿為三乙基胺。
8.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中該方法是在溶劑存在的條件下實施的。
9.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中溶劑為甲苯。
全文摘要
本發(fā)明涉及由相應烯醇酯的重排制備?；?,3－二羰基化合物的方法。本發(fā)明也涉及酰化1,3二羰基化合物的相應互變體化合物的制備。
文檔編號C07C45/54GK1368947SQ00811439
公開日2002年9月11日 申請日期2000年8月8日 優(yōu)先權日1999年8月10日
發(fā)明者K·考伯拉 申請人:辛根塔參與股份公司