一种氨唑草酮的制备方法

技术领域

本发明属于有机分子合成技术领域，具体涉及一种氨唑草酮的制备方法。

背景技术

氨唑草酮(Amicarbazone)是拜耳公司1988年发现的三唑啉酮类除草剂，1999年在英国布莱顿世界植保大会上推出。氨唑草酮为光合作用抑制剂，主要通过根系和叶面吸收，可以有效防治玉米田、甘蔗田、甜菜田、草坪上等生长的多种一年生阔叶杂草和一年生禾本科杂草。氨唑草酮的最大的优点是对地下水安全，对后茬作物安全，除草时间长，被认为是替代环境不友好除草剂阿特拉津最好的选择。

拜耳公司在专利US5708184中报道了一种氨唑草酮的合成方法，该方法使用催化量的氯化锂和氢氧化钾作复合催化剂，用乙酸甲酯做反应介质，由3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮(化合物II)和异氰酸叔丁酯(化合物III)反应得到了目标产物氨唑草酮，其反应收率优异，但产品纯度较低。当仅采用氢氧化钾做催化剂时，反应收率大大下降。

遗憾的是，对上述专利提供的方法进行了多次试验，反应结果均不理想，表现为反应转化率低，反应选择性差。如采用其它溶剂如丙酮、四氢呋喃、乙二醇二甲醚、乙腈等代替乙酸甲酯做反应介质，反应结果均不理想。此外上述反应通常在无水条件下进行，乙酸甲酯沸点低且极容易水解，在工业上很难回收，从而增加了生产成本并不利于保护环境。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明提供了一种氨唑草酮的制备方法，包括在氢氧化锂的催化作用下，3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮(化合物II)和异氰酸叔丁酯(化合物III)在乙腈中发生化学反应，得到氨唑草酮。

优选地，所述乙腈的用量为3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮质量的3-10倍，优选4-6倍。

优选地，所述氢氧化锂的用量为3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮摩尔当量的0.01-0.30倍，优选为0.02-0.10倍。

优选地，所述反应温度为40-70℃。

优选地，所述反应时间为20-120分钟，优选30-60分钟。

优选地，所述反应在惰性气氛中进行，所述惰性气体为氮气或氩气。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种氨唑草酮的制备方法，所述方法包括：在氢氧化锂的催化作用下，使3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮和异氰酸叔丁酯在乙腈介质中发生化学反应，高选择性高收率转化成目标产物氨唑草酮。所述方法反应条件温和，反应可操作性强，对加料顺序没有严格的要求，特别适于工业化大生产。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明的目的在于提供一种氨唑草酮(I)的制备方法，包括在氢氧化锂的催化作用下，3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮(II)和异氰酸叔丁酯(III)在乙腈介质中发生化学反应，高选择性高收率转化成氨唑草酮，反应方程式如式(1)所示：

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种氨唑草酮的制备方法，包括在氢氧化锂的催化作用下，3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮(化合物II)和异氰酸叔丁酯(化合物III)在乙腈中发生化学反应，得到目标产物氨唑草酮。该反应具有高选择性高收率的特点。

申请人研究发现，专利US5708184中报道的复合催化剂中的氯化锂在乙酸甲酯、丙酮、四氢呋喃、乙二醇二甲醚、乙腈等溶剂中几乎不溶。因此氯化锂不可能有效的与反应底物发生配位，从而导致反应选择性差。惊人的发现是，当改用催化量的氢氧化锂作为催化剂，同时采用乙腈作为反应介质时，化合物(II)和化合物(III)能顺利发生化学反应，并且反应的选择性和反应转化率非常优异，能以高收率制备得到高质量的氨唑草酮。

本发明的制备方法中，乙腈为最佳反应介质。改用其它介质时，反应选择性和反应转化率明显下降。进一步研究发现，乙腈的用量为化合物(II)重量的3-10倍，优选4-6倍。如乙腈用量过小，则反应物不能充分溶解，反应转化率和产物收率降低；如乙腈用量过大，则反应物在介质中的浓度过低，反应速率下降，且降低了生产效率。

本发明的制备方法中，采用的催化剂不同于专利US5708184中的复合催化剂(氯化锂和氢氧化钾)，而是选用氢氧化锂作为催化剂。所述催化剂的用量为化合物(II)摩尔当量的0.01-0.30倍，优选为0.02-0.10倍。

本发明的制备方法中，采用的反应条件温和，没有明显放热。优选的反应温度为40-70℃，该温度下反应可以平稳进行。

本发明的制备方法中，反应时间为20-120分钟，优选30-60分钟。

本发明的制备方法中，反应在惰性气氛中进行，所述惰性气体为氮气或氩气。

本发明的制备方法可操作性强，对加料顺序没有严格的要求，可以采用向反应混合物中滴加异氰酸叔丁酯的方法，也可以采用一次加料方式进行操作。反应结束后，通过负压浓缩回收溶剂，回收的溶剂可以直接套用。

实验用原料化合物(II)来源于实验室合成，纯度为99.0％；化合物(III)由江苏嘉隆化工有限公司提供，纯度为99.5％。各物质纯度通过气相色谱(GC)分析得到。

实施例1

在氮气流保护下，向反应瓶中依次投入360.00g乙腈、57.29g(0.575mol)异氰酸叔丁酯、0.71g(0.030mol)粉末状氢氧化锂和71.80g(0.500mol)3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮。开启搅拌，升温至60℃，保温60分钟后反应完成。加入6.00g醋酸中和反应体系中的碱，取样进行高效液相色谱(HPLC)分析，反应转化率为97.9％，反应选择性为98.2％。

负压浓缩脱溶后，加入175ml水，搅拌，降温至10℃，过滤。将滤饼烘干，得到116.19g氨唑草酮，形态为白色粉末状固体，纯度为97.6％，收率为94.0％。

实施例2

在氮气流保护下，向反应瓶中依次投入360.00g乙腈、0.71g(0.030mol)粉末状氢氧化锂和71.80g(0.500mol)3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮。开启搅拌，升温至60℃，在30分钟内将57.29g(0.575mol)异氰酸叔丁酯滴加至反应液中，随后保温60分钟。反应完成后加入6.00g醋酸中和反应体系中的碱，取样进行HPLC分析，反应转化率为97.8％，反应选择性为98.7％。

负压浓缩脱溶后，加入175ml水，搅拌，降温至10℃，过滤。将滤饼烘干，得到116.78g氨唑草酮，形态为白色粉末状固体，纯度为97.7％，收率为94.6％。

实施例1和2的反应物及用量相同，区别仅在于实施例1是将反应物直接混合后进行反应，实施例2是将乙腈、氢氧化锂和3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮混合后滴加异氰酸叔丁酯进行反应。两者的反应产物均具有较高的纯度和收率。

对比例1

在氮气流保护下，向反应瓶中依次投入360.00g乙酸甲酯、57.29g(0.575mol)异氰酸叔丁酯、0.71g(0.030mol)粉末状氢氧化锂和71.80g(0.500mol)3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮。开启搅拌，升温至回流(约60℃)，保温60分钟。反应完成后加入6.00g醋酸中和反应体系中的碱，取样进行HPLC分析，反应转化率为91.2％，反应选择性为92.8％。

负压浓缩脱溶后，加入175ml水，搅拌，降温至10℃，过滤。将滤饼烘干，得到83.86g氨唑草酮，形态为白色粉末状固体，纯度为93.8％，收率为65.2％。

与实施例1相比，对比例1将介质由乙腈替换为乙酸甲酯，其反应转化率、反应选择性和产物纯度均有不同程度的下降，产物收率下降最为明显。

对比例2

在氮气流保护下，向反应瓶中依次投入360.00g乙酸甲酯、0.71g(0.030mol)粉末状氢氧化锂和71.80g(0.500mol)3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮。开启搅拌，升温至回流(约60℃)，在30分钟内将57.29g(0.575mol)异氰酸叔丁酯滴加至反应液中，随后保温60分钟。反应完成后加入6.00g醋酸中和反应体系中的碱，取样进行HPLC分析，反应转化率为88.7％，反应选择性为95.3％。

负压浓缩脱溶后，加入175ml水，搅拌，降温至10℃，过滤。将滤饼烘干，得到83.50g氨唑草酮，形态为白色粉末状固体，纯度为94.2％，收率为65.2％。

与实施例2相比，对比例2将介质由乙腈替换为乙酸甲酯，其反应转化率、反应选择性和产物纯度均有不同程度的下降，产物收率下降最为明显。

对比例3

在氮气流保护下，向反应瓶中依次投入72.00g乙腈、0.96g(0.015mol)氢氧化钾、0.72g(0.017mol)粉末状氯化锂和14.36g(0.100mol)3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮。开启搅拌，升温60℃，在30分钟内将11.46g(0.115mol)异氰酸叔丁酯滴加至反应液中，随后保温60分钟。反应完成后加入1.20g醋酸，取样进行HPLC分析，反应转化率为85.5％，反应选择性为81.3％。

负压浓缩脱溶后，加入35ml水，搅拌，降温至10℃，过滤。将滤饼烘干，得到16.74g氨唑草酮，形态为白色固体，纯度为93.1％，收率为64.6％。

与实施例2相比，对比例3将催化剂由单一氢氧化锂替换为混合催化剂，其反应转化率、反应选择性和产物纯度均有不同程度的下降，产物收率下降最为明显。

对比例4

在氮气流保护下，向反应瓶中依次投入72.00g乙酸甲酯、0.96g(0.015mol)氢氧化钾、0.72g(0.017mol)粉末状氯化锂和14.36g(0.100mol)3-异丙基-4-氨基-1,2,4-三唑啉-5-酮。开启搅拌，升温至回流(约60℃)，在30分钟内将11.46g(0.115mol)异氰酸叔丁酯滴加至反应液中，随后保温60分钟。反应完成后加入1.20g醋酸，取样进行HPLC分析，反应转化率为78.8％，反应选择性为79.6％。

负压浓缩脱溶后，加入35ml水，搅拌，降温至10℃，过滤。将滤饼烘干，得到16.04g氨唑草酮，形态为白色固体，纯度为85.3％，收率为56.7％。

与对比例3相比，对比例4同时改变了介质和催化剂，其反应结果进一步下降，表现为反应转化率低，反应选择性差。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。