本發明公開了二氧化碳合成惡草酮等1,3,4-噁二唑-2-酮類化合物的方法，涉及農藥、醫藥化工合成技術領域。
背景技術：
1,3,4-噁二唑-2-酮類化合物是一類具有生理活性的含氮氧雜環化合物，廣泛用于農藥如除草劑，醫藥如鈣離子通道擴張劑、酶抑制劑，殺菌劑等。其中惡草酮(5-叔丁基-3-(2,4-二氯-5-異丙氧苯基)-1,3,4-噁二唑啉-2-酮)是一種目前廣泛使用的選擇性觸殺型除草劑。此外1,3,4-噁二唑-2-酮類化合物還是一類重要的精細化工中間體，在生產吡蚜酮等商品化農藥中有著重要用途。因此，1,3,4-噁二唑-2-酮類化合物的合成一直備受關注。
1,3,4-噁二唑-2-酮類化合物的傳統合成方法主要包括光氣法，雙光氣法，氯甲酸甲酯法。這些方法毒性高，操作危險，容易對環境造成污染(Mazouz,F.；Gueddari,S.；Burstein,C.；Mansuy,D.；Milcent,R.J.Med.Chem.1993,36,1157；Mazouz,F.；Lebreton,L.；Milcent,R.；Burstein,C.Eur.J.Med.Chem.1990,25,659-671)。
近年來，一氧化碳為羰源的鈀催化酰肼氧化羰基化反應作為替代光氣法合成1,3,4-噁二唑-2-酮類化合物的方法被報道(Wang,Y.；Meng,X.；Yang,Y.；Zhang,L.；Guo,S.；Tang,D.；Li,Y.；Chen,B.Chem Commun,2015,51,1905-1907；Ji,F.；Li,X.；Guo,W.；Wu,W.；Jiang,H.J.Org.Chem.2015,80,5713-5718.)。但此類方法需要使用昂貴的過渡金屬催化劑，易燃易爆的一氧化碳和大量的氧化劑。
技術實現要素：
本發明提供了一種二氧化碳合成惡草酮等1,3,4-噁二唑-2-酮類化合物的方法，此方法不需要使用過渡金屬催化劑，反應原料和試劑簡單易得，反應底物 類型普適性廣，后處理過程簡單，目標產物收率高。
本發明的原料是以二氧化碳和酰鹵腙在堿的促進下，發生1,3-偶極環加成反應合成1,3,4-噁二唑-2-酮類化合物，該方法使用二氧化碳替代光氣或一氧化碳，操作安全簡單，毒性低，對環境友好，在惡草酮等系列農藥、醫藥及天然產物合成中具有潛在的應用價值。
本發明的目的通過以下技術方案實現：
一種二氧化碳合成惡草酮等1,3,4-噁二唑-2-酮類化合物的方法：在高壓釜中加入酰鹵腙原料和溶劑，以堿和添加劑為促進劑，通入二氧化碳，在0～70攝氏度攪拌反應6～24小時，反應結束后冷卻至室溫，緩慢釋放未反應完的二氧化碳，反應液加水稀釋后用乙酸乙酯萃取，減壓濃縮得粗產品，經柱層析純化可得到惡草酮等1,3,4-噁二唑-2-酮類化合物；
上述反應如下式所示：
其中，R1是苯基、對氟苯基、對氯苯基、對溴苯基、對甲基苯基、對甲氧基苯基、對芐氧苯基、對叔丁基苯基、2-萘基、2-呋喃基、2-噻吩基、甲基、乙基、環丙烷基或叔丁基；
R2是苯基、對甲基苯基、對甲氧基苯基、對溴苯基、間氯苯基、芐基、正丁基、2-腈基乙基、2,4-二氯-5-異丙氧基苯基或2,4-二氯-5-炔丙氧基苯基；
X是氯或溴。
上述方法中，高壓反應釜采用間歇式高壓反應釜或連續式高壓反應釜。
上述方法中，二氧化碳的壓力為0.1～5MPa。
上述方法中，所述的堿為碳酸銫、碳酸鉀、氟化銫、氟化鉀、三乙烯二胺 或1,5,7-三氮雜二環[4.4.0]癸-5-烯
上述方法中，加入堿的量與酰鹵腙的摩爾比為(1～5):1。
上述方法中，添加劑為18-冠-6、15-冠-5或甲基封端的PEG-200。
上述方法中，加入添加劑的量與堿的摩爾比為(0.2～5):1。
上述方法中，溶劑為四氫呋喃、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙二醇二甲醚、環戊基甲基酮、1,4-二氧六環、乙醚、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷或乙腈。
上述方法中，反應溫度為0～70攝氏度。
上述方法中，反應時間為6～24小時。
上述方法中，采用柱層析純化粗產品，柱層析洗脫液為石油醚和乙酸乙酯的混合溶劑，石油醚和乙酸乙酯的體積比為2～50:1。
本發明相對于現有的技術，具有以下優點：
采用儲量豐富廉價易得的二氧化碳為反應原料替代光氣或一氧化碳，操作安全簡單，毒性低，對環境友好，其他反應原料和試劑簡單易得，反應底物類型普適性廣，后處理過程簡單，目標產物收率高，在惡草酮系列農藥、醫藥等化工生產中有良好的應用前景。
具體實施方式
下面結合具體實施例，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方法和適用的底物不限于此。
實施例1
在20毫升高壓釜中加入攪拌子，0.2毫摩爾的苯甲酰氯苯腙，0.5毫摩爾的三乙烯二胺，2毫升四氫呋喃，沖入2.0MPa二氧化碳，在25攝氏度攪拌24小時后，停止加熱及攪拌，冷卻至室溫，緩慢釋放未反應完的二氧化碳，反應液中加入15毫升水，后用15毫升的乙酸乙酯萃取3次后，合并有機相，用水和鹽水依次洗滌后經無水硫酸鈉干燥，減壓旋蒸除去乙酸乙酯后得粗產品，柱層析純化得到目標產物。柱層析所用洗脫液為體積比30:1的石油醚和乙酸乙酯。產率為3％。
實施例2
在20毫升高壓釜中加入攪拌子，0.2毫摩爾的苯甲酰氯苯腙，0.5毫摩爾的碳酸銫，2毫升四氫呋喃，沖入2.0MPa二氧化碳，在25攝氏度攪拌24小時后，停止加熱及攪拌，冷卻至室溫，緩慢釋放未反應完的二氧化碳，反應液中加入15毫升水，后用15毫升的乙酸乙酯萃取3次后，合并有機相，用水，鹽水洗滌后經無水硫酸鈉干燥，減壓旋蒸除去乙酸乙酯后得粗產品，經柱層析純化得到目標產物。柱層析所用洗脫液為體積比30:1的石油醚和乙酸乙酯。產率為25％。
實施例3
在20毫升高壓釜中加入攪拌子，0.2毫摩爾的苯甲酰氯苯腙，0.5毫摩爾的氟化銫，2毫升四氫呋喃，沖入2.0MPa二氧化碳，在25攝氏度攪拌24小時后，停止加熱及攪拌，冷卻至室溫，緩慢釋放未反應完的二氧化碳，反應液中加入15毫升水，后用15毫升的乙酸乙酯萃取3次后，合并有機相，用水，鹽水洗滌后經無水硫酸鈉干燥，減壓旋蒸除去乙酸乙酯后得粗產品，經柱層析純化得到目標產物。柱層析所用洗脫液為體積比30:1的石油醚和乙酸乙酯。產率為16％。
實施例4
在20毫升高壓釜中加入攪拌子，0.2毫摩爾的苯甲酰氯苯腙，0.5毫摩爾的氟化鉀，0.5毫摩爾的18-冠-6，2毫升四氫呋喃，沖入2.0MPa二氧化碳，在25攝氏度攪拌24小時后，停止加熱及攪拌，冷卻至室溫，緩慢釋放未反應完的二氧化碳，反應液中加入15毫升水，后用15毫升的乙酸乙酯萃取3次后，合并有機相，用水，鹽水洗滌后經無水硫酸鈉干燥，減壓旋蒸除去乙酸乙酯后得粗產品，經 柱層析純化得到目標產物。柱層析所用洗脫液為體積比30:1的石油醚和乙酸乙酯。產率為14％。
實施例5
在20毫升高壓釜中加入攪拌子，0.2毫摩爾的苯甲酰氯苯腙，0.5毫摩爾的氟化銫，0.5毫摩爾的18-冠-6，2毫升四氫呋喃，沖入2.0MPa二氧化碳，在25攝氏度攪拌12小時后，停止加熱及攪拌，冷卻至室溫，緩慢釋放未反應完的二氧化碳，反應液中加入15毫升水，后用15毫升的乙酸乙酯萃取3次后，合并有機相，用水，鹽水洗滌后經無水硫酸鈉干燥，減壓旋蒸除去乙酸乙酯后得粗產品，經柱層析純化得到目標產物。柱層析所用洗脫液為體積比30:1的石油醚和乙酸乙酯。產率為85％。
實施例6
在20毫升高壓釜中加入攪拌子，0.2毫摩爾的苯甲酰氯苯腙，0.5毫摩爾的氟化銫，0.24毫摩爾的18-冠-6，2毫升甲苯，沖入2.0MPa二氧化碳，在25攝氏度攪拌12小時后，停止加熱及攪拌，冷卻至室溫，緩慢釋放未反應完的二氧化碳，反應液中加入15毫升水，后用15毫升的乙酸乙酯萃取3次后，合并有機相，用水，鹽水洗滌后經無水硫酸鈉干燥，減壓旋蒸除去乙酸乙酯后得粗產品，經柱層析純化得到目標產物。柱層析所用洗脫液為體積比30:1的石油醚和乙酸乙酯。產率為89％。
實施例1～6所得產物的結構表征數據如下所示：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.97–7.95(m,4H),7.56–7.46(m,5H),7.29(t,J＝7.4Hz,1H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ153.59,150.73,136.10,131.96,129.22,129.06,126.17,125.99,123.50,118.36.IR(neat):3422,2912,1779,1355,732,679.HRMS(ESI,m/z):calculated for C14H10N2O2Na[M+Na]+:261.0634, found:261.0627.
根據以上數據推斷所得產物的結構如下所示：
實施例7
在20毫升高壓釜中加入攪拌子，0.2毫摩爾的對溴苯甲酰氯苯腙，0.5毫摩爾的氟化銫，0.24毫摩爾的18-冠-6，2毫升甲苯，沖入2.0MPa二氧化碳，在25攝氏度攪拌12小時后，停止加熱及攪拌，冷卻至室溫，緩慢釋放未反應完的二氧化碳，反應液中加入15毫升水，后用15毫升的乙酸乙酯萃取3次后，合并有機相，用水，鹽水洗滌后經無水硫酸鈉干燥，減壓旋蒸除去乙酸乙酯后得粗產品，經柱層析純化得到目標產物。柱層析所用洗脫液為體積比30:1的石油醚和乙酸乙酯。產率為90％。
實施例7所得產物的結構表征數據如下所示：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.93(d,J＝8.0Hz,2H),7.82(d,J＝8.5Hz,2H),7.66(d,J＝8.5Hz,2H),7.48(t,J＝8.0Hz,2H),7.29(t,J＝7.4Hz,1H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ152.87,150.48,135.94,132.45,129.25,127.35,126.69,126.32,122.39,118.35.IR(neat):2917,1770,1404,1355,1070,735.HRMS(ESI,m/z):calculated for C14H10BrN2O2[M+H]+:316.9920,found:316.9928.
根據以上數據推斷所得產物的結構如下所示：
實施例8
在20毫升高壓釜中加入攪拌子，0.2毫摩爾的2-噻吩甲酰氯苯腙，0.5毫摩爾的氟化銫，0.24毫摩爾的18-冠-6，2毫升甲苯，沖入2.0MPa二氧化碳，在25攝氏度攪拌12小時后，停止加熱及攪拌，冷卻至室溫，緩慢釋放未反應完的二氧化碳，反應液中加入15毫升水，后用15毫升的乙酸乙酯萃取3次后，合并有機相，用水，鹽水洗滌后經無水硫酸鈉干燥，減壓旋蒸除去乙酸乙酯后得粗產品，經柱層析純化得到目標產物。柱層析所用洗脫液為體積比30:1的石油醚和乙酸乙酯。產率為89％。
實施例8所得產物的結構表征數據如下所示：
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.92(d,J＝7.9Hz,2H),7.69(d,J＝3.6Hz,1H),7.56(d,J＝5.0Hz,1H),7.46(t,J＝8.0Hz,2H),7.27(t,J＝8.3Hz,1H),7.16(t,J＝7.9Hz,1H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ150.36,150.14,135.93,130.20,129.84,129.19,128.10,126.16,125.01,118.32.IR(neat):2922,1789,1471,1090,946,752,684.HRMS(ESI,m/z):calculated for C12H9N2O2S[M+H]+:245.0379,found:245.0371.
根據以上數據推斷所得產物的結構如下所示：
實施例9
在20毫升高壓釜中加入攪拌子，0.2毫摩爾的特戊酰氯苯腙，0.5毫摩爾的氟化銫，0.24毫摩爾的18-冠-6，2毫升甲苯，沖入2.0MPa二氧化碳，在25攝氏度攪拌12小時后，停止加熱及攪拌，冷卻至室溫，緩慢釋放未反應完的二氧化碳， 反應液中加入15毫升水，后用15毫升的乙酸乙酯萃取3次后，合并有機相，用水，鹽水洗滌后經無水硫酸鈉干燥，減壓旋蒸除去乙酸乙酯后得粗產品，經柱層析純化得到目標產物。柱層析所用洗脫液為體積比30:1的石油醚和乙酸乙酯。產率為86％。
實施例9所得產物的結構表征數據如下所示：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.86(d,J＝7.7Hz,2H),7.43(t,J＝8.0Hz,2H),7.24(t,J＝7.5Hz,1H),1.38(s,9H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ162.75,151.32,136.12,129.08,125.78,118.13,32.76,27.03.IR(neat):2922,1781,1499,1370,1130,966,754.HRMS(ESI,m/z):calculated for C12H15N2O2[M+H]+:219.1128,found:219.1124.
根據以上數據推斷所得產物的結構如下所示：
實施例10
在20毫升高壓釜中加入攪拌子，0.2毫摩爾的苯甲酰氯芐腙，0.5毫摩爾的氟化銫，0.24毫摩爾的18-冠-6，2毫升甲苯，沖入2.0MPa二氧化碳，在25攝氏度攪拌12小時后，停止加熱及攪拌，冷卻至室溫，緩慢釋放未反應完的二氧化碳，反應液中加入15毫升水，后用15毫升的乙酸乙酯萃取3次后，合并有機相，用水，鹽水洗滌后經無水硫酸鈉干燥，減壓旋蒸除去乙酸乙酯后得粗產品，經柱層析純化得到目標產物。柱層析所用洗脫液為體積比30:1的石油醚和乙酸乙酯。產率為84％。
實施例10所得產物的結構表征數據如下所示：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.82(d,J＝6.7Hz,2H),7.50–7.31(m,8H),4.95(s,2H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ153.53,153.31,134.91,131.50,128.87,128.82,128.34,128.28,125.67,123.80,49.73.IR(neat):3309,1766,1355,1018,775,731.HRMS(ESI,m/z):calculated for C15H13N2O2[M+H]+:253.0972,found:253.0971.
根據以上數據推斷所得產物的結構如下所示：
實施例11
在20毫升高壓釜中加入攪拌子，0.2毫摩爾的對芐氧基苯甲酰氯-2-腈基乙腙，0.5毫摩爾的氟化銫，0.24毫摩爾的18-冠-6，4毫升甲苯，沖入2.0MPa二氧化碳，在25攝氏度攪拌12小時后，停止加熱及攪拌，冷卻至室溫，緩慢釋放未反應完的二氧化碳，反應液中加入15毫升水，后用15毫升的乙酸乙酯萃取3次后，合并有機相，用水，鹽水洗滌后經無水硫酸鈉干燥，減壓旋蒸除去乙酸乙酯后得粗產品，經柱層析純化得到目標產物。柱層析所用洗脫液為體積比4:1的石油醚和乙酸乙酯。產率為89％。
實施例11所得產物的結構表征數據如下所示：
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.77(d,J＝8.9Hz,2H),7.44–7.39(m,4H),7.37–7.34(m,J＝8.2,5.7Hz,1H),7.05(d,J＝8.9Hz,2H),5.13(s,2H),4.09(t,J＝6.9Hz,2H),2.88(t,J＝6.9Hz,2H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ161.66,154.07,152.98,136.03,128.70,128.28,127.66,127.45,116.24,115.97,115.37,70.18,41.46,17.09.IR(neat):3362,2912,2244,1769,1609,1242,998,838,743. HRMS(ESI,m/z):calculated for C18H16N3O3[M+H]+:322.1186,found:322.1184.
根據以上數據推斷所得產物的結構如下所示：
實施例12(惡草酮的合成)
在20毫升高壓釜中加入攪拌子，0.2毫摩爾的特戊酰氯-2,4-二氯-5-異丙氧基苯腙，0.5毫摩爾的氟化銫，0.24毫摩爾的18-冠-6，2毫升甲苯，沖入2.0MPa二氧化碳，在25攝氏度攪拌24小時后，停止加熱及攪拌，冷卻至室溫，緩慢釋放未反應完的二氧化碳，反應液中加入15毫升水，后用15毫升的乙酸乙酯萃取3次后，合并有機相，用水，鹽水洗滌后經無水硫酸鈉干燥，減壓旋蒸除去乙酸乙酯后得粗產品，經柱層析純化得到目標產物。柱層析所用洗脫液為體積比30:1的石油醚和乙酸乙酯。產率為88％。
實施例12所得產物的結構表征數據如下所示：
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.52(s,1H),7.03(s,1H),4.59–4.52(m,1H),1.39(d,J＝6.1Hz,6H),1.37(s,9H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ163.45,152.95,152.19,131.39,131.28,126.10,123.07,114.87,73.00,32.91,26.99,21.83.IR(neat):2964,1788,1488,1249,1123,1037,748.HRMS(ESI,m/z):calculated for C15H19Cl2N2O3[M+H]+:345.0767,found:345.0773.
根據以上數據推斷所得產物為如下所示的惡草酮結構：