УЛУЧШЕННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОИЗВОДНЫХ НИТРОИЗОМОЧЕВИНЫ
IMPROVED METHOD FOR SYNTHESIS OF NITROISOUREA DERIVATIVES

Настоящее изобретение относится к улучшенному способу получения производных нитроизомочевины, которые представляют собой важный промежуточный продукт производных нитрогуанидина, имеющих инсектицидную активность.
Способ получения производных нитрогуанидина, имеющих инсектицидную активность, был раскрыт в патентных заявках JP № 2779403, JP № 2546003, JP № 22766848. Однако, например, как описано в патентной заявке JP № 22766848, существует проблема в способе получения в реакциях замещения между производными изотиомочевины и используемыми аминами, заключающаяся в выделении меркаптанов в качестве побочных продуктов, которые имеют сильный неприятный запах. В качестве альтернативного способа в выложенной патентной заявке JP № 2000-103776 был раскрыт способ получения производных нитроизомочевины, в котором производные нитроизомочевины и амины или их соли реагируют при pH от 7,0 до 9,0. Однако в способе согласно этому способу получения выход желаемых производных нитроизомочевины, по существу, не высокий, что делает этот способ в некоторых случаях экономически невыгодным.
Патентный документ 1: патент JP № 2779403
Патентный документ 2: патент JP № 2546003
Патентный документ 3: патент JP № 22766848
Патентный документ 4: выложенная патентная заявке JP № 2000-103776.
Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении дешевого и легкого способа получения производных нитроизомочевины, которые являются необходимыми промежуточными продуктами для получения производных нитрогуанидина, имеющих инсектицидную активность, за счет преодоления вышеуказанных проблем в предшествующем уровне техники посредством более простой операции, чем используемая в предшествующем уровне техники.
Для того чтобы достичь вышеуказанной цели, настоящие авторы изобретения провели обширное исследование и в результате обнаружили, что представленные общей формулой (1) производные нитроизомочевины и представленные общей формулой (2) амины или их соли взаимодействуют в присутствии гидрокарбоната, таким образом повышая выход, и далее настоящее изобретение было завершено.
Настоящее изобретение относится к способу получения производных нитроизомочевины, представленных следующей общей формулой (3), в котором представленные следующей общей формулой (1) производные нитроизомочевины и представленные следующей общей формулой (2) амины или их соли взаимодействуют в присутствии каталитического количества гидрокарбоната
1
где в формуле R представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода или бензильную группу,
2
3
где в формуле R представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода; и R представляет собой атом водорода или алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода,
1
2
3
где в формуле R представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода или бензильную группу; R представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода; и R представляет собой атом водорода или алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода.
Кроме того, в настоящем изобретении представленные общей формулой (1) производные нитроизомочевины могут содержать производные нитроизомочевины, содержащие двойную связь между другим атомом азота и атомом углерода. Такими производными являются представленные общей формулой (3) производные нитроизомочевины.
Согласно настоящему изобретению представляется возможным дешевое и легкое получение производных нитроизомочевины с общей формулой (3), которые являются особенными промежуточными соединениями для получения производных нитрогуанидина, имеющих инсектицидную активность.
Настоящее изобретение будет детально проиллюстрировано ниже.
Способ получения производных нитроизомочевины настоящего изобретения представляет собой способ получения производных нитроизомочевины, представленных следующей общей формулой (3), в котором представленные следующей общей формулой (1) производные нитроизомочевины и представленные следующей общей формулой (2) амины или их соли взаимодействуют в присутствии каталитического количества гидрокарбоната
1
где в формуле R представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода или бензильную группу,
2
3
где в формуле R представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода; и R представляет собой атом водорода или алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода,
1
2
3
где в формуле R представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода или бензильную группу; R представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода; и R представляет собой атом водорода или алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода.
В настоящем изобретении согласно способу, в котором представленные общей формулой (1) производные нитроизомочевины и представленные общей формулой (2) амины или их соли взаимодействуют в присутствии каталитического количества гидрокарбоната, представляется возможным подавлять образование побочных продуктов, таких как представленные следующей общей формулой (4) производные нитрогуанидина или подобных, и представляется возможным выделить с высоким выходом представленные общей формулой (3) производные нитроизомочевины
2
3
где в формуле R представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода; и R представляет собой атом водорода или алкильную группу, содержащую от 1 до 4 атомов углерода.
Примеры гидрокарбоната в настоящем изобретении включают гидрокарбонаты щелочных металлов, такие как гидрокарбонат лития, гидрокарбонат натрия, гидрокарбонат калия и им подобные; и гидрокарбонаты щелочноземельных металлов, такие как гидрокарбонат магния, гидрокарбонат кальция, гидрокарбонат бария и им подобные. Предпочтительно могут быть использованы гидрокарбонат калия и гидрокарбонат натрия. В настоящем изобретении могут быть использованы один или несколько видов этих гидрокарбонатов. Важно, чтобы количество гидрокарбоната представляло собой каталитическое количество, конкретнее от 0,01 до 0,5 моль, и предпочтительно от 0,05 до 0,2 моль, в расчете на 1 моль вышеупомянутых производных нитроизомочевины, представленных общей формулой (1).
Количество гидрокарбоната в указанном диапазоне делает возможным получение с высоким выходом представленных общей формулой (3) производных нитроизомочевины.
Примеры солей аминов с общей формулой (2) включают соли неорганических кислот, такие как гидрохлорид, бромат, иодат, сульфат, нитрат, хлорат, перхлорат, фосфат и им подобные; и соли органических кислот, такие как ацетат, оксалат, бензолсульфонат и им подобные. Предпочтительно используются гидрохлорид и сульфат.
Используемое в реакции количество аминов общей формулы (2) или их солей важно, поскольку оно подвергается завершению реакции с аммиаком, образующимся во время реакции. Желательно использовать более 2 мольных эквивалентов амина в расчете на производные нитроизомочевины, представленные общей формулой (1). В экономических целях предпочтительно количество от более чем 2 до не более чем 3 мольных эквивалентов.
Производные нитроизомочевины, представленные общей формулой (1), представляют собой известное соединение и могут быть получены, например, способом, описанным в Recl. Trav. Chim. Pays-Bas, том 81, стр. 69 (1962) или подобным этому способом.
Примеры используемого в реакции растворителя включают воду; спиртовые растворители, такие как метанол, этанол, пропанол, бутанол и им подобные; галогенированные углеводородные растворители, такие как дихлорметан, хлороформ и им подобные; ароматические углеводородные растворители, такие как бензол, толуол, ксилол и им подобные; полярные апротонные растворители, такие как диметилформамид (ДМФА), диметилацетамид, диметилсульфоксид, 1,3-диметил-2-имидазолидинон, 1-метил-2-пирролидон и им подобные; нитрильные растворители, такие как ацетонитрил, пропионитрил и им подобные; и кетонные растворители, такие как ацетон, изопропилкетон и им подобные. Из этих растворителей наиболее предпочтительно использовать воду и спирты. Кроме того, реакция может быть проведена в смеси растворителей из воды и органического растворителя, приведенного выше.
Когда в качестве растворителя выбрана вода и используется водный раствор, содержащий нейтральную неорганическую соль, это эффективно для дополнительного повышения выхода производных нитроизомочевины. Такая неорганическая соль относится к неорганической соли иной, чем гидрокарбонат, и ее примеры включают соли щелочных металлов, такие как хлорид лития, хлорид натрия, хлорид калия, иодид лития, иодид натрия, иодид калия, бромид лития, бромид натрия, бромид калия, сульфат лития, сульфат натрия, сульфат калия, нитрат натрия, нитрат калия, хлорат натрия и им подобные; и соли щелочноземельных металлов, такие как хлорид магния, хлорид кальция, бромид магния, бромид кальция, иодид магния, иодид кальция, сульфат магния, сульфат кальция, нитрат магния, нитрат кальция и им подобные. С точки зрения вышеупомянутого эффекта предпочтительно использовать хлорид натрия в качестве неорганической соли. В настоящем изобретении может быть использована неорганическая соль, выбранная из одного или нескольких видов этих солей. Для проведения реакции количество соли следует выбирать в диапазоне из 0,1% насыщенной концентрации в воде.
В настоящем изобретении за счет использования гидрокарбоната становится возможным подавлять образование побочных продуктов, таких как вышеупомянутые производные нитрогуанидина, представленные общей формулой (4), или им подобных. Кроме того, за счет применения неорганической соли, отличной от гидрокарбоната, возможно подавить разложение исходного материала и продукта. По этой причине возможно получить производные нитроизомочевины с дополнительным высоким выходом посредством более удобной операции, чем используемой в предшествующем уровне техники. Таким образом, посредством использования гидрокарбоната и неорганической соли, отличной от гидрокарбоната, способ в соответствии с настоящим изобретением является преимущественным с точки зрения продуктивности, экологической устойчивости и экономической эффективности и пригоден в качестве способа промышленного производства.
Температура реакции обычно находится в диапазоне от приблизительно -20 до 100°С и предпочтительно в диапазоне от приблизительно 0 до 50°С. Время реакции обычно находится в диапазоне от приблизительно 10 минут до 50 часов и предпочтительно в диапазоне от приблизительно от 1 до 20 часов.
Производные нитроизомочевины с общей формулой (3), получаемые в настоящем изобретении, могут быть выделены посредством экстракции правильно подобранным органическим растворителем или подобным, или они могут быть выделены фильтрацией кристаллов этих производных. Более того, когда их выделяют посредством фильтрации кристаллов, производные нитроизомочевины могут быть проэкстрагированы из фильтрата органическим растворителем, таким как этилацетат или подобный, и повторно использованы в реакции.
ПРИМЕРЫ
Настоящее изобретение детально проиллюстрировано ниже Примерами и Сравнительными Примерами. Однако настоящее изобретение не может быть никаким образом ограничено этими Примерами и Сравнительными Примерами.
Пример 1
В 100-мл четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, поместили 1,5 г O-метил-N-нитроизомочевины, 11 г воды, 3 г хлорида натрия и 2 г метиламина гидрохлорида и полученный материал выдержали при 20°С. Далее к смеси добавили 0,1 г гидрокарбоната натрия и перемешивали смесь в течение 16 часов при 20°С. Затем при перемешивании реакционной смеси к ней добавили 0,1 г концентрированной соляной кислоты и 200 мл воды для получения гомогенного водного раствора N,O-диметил-N'-нитроизомочевины, которую охарактеризовали посредством HPLC. Водный раствор содержал 1,2 г N,O-диметил-N'-нитроизомочевины, и выход реакции составил 73%.
1
3
H-NMR (CDCl, мд): 3,02 (3H, д, J=4,9 Гц), 3,97 (3Н, с), 9,10 (1Н, с).
Пример 2
В 100-мл четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, поместили 1,5 г (11,3 ммоль) O-этил-N-нитроизомочевины, 8 г воды, 2 г хлорида натрия и 2 г (29,6 ммоль) метиламина гидрохлорида и полученный материал выдержали при 15°С. Далее к смеси добавили 0,1 г гидрокарбоната натрия и перемешивали смесь в течение 15 часов при 30°С. Затем при перемешивании реакционной смеси к ней добавили 0,1 г концентрированной соляной кислоты и 200 мл воды для получения гомогенного водного раствора O-этил-N-метил-N'-нитроизомочевины, которую охарактеризовали посредством HPLC. Водный раствор содержал 1,2 г O-этил-N-метил-N'-нитроизомочевины, и выход реакции составил 70%.
Пример 3
В 2000-мл четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, поместили 121 г O-метил-N-нитроизомочевины, 907 г воды, 250 г хлорида натрия и 172 г метиламина гидрохлорида и полученный материал выдержали при 20°С. Далее к смеси добавили 8 г гидрокарбоната натрия и перемешивали смесь в течение 16 часов при 20°С. Затем при перемешивании реакционной смеси к ней добавили 3,5 г концентрированной соляной кислоты. После этого реакционную смесь охладили льдом, осадок N,O-диметил-N'-нитроизомочевины отфильтровали, промыли холодной водой и затем высушили. Было получено 91 г кристаллов N,O-диметил-N'-нитроизомочевины с чистотой 99%. Выход реакции составил 67%.
Пример 4
В 2000-мл четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, поместили 97 г O-метил-N-нитроизомочевины, 726 г воды, 200 г хлорида натрия и 138 г метиламина гидрохлорида и полученный материал выдержали при 20°С. Далее к смеси добавили 6,4 г гидрокарбоната натрия и перемешивали смесь в течение 16 часов при 20°С. Затем при перемешивании реакционной смеси к ней добавили 2,8 г концентрированной соляной кислоты. После этого к реакционной смеси добавили 200 г этилацетата и смесь разделили при 50°С. Кроме того, водный слой дважды проэкстрагировали по 200 г этилацетата при 50°С, и объединенные органические экстракты были сконцентрированы при пониженном давлении. Эту концентрированную смесь охладили льдом и осадок N,O-диметил-N'-нитроизомочевины отфильтровали, промыли холодным этилацетатом и затем высушили. Было получено 66 г кристаллов N,O-диметил-N'-нитроизомочевины с чистотой 99%. Выход реакции составил 61%.
Сравнительный пример 1
Для получения суспензии к 1,5 г O-метил-N-нитроизомочевины добавили 15 мл воды. К водной суспензии добавили 0,9 г метиламина гидрохлорида (рН 3,3). Водный раствор (1%) гидроксида натрия добавляли постепенно до достижения водной суспензией рН 8 при комнатной температуре. Водную суспензию перемешивали при комнатной температуре в течение 3 ч, в то время как ее рН был равен 8, и затем добавили водный раствор (4М) соляной кислоты, и впоследствии водную суспензию проэкстрагировали этилацетатом.
В Сравнительном примере 1 в качестве побочного продукта получили 14 мольных процентов 1-метил-2-нитрогуанидина в расчете на 100 мольных процентов исходного материала. С другой стороны, так как реакция прошла с высоким выходом и высокой селективностью по методу, описанному в Примере 1, количество побочного продукта 1-метил-2-нитрогуанидина составило 4 мольных процента, таким образом прекрасно понизив количество побочного продукта. То есть, согласно настоящему изобретению возможно уменьшить затрачиваемые усилия в процессе очистки N,O-диметил-N'-нитроизомочевины. Таким образом, способ является пригодным в качестве метода промышленного производства.