專利名稱：2－(甲磺酰基)－5－(三氟甲基)－1,3,4－噻二唑的合成的制作方法
技術領域：
本發明屬于噻二唑砜合成領域，更具體地說，本發明涉及用催化氧化方法合成2-(甲磺酰基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑。
砜類化合物具有R-SO2-R’的通式。這些砜類化合物可由多種前體合成。舉例來說，砜可通過下述方法制備(a)氧化硫化物，(b)使亞磺酸酯重排，(c)在烯烴和和乙炔類化合物中加入磺酰鹵，(d)給極化鍵加入亞磺酸，以及(e)在多烯中加入SO2(cyloaddition)(參見例如Durst,T.，綜合有機化學(Comprehensive Organic Chemistry)章11.6,Barton Ollis編輯，Progammon Press出版，Oxford,(1979))。
特定的一類砜，2-(烷基磺酰基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑可用做制備除草劑的中間體。已有報道說2-(甲磺酰基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑具有抗真菌活性(參見USP3,562,284)。按照USP3,562,284所述，2-(取代磺酰基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑可通過在氧化劑如高錳酸鉀、過氧化氫或過氧三氟乙酸的存在下氧化相應的2-(取代硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑來制備。氧化在包括有乙酸和二氯甲烷作為溶劑的酸性含水介質中進行。從工業衛生和加工的角度看，二氯甲烷不是理想的溶劑。由于它的沸點低(蒸汽壓高)，因此加工處理困難，并會污染廢水系統。砜產物是通過結晶分離的，以原料硫化物為基礎計算，報告的砜產率為大約65％。
在該方法中，當有水存在時使用乙酸必然會在反應中引入過量的水，并且需要用昂貴的結晶步驟來純化產物砜，最終產率低。因此，在此領域還需要找到一種以高產率制備噻二唑砜的實用而價格低廉的方法。
本發明提供了制備2-(甲磺酰基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑的方法，該方法包括在含有活性鉬或鎢催化劑的反應混合物中氧化2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑以生成反應產物的步驟。在一個實施方案中，在活性催化劑存在下，使2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑與過氧化氫反應。優選的是將2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑溶解于質子惰性的芳族溶劑如甲苯中。
活性催化劑是鉬酸或鎢酸。這些酸可直接加入反應混合物，或者可以在反應混合物中由鎢酸鹽或鉬酸鹽形成。優選由酸化鎢酸或鉬酸的堿金屬鹽而形成這些酸。優選的堿金屬是鈉，用于酸化的酸優選硫酸。活性催化劑的形成可在混合物中進行。按照此實施方案，在堿金屬鹽和硫酸存在下使2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑與過氧化氫進行反應。
反應混合物中使用的過氧化氫優選為含有大約30％至大約50％重量百分數的過氧化氫水溶液。相對于每摩爾2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑，活性催化劑的量為大約0.5g至大約10g。氧化通常在大約50℃至大約100℃，優選在大約70℃至大約90℃的溫度下進行。
本發明的方法還可以包括其它附加步驟。可以回收未用完的催化劑，并將回收的催化劑任選地循環使用于反應混合物。另外，還可以由反應產物中除去水，優選通過共沸除去水。還有，本發明的方法還可包括分離所形成的2-(甲磺酰基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑的步驟。
Ⅰ．本發明本發明提供了制備噻二唑砜的方法。本發明的方法是由2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑(TDA)制備2-(甲磺酰基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑(TDA砜)。在適當的氧化劑存在下，將TDA催化氧化以制備TDA砜。氧化反應使用的催化劑可以是鉬或鎢催化劑。
Ⅱ．用鎢或鉬生產TDA砜的方法在這一方面，本發明的方法包括以下步驟在含有活性鉬或鎢催化劑的反應混合物中氧化2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑(TDA)以生成含有TDA砜的反應產物。TDA的氧化是在適當的氧化劑存在下進行的。這些氧化劑的實例是本領域中已知的(參見例如Durst,T.，綜合有機化學(Comprehensive Organic Chemistry)章11.6,Barton Ollis編輯，Progammon Press出版，Oxford,(1979)),特別優選的氧化劑是過氧化氫(H2O2)。按照此實施方案，在催化劑存在下，使TDA與過氧化氫反應。反應混合物中使用的過氧化氫優選為含有大約30％至大約50％重量百分數的過氧化氫水溶液。H2O2與TDA的摩爾比是大約2∶1至大約4∶1，優選大約2.2∶1。氧化條件在本領域是已知的，通常，氧化在大約60℃至大約100℃的溫度下進行。
本發明方法中使用的TDA可以是任何來源的TDA。優選在質子惰性的芳族溶劑如甲苯中由制備TDA的方法制備。特別優選的制備TDA的方法可見于同時遞交的，題目為“用二硫代肼基甲酸甲酯和過量的三氟乙酸制備2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑的方法”，“用二硫代肼基甲酸甲酯和三氟乙酸制備2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑，同時除去雙副產物的方法”，以及“用二硫代肼基甲酸甲酯和過量的三氟乙酸制備2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑，同時回收三氟乙酸的方法”的美國專利申請。這三個申請所公開的內容都引用作為本申請的參考。
TDA的氧化可在溶劑存在下進行。優選的溶劑是質子惰性的芳族溶劑，這些溶劑在本領域是已知的。可列舉的和優選的此類溶劑是甲苯、二甲苯、枯烯或，特別優選甲苯。溶劑的使用量可在很大范圍內變化，這是本領域熟練技術人員很容易確定的。確切的溶劑量取決于所使用的特定溶劑。當用甲苯作為溶劑時，每摩爾TDA可使用大約0.5至大約3.5摩爾甲苯；每摩爾TDA優選使用大約1.0至大約2.0摩爾甲苯；更優選的是，每摩爾TDA使用大約1.0至大約1.5摩爾甲苯。
這里所使用的術語“活性催化劑”是指鉬酸或鎢酸。這些酸還包括酸鹽如鎢酸銨或鉬酸銨。活性催化劑的使用量是每摩爾TDA使用大約0.005至大約0.035摩爾催化劑。催化劑與TDA的摩爾比優選為大約0.015∶1。可以把這些酸直接加入反應混合物，或者可以在反應混合物中由鎢酸鹽或鉬酸鹽形成。優選由酸化鎢酸或鉬酸的堿金屬鹽而形成這些酸。可列舉的和優選的堿金屬鹽是本領域已知的和可以買到的。特別優選的堿金屬鹽是鎢酸或鉬酸的鈉、鉀和鋰鹽。鈉鹽，例如Na2(MoO4)和Na2(WO4)是最優選的。
用酸酸化堿金屬鹽可形成活性催化劑。可列舉的和優選的酸是pKa值在大約1-4之間的無機酸，特別優選的酸是鹽酸、硫酸和硝酸，最優選的是硫酸(H2SO4)。活性催化劑的形成可在氧化反應混合物本身中進行。按照此實施方案，使TDA與過氧化氫在堿金屬鹽和酸存在下進行反應。
即使在酸催化劑(例如鎢酸)直接加入反應混合物的情形，反應混合物中也還可含有另外的酸。這些酸可以是如上文所述的無機酸或是三氟乙酸。相對于每摩爾TDA此酸的量大約是0.01至大約0.03摩爾。
如上文第Ⅱ部分所述的本發明的方法還可包括附加步驟。可以回收催化劑和將回收的催化劑任選地循環使用于反應混合物；另外，可由反應產物中除去水；以及本發明的方法還可包括分離已形成的砜的步驟。
優選用共沸的方法除去水。共沸除水可在有溶劑，特別是以甲苯為溶劑的情況下進行。由于共沸混合物比水的沸點低，所以將反應產物加熱至溶劑的沸點足以除去水。由于氧化反應在大約60℃至大約85℃的溫度下進行，所以在反應期間就可除去水，不需要另加步驟。
下面的實施例說明了本發明的優選實施方案，但是不以任何方式限制本發明的權利要求書和說明書。
實施例實施例1用鉬催化劑合成TDA砜在2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑(TDA)(202.6g，純度98.8％,1.0mol)的甲苯(116.2g)溶液中加入5g鉬酸鈉一水合物和2g濃硫酸，同時進行攪拌。在攪拌的同時將混合物加熱至80℃，在4小時時間內，均勻地加入35％重量的過氧化氫水溶液(260g,2.67mol)，在加入過氧化氫的過程中反應溫度保持在80±2℃。
在80℃加熱蒸煮(cooking)反應混合物直到TDA的一氧化產物少于1％(用氣相色譜分析)(大約2-3小時)。用甲苯共沸除去水。反應混合物用大約225g甲苯稀釋，并用有蒸汽加熱套的抽濾器在60℃過濾出固體。由濾液中分離出TDA砜(純度98％。凈產率95.5％)。
A．催化劑的再循環將過濾出的固體和2.0g濃硫酸加入TDA(202g，純度98.8％，1.0mol)的甲苯(116.2g)溶液，攪拌。在4小時時間內，均勻地加入35％重量的過氧化氫水溶液(260g,2.67mol)，在加過氧化氫的過程中反應溫度保持在80±2℃。在80℃加熱蒸煮反應混合物直到TDA的一氧化產物少于1％(用氣相色譜分析)(大約2-3小時)。
用甲苯共沸除去反應中的水。然后反應混合物用大約225g甲苯稀釋，并在60℃過濾出固體，保存濾餅循環使用。由濾液中分離出TDA砜(純度98.1％。凈產率98％)。可以每摩爾TDA3-5g催化劑的摩爾比使用鉬酸鈉催化劑。
B．使用硫酸在另一研究系列中，在有或沒有硫酸的情況下，使用5g鉬酸作為催化劑。催化劑可循環使用多次。來自前一過程的鉬酸和硫酸可用于下一循環。在各系列中使用的反應條件和化學計量如下所述
>共沸除去反應混合物中的水。將有機層由甲苯中含60％TDA-SO2稀釋至甲苯中含40％TDA-SO2。分析結果綜合列于下表<
>C．鉬酸銨的應用用鉬酸銨作為催化劑制備兩批TDA-砜(原始的一批+循環使用的一批)。鉬酸銨是鉬酸的主要組分。氧化反應的物理與化學特征和使用鉬酸作為催化劑的反應完全相同。使用鉬酸銨的凈產率均在98-99％的范圍內。
實施例2用鉬催化劑合成TDA砜在反應容器中加入TDA的甲苯溶液和鎢酸鈉(Na2WO4)。催化劑可以是新鮮的，或者是由前一批反應后再循環使用的。將反應混合物加熱至起始溫度，在一定時間內加入35％重量的過氧化氫，然后在反應溫度下加熱反應混合物2-3小時。在反應中混合物用氮氣吹洗。反應條件如下TDA/甲苯，TDAwt.％57-60反應起始溫度，℃ 70-74H2O2/TDA的摩爾比2.30-2.40
H2O2的加入時間，小時 3.0-3.5反應溫度，℃80-90反應時間，小時 2.0-3.0然后將反應的產物混合物加熱回流，以及共沸蒸餾除去部分水。把混合物冷卻至70℃，相分離。
保留含有水的催化劑相在下一批循環使用。留下TDA砜/甲苯相連續使用。
鎢酸鈉方法的平均凈產率大約為97.5％。
雖然在前文中詳細地描述了本發明以說明本發明，但應理解這些詳述僅僅是為了說明本發明，除了權利要求書所限定的之外，在不違背本發明的精神和在本發明的范圍之內本領域熟練技術人員可以進行各種改進。
權利要求
1．制備2-(甲磺酰基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑的方法，該方法包括在含有活性鉬或鎢催化劑的反應混合物中氧化2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑以生成反應產物
2．根據權利要求1的方法，其中該方法是在活性催化劑存在下，使2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑與過氧化氫反應。
3．根據權利要求1的方法，其中2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑溶解于質子惰性的芳族溶劑中。
4．根據權利要求3的方法，其中的溶劑是甲苯。
5．根據權利要求2的方法，其中的活性催化劑是鉬酸或鎢酸。
6．根據權利要求1的方法，其中氧化是在大約50℃至大約100℃的溫度下進行的。
7．根據權利要求2的方法，其中的過氧化氫為含有大約30％至大約50％重量過氧化氫的水溶液。
8．根據權利要求1的方法，其中相對于每摩爾2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑，活性催化劑的量為大約0.5g至大約10g。
9．根據權利要求2的方法，該方法還包括通過共沸由反應產物中除去水。
10．根據權利要求1的方法，該方法還包括回收所形成的2-(甲磺酰基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑。
全文摘要
本發明涉及制備噻二唑砜的方法,本發明的方法用于制備2－(甲磺酰基)－5－(三氟甲基)－1,3,4－噻二唑。在適當的氧化劑存在下通過催化氧化制備2－(甲磺酰基)－5－(三氟甲基)－1,3,4－噻二唑。氧化反應使用的催化劑是鉬或鎢催化劑。
文檔編號C07B61/00GK1221741SQ98125308
公開日1999年7月7日 申請日期1998年12月11日 優先權日1997年12月12日
發明者V·C·德塞, K·杰利奇, D·T·埃德曼, A·諾克, J·M·阿普勒加特 申請人:美國拜爾公司, 拜爾公司