除草剂烯草酮的合成研究进展

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Key words: clethodim; synthesis; review
烯草酮 (clethodim) 化学名 2-{1-[(3-氯-2-烯丙 基)氧]亚胺基丙基}-5-[2-(乙硫基)丙基]-3-羟基-2-环 己烯-1-酮 是由 Kincade R T 等在 1987 年英国作物 保护会议上介绍的一种新的具有优良选择性的除 草剂 该药是美国 Chevron 化学公司推出的一种防 除阔叶作物中禾本科杂草的广谱芽后除草剂 对多 种一年生和多年生杂草具有很强的杀伤作用 对双 子叶植物或莎草活性很小或无活性[1] 主要适用于 大豆 亚麻 烟草 西瓜等 40 余种作物的农田除 草 可防除稗草等 30 余种禾本科杂草 该除草剂 为内吸传导型茎叶处理剂 茎叶处理后经叶迅速吸 收 传导到分生组织和根部 使其细胞分裂遭到破 坏 抑制植物分生组织的活性 在施药 1 3 周内 植株褪绿坏死 随后叶干枯而死亡 烯草酮在土壤 中的半衰期为 3 26 d 持效期短 对后茬作物无 影响[2]
1.3 5-(2-乙硫基丙基)-3-羟基-2-环己烯-1-酮 ( ) 的合成
综合不同文献 关于化合物 的制备有 3 种方 法 其合成路线如图 3
CH3CHCH2CH=CHCOCH3 + CH2(COOCH3)2
1
SC2H5
(Ⅲ)
SC2H5
OH
NaOH HCl
CH3CHCH2CH=CHCOCH3 + CH3COCH2COOC2H5
从成本和环保方面均不利于工业化[13-16] 路线 2 是 N-羟基邻苯二甲酰胺和 1,3-二氯丙烯以二甲基亚砜 为溶剂发生烷基化反应得到产物 2 这一步反应操 作简单 在常温下就能得到高产率的产物 2 但下 一步反应中化合物 2 和肼在乙醇溶液中反应需要 在绝对无水条件下进行 无水肼是剧毒品 操作极 不方便 对环境也造成很大的污染 此外无水肼的
Abstract: Clethodim is one of cyclohexdione herbicide with good herbicidal activity. The syntheses of clethodim and
its intermediates were reviewed with 18 references.
国内外文献报道主要有 3 种合成方法 都要用到 1,3-二氯丙烯 其合成路线如图 5
NH2OH · HCl
CH3CN + C2H5OH
C2H5OC(CH3)=NOH
(Ⅹ 1 )
ClCH2CH=CHCl 四 丁基溴 化铵
1
O
O
NOH ClCH2CH=CHCl
H2N-NH2
2
NOCH2CH=CHCl HCl
业盐酸在 50 剧烈搅拌反应 即得产物 产率 95.7% 纯度 99%以上 这种方法操作简单 产率 和产品纯度都很高 并且成本低 易于工业化生产
[16-17]
1.6 烯草酮 ( ) 的合成
化合物 与 3-氯烯丙氧基胺 ( ) 在羰基上进行 加成–消除反应得到肟醚化产物 合成路线如图 6
SC2H5 OH
图 1 烯草酮合成路线
CH3CH(SC2H5)CH2CHO + Ph3P CHCOCH3
1
(Ⅱ)
2
CH3CH(SC2H5)CH2CHO + (CH3)2CO
(Ⅱ)
3
CH3CH(SC2H5)CH2CHO + CH3COCH2COONa
(Ⅱ)
CH3CHCH2CH=CHCOCH3
SC2H5
(Ⅲ)
图 2 6-乙硫基-3-庚烯-2-酮的合成
路线 1 是化合物 和 Witting 试剂通过 Witting 反应来完成 产率为 95% 这种方法中的 Witting 试剂价格昂贵 成本高 而且反应生成的磷化氢处 理也很困难 [5-6] 路线 2 是化合物 与丙酮以哌啶乙酸为催化剂缩合生成产物 在这种方法中需要 大量的丙酮和大量昂贵的催化剂 而且在和易游离 的醛 (如 3-乙硫基丁醛) 反应时 由于醛的分解此 反应的收率非常低[7-8] 路线 3 起初是化合物 与乙 酰乙酸钠通过醛醇缩合反应生成 6-乙硫基-4-羟基 庚烷-2-酮 然后脱水得到目标产物 这种反应在其 中间产物脱水时会得到大量不需要的β,γ-不饱和
化剂进行 Fries 重排反应得到化合物 该方法需 要大过量的酸酐 反应成本高 文献中没有关于产 率报道[3] 路线 2 文献报道较多 其反应原理和路 线 1 相同 它是以丙酰氯作为酰基化试剂得到 O酰化衍生物 然后以 Lewis 酸或碱为催化剂重排 反应得到化合物 研究表明 Lewis 酸或碱 (如 咪唑 吡啶 ZnCl2 AlCl3 BF3 4,4-二甲基吡啶 等) 对该反应有很好的催化效果 可以得到几近定 量收率的产物 但考虑到经济 有效 安全无污染 等因素 工业上常采用 4,4-二甲基吡啶为催化剂 产物 的粗产率可达 98.4% 气相色谱分析纯度 90.19%[10, 12-14]
关键词 烯草酮 合成 综述
中图分类号 TQ 457.2 7 文献标识码 A 文章编号 1671-5284(2006)01-0005-04
Synthesis Progress of Clethodim
GUO Lin-hua, WANG Peng (School of Chemical Engineering and Environment, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)
万方数据
8
现代农药
第5卷 第1期
价格非常昂贵 在国内也没有生产 成本高 不易 工业化[6] 路线 3 中前两步是在一个体系中完成 由乙酸乙酯 盐酸羟胺在 NaOH 水溶液中常温反应 1 h 随后滴加 1,3-二氯丙烯 在 60 搅拌回流 2.5 h 即生成 N-乙酰基-O-(3-氯-2-丙烯基)羟胺 ( 3) 两 步总收率 94.7% 纯度 99.5%以上 再将 N-乙酰基 -O-(3-氯-2-丙烯基)羟胺溶于适量乙醇 加入 35%工
酮 其分离杂质也是难以进行的[9] 后来通过改进 开发出一种新的关于α,β-不饱和酮的合成方法 这 种方法是化合物 与乙酰乙酸钠通过诺文葛耳 (Knoevenagel) 反应 此反应在甲苯 (或二甲苯) 和 水组成的溶剂系统中以一种新的仲胺为催化剂 能 得到高产率的产物 其中以 3-甲基哌啶为催化剂 得到产品收率达 96.3%[10]
O
O (Ⅹ 2)
NH2OH · HCl CH3CO2C2H5
ClCH2CH=CHCl
CH3CONHOH
HCl
CH3CONHOCH2CH=CHCl C2H5OH
3
(Ⅹ 3)
图 5 3-氯烯丙氧基胺 ( ) 的合成
NH2OCH2CH=CHCl
(Ⅹ)
路线 1 是向乙腈和无水乙醇的甲苯溶液中通入 大量的氯化氢气体搅拌 22 h 后 在–10 –5 条件下滴加盐酸羟胺水溶液 搅拌直到有机层被分 离 形成化合物 1 产率 93.9% 再以四丁基溴化 铵为相转移催化剂 与 1,3-二氯丙烯反应得到 产率 87.5% 此方法用到大量氯化氢气体 污染和 腐蚀都很严重 而且用到比较贵的相转移催化剂
COC2H5 + NH2OCH2CH=CHCl
O
(Ⅶ)
(Ⅹ)
SC2H5 OH NO
Cl O
(Ⅰ) (烯 草酮 )
图 6 烯草酮 ( ) 的合成
该反应操作简单 在室温下反应便能得到较高 收率的产物 不为溶剂 在碱 性 (相应的醇钠 醋酸钠等) 条件下进行[3, 5, 18]
CH3CH(SC2H5)CH2CHO
不同文献报道的合成方法基本相同 都是以叔 胺 (如三乙胺) 为催化剂 在惰性有机溶剂 (如二 氯甲烷 乙腈) 中常温下即可进行反应 得到产物 β-乙硫基丁醛为黄色液体 据文献报道产率可达 95%以上[3-5]
1.2 6-乙硫基-3-庚烯-2-酮 ( ) 的合成
该化合物属于α,β-不饱和酮 可由化合物 出 发 与不同的试剂缩合得到 其不同的合成路线如 图2
1 合成路线
烯草酮的结构如下
SC2H5 OH NO
(Ⅰ) Cl O
以乙硫醇和丁烯醛为起始原料 经加成 Knoevenagel 反应 加成环化 水解脱羧 酰基化 重排 肟醚化等 6 步反应合成烯草酮 如图 1
1.1 β-乙硫基丁醛 ( ) 的合成
β-乙硫基丁醛是由丁烯醛和乙硫醇加成得到 反应式如下
CH3CH=CHCHO + CH3CH2SH
第5卷 第1期 2006 年 2 月
现代农药 Modern Agrochemicals
Vol.5 No.1 Feb. 2006
w 专论与综述 w
除草剂烯草酮的合成研究进展
郭林华 王 鹏
北京理工大学化工与环境学院 北京 100081
摘要 烯草酮是一种具有优良除草活性的环己二酮类除草剂 对烯草酮及其中间体的合成方法 进行了综述 附有 18 篇参考文献
收稿日期 2005–08–03 修回日期 2005–12–09 作者简介 郭林华 (1980 ) 女 山东聊城人 硕士研究生 主要从事农药及中间体的合成研究 Tel 13671692184 E–mial crikh@
万方数据
6
现代农药
第5卷 第1期
CH3CH2SH
CH3CH=CHCHO
SC2H5
(Ⅲ)
2 H3COOC O
(Ⅳ)
SC2H5 OH
O
(Ⅴ)
图 3 5-(2-乙硫丙基)-3-羟基-2-环己烯-1-酮的合成
路线 1 是化合物 和丙二酸二甲酯 (或丙二酸 二乙酯) 在低级醇中以醇钠为催化剂进行加成成环 反应 再经水解脱羧得到目标产物 该反应方法 可分为一步法和两步法 一步法 即加成成环产物
SC2H5 OH
1
+ (C2H5CO)2O
O
(Ⅴ)
SC2H5
OH
2
+ C2H5COCl
(Ⅴ)
O
SC2H5 OCOC2H5
O
(Ⅵ)
SC2H5 OH
COC2H5
O
(Ⅶ)
图 4 5-(2-乙硫丙基)-2-丙酰基-3-羟基-2-环己烯-1-酮的合成
1.5 3-氯烯丙氧基胺 ( ) 的合成
是制备烯草酮的另一个重要中间体 到目前
2 结束语
目前我国主要使用酰胺类和磺酰脲类除草剂 酰胺类除草剂药效低 对环境污染大 磺酰脲类除 草剂残留量大 药害较重 随着我国农业的迅速发 展和对环境的重视 这两类除草剂急需更新换代 环己二酮 (环己烯酮) 类除草剂是较理想的换代产 品 烯草酮是其中的一种代表性品种 有很好的开 发应用前景 国内未见有关烯草酮的合成报道 其 它环己二酮类除草剂 如稀禾定 噻草酮 禾草灭 苯草酮等和烯草酮具有类似的结构 其合成途径也 大致相同 因此 烯草酮的合成方法对于其它环己 二酮类化合物的制备也有借鉴意义
万方数据
2006 年 2 月
郭林华 等 除草剂烯草酮的合成研究进展
7
应 该反应用乙酰乙酸乙酯成本较丙二酸二甲酯 高 且收率较低 生成化合物 的产率只有 57.8% 得到化合物 的产率仅为 66.8%[6 11]
1.4 5-(2-乙硫基丙基)-2-丙酰基-3-羟基-2-环 己烯-1-酮 ( ) 的合成
不经分离提纯 直接在反应液中加入氢氧化钠进 行水解 再加酸脱羧 这种方法操作简单 但产物
不易提纯 不易工业化[3] 两步法 即加成成环产 物 先分离提纯 再进行水解脱羧得到目标产物
化合物 和 可分别用 IR 和 NMR 鉴定 这种 方法得到的产物易于分离 且能得到比一步法产率 高的产物 是目前工业化常用的方法[5 11] 路线 2 是化合物 和和乙酰乙酸乙酯进行加成成环反
对化合物 进行丙酰化即得到 5-(2-乙硫丙 基)-2-丙酰基-3-羟基-2-环己烯-1-酮 ( ) 酰化剂可 采用丙酸酐或丙酰氯 合成路线如图 4
研究表明 该反应先经历 O-酰化步骤 然后再 催化进行 Fries 重排得到 C-酰化产物 因此催化剂 的选择非常重要[11] 路线 1 是化合物 与丙酸酐进 行酰基化反应 得到 O-酰化衍生物 以醇钠为催
加成
CH3CH(SC2H5)CH2CHO Knoevenagel
(Ⅱ)
加成
CH3CHCH2CH=CHCOCH3 成 环 SC2H5
(Ⅲ)
SC2H5
OH
水解
H3COOC (Ⅳ) O
SC2H5 OH
酰基化
SC2H5 OH
肟醚化
SC2H5 OH NO
COC2H5

Cl
O
O
O
(Ⅴ)
(Ⅶ)
(Ⅰ) (烯 草酮 )
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