KR101599566B1 - 1-플루오로-2-치환된-3-클로로벤젠의 선택적 탈양성자화 및 관능화 방법 - Google Patents
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Abstract
1-플루오로-2-치환된-3-클로로벤젠은 플루오로 치환체에 인접한 위치에서 선택적으로 탈양성자화되고, 관능화된다.
Description
본 출원은 2008년 1월 11일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 61/010,918호의 이점을 청구한다. 본 발명은 특정 1-플루오로-2-치환된-3-클로로벤젠의 플루오로 치환체에 인접한 위치에서 선택적 탈양성자화 및 관능화 방법에 관한 것이다.
미국 특허 제7,314,849호 및 제7,300,907호에는 각각 특정 6-(폴리-치환된 아릴)-4-아미노피콜리네이트 및 2-(폴리-치환된 아릴)-6-아미노-4-피리미딘카르복실산 화합물 및 이들의 제초제로서의 용도가 기재되어 있다. 2-플루오로-3-치환된-4-클로로페닐보론산 유도체는 이러한 제초제의 제조를 위한 유용한 중간체이다.
미국 특허 제7,314,849호 및 제7,300,907호에서, 예를 들어 2-플루오로-3-치환된-4-클로로페닐보론산 유도체는 1-브로모-2-플루오로-3-치환된-4-클로로벤젠과 n-부틸 리튬의 할로겐-금속 교환 후 보론산 에스테르를 이용한 켄칭에 의해 제조된다.
할로겐-금속 교환에 의한 것보다는 직접적인 탈양성자화에 의해 이러한 물질을 제조하는 것이 유리할 것이다. 이것은, 예를 들어 덜 복잡한 출발 물질을 사용할 수 있게 하고, 브롬화된 폐스트림의 형성을 방지한다.
본 발명은 알킬 리튬 화합물을 사용하는 플루오로 치환체에 인접한 위치에서 1-플루오로-2-치환된-3-클로로벤젠의 고도의 선택적 탈양성자화에 관한 것이다. 생성된 리티오벤젠(lithiobenzene)은 친전자성 시약과의 반응에 의해 추가로 유도체화 또는 관능화시킨다. 보다 구체적으로, 본 발명은 하기 화학식 II의 치환된 플루오로벤젠을 불활성 유기 용매 중 알킬 리튬과 접촉시키는 것을 포함하는, 하기 화학식 I의 리티오벤젠의 제조 방법에 관한 것이다.
<화학식 I>
<화학식 II>
상기 식에서,
X는 F, OR1 또는 NR2R3을 나타내고;
Y는 H 또는 F를 나타내고;
R1, R2 및 R3은 독립적으로 C1-C4 알킬기를 나타낸다.
본 발명의 또다른 측면에서, 리티오벤젠을 친전자성 시약과 추가로 접촉시킨다. 바람직한 친전자성 시약은 보론산의 에스테르, 이산화탄소, N,N-디알킬포름아미드 및 알킬 포르메이트를 포함한다.
본원에서 사용된 용어 알킬 및 파생어, 예컨대 알콕시는 직쇄, 분지쇄 및 시클릭기를 포함한다. 따라서, 전형적인 알킬기는 메틸, 에틸, 1-메틸에틸, 프로필, 시클로프로필, 부틸, 1,1-디메틸에틸, 시클로부틸 및 1-메틸프로필이다. 메틸 및 에틸이 종종 바람직하다. 알킬기는 때때로 노말 (n), 이소 (i), 2급 (s) 또는 3급 (t)으로 칭해진다.
1-플루오로-2-치환된-3-클로로벤젠 출발 물질은 공지된 화합물이며, 당업자에게 널리 공지되어 있는 절차에 의해 제조될 수 있다.
플루오로 치환체에 인접한 위치에서 선택적 탈양성자화는 1-플루오로-2-치환된-3-클로로벤젠 출발 물질을 불활성 유기 용매 중 알킬 리튬과 접촉시킴으로써 수행된다.
알킬 리튬 화합물은 강염기로 작용한다. 임의의 알킬 리튬 화합물이 사용될 수 있으며, 메틸 리튬, n-부틸 리튬 및 s-부틸 리튬과 같은 시판용 알킬 리튬 화합물이 바람직하다. 완전한 전환은 1 당량의 알킬 리튬 염기를 필요로 하지만, 종종 약간 과량의 알킬 리튬을 사용하여 반응을 수행하는 것이 보다 유리하다. 전형적으로 1 내지 10％ 몰 과량의 알킬 리튬이 바람직하며, 2 내지 5％ 몰 과량이 보다 바람직하다.
반응은 무수 조건하에 불활성 유기 용매, 즉 반응물이 적어도 부분적으로 용해되고 반응물에 대해 화학적으로 불활성인 유기 물질 중에서 수행된다. 반응물에 대해 화학적으로 불활성이라는 것은, 용매가 강한 알킬 리튬 염기에 대해 1-플루오로-2-치환된-3-클로로벤젠보다 적어도 덜 반응성이라는 것을 의미한다. 적합한 불활성 유기 용매로는 C5-C8 직쇄, 분지쇄 또는 시클릭 탄화수소, 예컨대 펜탄, 헥산, 시클로헥산 및 이소-옥탄, 및 에테르, 예컨대 디에틸 에테르, 테트라히드로푸란, 디옥산 및 글리콜 에테르를 들 수 있다. 에테르가 일반적으로 바람직하다. 탄화수소와 에테르의 혼합물이 종종 바람직하며, 테트라히드로푸란 또는 1,2-디메톡시에탄의 혼합물 및 옥탄의 시판용 혼합물이 가장 바람직하다. 탈양성자화는 사용되는 치환체 X, 용매 및 알킬 리튬의 성질에 따라 -100℃ 내지 0℃의 온도에서 수행된다. 최적의 온도는 일상적인 최적화에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 예를 들어, X가 F 또는 Cl일 경우, 탈양성자화에 바람직한 온도는 -100℃ 내지 -50℃이다. X가 OR1 또는 NR2R3일 경우, 탈양성자화에 바람직한 온도는 -70℃ 내지 -50℃이다.
공정은 압력에 민감하지 않으며, 일반적으로 대기압 또는 그보다 약간 높은 압력에서 수행된다. 공정은 바람직하게는 질소 블랭킷(blanket)에 의해 제공되는 것과 같은 건조 불활성 분위기하에 수행된다.
화학식 I의 리티오벤젠은 전형적으로 단리시키지 않으며, 친전자성 시약과 반응시킨다. 친전자성 시약은 한쌍의 전자를 추구하는 시약으로 정의된다. 적합한 친전자성 시약으로는 브롬, 요오드, 황, 디술피드, 이산화황, 보론산 에스테르, 이산화탄소, 술푸릴 할라이드, 포스포릴 할라이드, 알데히드, 아미드 및 알킬 또는 아실 할라이드를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 보론산 에스테르, 이산화탄소, N,N-디알킬-포름아미드 및 알킬 포르메이트가 특히 바람직한 친전자성 시약이다. 리티오벤젠 반응 혼합물을 냉각시키고, 친전자성 시약을 반응 용액에 첨가할 수 있다. 별법으로, X가 OR1 또는 NR2R3을 나타낼 경우 -70℃ 내지 -50℃에서, 그리고 X가 F 또는 Cl을 나타낼 경우 -100℃ 내지 -60℃에서 리티오벤젠을 친전자성 시약에 첨가할 수 있다. 특성이 친전자성 시약의 성질에 따라 달라지는 최종 생성물을 당업자에게 널리 공지되어 있는 통상적인 절차에 의해 단리 및 회수할 수 있다.
전형적인 반응에서, 1-플루오로-2-치환된-3-클로로벤젠 출발 물질을 질소 분위기하에 건조 에테르 용매에 용해시킨다. 반응 혼합물을 냉각시키고, 알킬 리튬 화합물을 첨가하고, 반응 혼합물을 탈양성자화가 완결될 때까지 교반한다. 반응 혼합물을 다시 냉각시킨 후, 친전자성 시약으로 처리한다. 리티오벤젠을 완전히 켄칭시킨 후, 반응 혼합물을 후처리하여 생성물을 회수한다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위하여 제공된다.
1. 2-(4-클로로-2-플루오로-3-메톡시-페닐)-[1,3,2]-디옥사보리난의 제조
양호한 자석 교반과 함께, -70℃로 냉각된 건조 1,2-디메톡시에탄 (DME) 1 리터 (L) 중 2-클로로-6-플루오로아니솔 (100 g)의 용액에 헥산 중 2.5 M n-BuLi 274 밀리리터 (mL)를 12분에 걸쳐 첨가하였다. 첨가 동안 반응물을 -58℃로 가온시켰다. 드라이아이스 조를 제거하고, 반응물을 20분 동안 -50℃로 가온시켜 소량의 백색 고체를 용해시켰다. 소량의 샘플을 MeSSMe 0.15 mL를 함유하는 1 mL 시린지로 직접 끌어올렸다. 샘플을 에테르로 희석하고, 물로 추출하였다. 유기 상을 GC에 의해 확인하였다. 단지 4％ 출발 물질만이 스캔에 나타났다.
용액을 -70℃로 냉각시킨 후, 트리메틸 보레이트 74.4 그램 (g)을 적하하였다. 첨가는 15분이 걸렸고, 온도는 -45℃ 미만으로 유지시켰다. 무색 용액을 온수 조를 사용하여 0℃로 가온시킨 후, 37％ 수성 HCl 140 g을 거의 한번에 첨가하였다. 거의 무색의 용액이 기체를 방출하였으며, 27℃에 이르렀고, 20분 동안 교반한 후, 2상 혼합물을 분리 깔때기로 옮겼다. 저 점성 물 층 (285 mL)을 분리하고, 보존하였다. 유기 상을 2 L 회전-증발(roto-vap) 플라스크에 넣고, 1,3-프로판디올 62 g을 흐린 무색 용액에 첨가하였다. 보존된 물 층을 에테르 300 mL로 한번 추출하고, 상을 수성 분획 195 mL 및 유기 상 390 mL로 분리하였다. 유기 상을 2 L 회전-증발 플라스크에 첨가하였다. 이러한 흐린 용액을 농축하고, 60 내지 70℃로 가온시켜 약간의 물이 존재하는 거의 무색의 오일을 수득하였다. 혼합물을 메틸렌 클로라이드 700 mL에 용해시키고, MgSO4로 건조시키고, 여과하고, 농축하여 무색 오일 156 g을 수득하였다. 1H NMR 및 GC는 5 중량％의 과량의 프로판디올을 지시하였다.
오일을 10 내지 12 mm Hg 진공하에 쿠겔로르(Kugelrohr) 상에서 160℃로 10분 동안 가열하였다. 약간 밝은 물질이 나타났고, 샘플은 152 g으로 칭량되었다. GC는 94.2％로 2％의 순도 개선을 나타내었다.
2. 4-클로로-2-플루오로-3-메톡시페닐보론산의 제조
무수 1,2-디메톡시에탄 (313 mL) 중 2-클로로-6-플루오로아니솔 (40.2 g)의 용액을 자석 교반기, 열전쌍 온도 프로브를 갖는 써모웰(thermowell), 고무 격막 및 질소 패드를 갖는 응축기가 장착된 1-리터 3목 플라스크에서 제조하였다. 용액을 교반하고, 드라이아이스/아세톤 조를 사용하여 -69.6℃로 냉각시켰다. 반응 온도를 -65℃ 미만으로 유지시키면서 부틸리튬 용액 (헥산 중 2.5 M 부틸리튬 115 mL)을 시린지 펌프를 사용하여 4.15시간에 걸쳐 천천히 첨가하였다. 반응 혼합물을 -70.3℃ 내지 -72.6℃에서 20분 동안 교반한 후, 온도를 -65℃ 미만으로 유지시키면서 트리메틸 보레이트 (43 mL)를 시린지 펌프를 사용하여 1.6시간에 걸쳐 천천히 첨가하였다. 트리메틸 보레이트의 첨가가 완결되었을 때, 반응 혼합물을 주위 온도로 밤새 천천히 가온시켰다.
물 중 수산화칼륨의 용액 (탈이온수 485 mL로 희석된 45％ KOH 용액 69.2 g)을 첨가 깔때기를 사용하여 26분에 걸쳐 (주위 온도 = 23.3℃에서) 반응 혼합물에 첨가하였다. 혼합물을 60분 동안 교반한 후, 분리 깔때기로 옮기고, 상이 분리되게 하였다. 수성 층을 tert-부틸 메틸 에테르 (2 x 305 mL)로 세척하여 미반응 2-클로로-6-플루오로아니솔을 제거하였다. 그 후, 수성 층을 1-리터 삼각 플라스크로 옮기고, 6 M 수성 염산 (161 mL)을 적하하여 산성화시켰다. 혼합물은 먼저 유백색으로 변한 다음, 대부분의 생성물이 황색 오일로 분리되었다. 생성물을 에틸 아세테이트 (2 x 304 mL)를 사용하여 산성화된 혼합물로부터 추출하였다. 에틸 아세테이트 층을 합하고, 포화 수성 염화나트륨 (304 mL)으로 세척하고, 무수 황산마그네슘으로 건조시키고, 여과하고, 회전 증발기 상에서 농축하여 백색 고체를 수득하였다. 고체 생성물을 진공하에 밤새 주위 온도에서 건조시켜 4-클로로-2-플루오로-3-메톡시페닐보론산 45.1 g (수율 88.3％)을 수득하였다.
3. 아세토니트릴 중 4-클로로-2-플루오로-3-메톡시페닐보론산 용액의 대안적인 제조 방법
무수 1,2-디메톡시에탄 (75 mL) 중 2-클로로-6-플루오로아니솔 (9.6 g)의 용액을 자석 교반기, 열전쌍 온도 프로브를 갖는 써모웰, 고무 격막 및 질소 패드를 갖는 응축기가 장착된 100-mL 3목 플라스크에서 제조하였다. 용액을 교반하고, 드라이아이스/아세톤 조를 사용하여 -71.0℃로 냉각시켰다. 반응 온도를 -65℃ 미만으로 유지시키면서 부틸리튬 용액 (헥산 중 2.5 M 부틸리튬 31.5 mL)을 시린지 펌프를 사용하여 1.57시간에 걸쳐 천천히 첨가하였다. 반응 혼합물을 -72.0℃ 내지 -73.4℃에서 20분 동안 교반한 후, 온도를 -65℃ 미만으로 유지시키면서 트리메틸 보레이트 (10.5 mL)를 시린지 펌프를 사용하여 43분에 걸쳐 천천히 첨가하였다. 트리메틸 보레이트의 첨가가 완결되었을 때, 반응 혼합물을 주위 온도로 밤새 천천히 가온시켰다.
물 중 수산화칼륨의 용액 (133 mL의 5.6％ 수성 수산화칼륨, 약 1 M)을 첨가 깔때기를 사용하여 17분에 걸쳐 (주위 온도 = 23.1℃에서) 반응 혼합물에 첨가하였다. 혼합물을 60분 동안 교반한 후, 분리 깔때기로 옮기고, 상이 분리되게 하였다. 수성 층을 tert-부틸 메틸 에테르 (2 x 73 mL)로 세척하여 미반응 2-클로로-6-플루오로아니솔을 제거하였다. 그 후, 수성 층을 250-mL 삼각 플라스크로 옮기고, 아세토니트릴 (76 mL)로 희석하고, 6 M 수성 염산 (40 mL)을 적하하여 산성화시켰다. 유기 층 (27.87 g)을 분리하고, 기체 크로마토그래피 분석에 의해 생성물 4-클로로-2-플루오로-3-메톡시페닐보론산 5.00 g이 함유되어 있음을 확인하였다. 수성 층을 추가의 아세토니트릴 (2 x 76 mL)로 추출하고, 2개의 추가의 유기 층 (24.88 g 및 156.48 g)을 또한 분석하였다. 아세토니트릴 용액 중 총 회수된 생성물은 9.85 g (수율 80.3％)이었다.
4. 4-클로로-2-플루오로-3-메톡시벤조산의 제조
반응 온도를 -55℃ 미만으로 유지시키면서 -70℃로 냉각된 무수 DME 100 mL 중 2-클로로-6-플루오로아니솔 (16.06 g)의 자석 교반 용액에 헥산 중 2.5 M n-BuLi 44 mL를 30분에 걸쳐 첨가하였다. 반응물을 -70℃에서 추가의 60분 동안 교반한 후, 온도를 -60℃ 미만으로 유지시키면서 건조 이산화탄소를 60분 동안 반응 혼합물로 버블링시켰다. 실온으로 가온시킨 후, 반응 혼합물을 에테르 150 mL에 첨가하고, 37％ 수성 HCl로 산성화시켰다. 수성 층을 에테르 2 x 150 mL로 세척하고, 합한 유기 층을 포화 NaCl로 세척하고, 건조시켰다 (MgSO4). 용매 제거로 백색 고체 20.3 g을 수득하고, 이것을 에테르/헥산으로부터 재결정화시켜 4-클로로-2-플루오로-3-메톡시벤조산 16.4 g (수율 80％)을 수득하였다.
5. 4-클로로-2-플루오로-3-메톡시벤즈알데히드의 제조
양호한 기계적 교반과 함께, -70℃로 냉각된 건조 테트라히드로푸란 (THF) 2 L 중 2-클로로-6-플루오로아니솔 (321.2 g)의 용액에 헥산 중 2.5 M n-BuLi 890 mL를 30분에 걸쳐 첨가하였다. 첨가 동안 반응물을 -48℃ 내지 -50℃로 가온시키고, 첨가를 완결한 후 거기서 15분 동안 유지시켰다. 용액을 -75℃로 냉각시킨 후, 온도를 -50℃ 미만으로 유지시키면서 THF 100 mL 중 디메틸포름아미드 (DMF) 177 g의 용액을 첨가하였다. 반응물을 실온으로 가온시키고, 37％ 수성 HCl 260 g을 천천히 첨가하고, 교반을 2시간 동안 계속하였다. 상을 분리하고, 유기 상을 농축하고, 에테르 2 L에 용해시켰다. 용액을 수성 10％ HCl 500 mL로 2회 세척하였다. 유기 상을 MgSO4로 건조시키고, 여과하고, 농축하여 밝은 금색 오일 372 g (GC에 의한 순도 93％)을 수득하였다. 이 오일을 벌브 대 벌브(bulb to bulb) 증류시켜 정치시켰을 때 응고되는 밝은 금색 오일 282 g (수율 75％)을 수득하였다. 소량의 샘플을 펜탄으로부터 결정화시켜 미세한 백색 니들(needle)을 수득하였다.
Claims (8)
- 하기 화학식 II의 치환된 플루오로벤젠을 불활성 유기 용매 중 알킬 리튬과 접촉시키는 것을 포함하는, 하기 화학식 I의 리티오벤젠(lithiobenzene)의 제조 방법.
<화학식 I>
<화학식 II>
상기 식에서,
X는 F, OR1 또는 NR2R3을 나타내고;
Y는 H 또는 F를 나타내고;
R1, R2 및 R3은 독립적으로 C1-C4 알킬기를 나타낸다. - 제1항에 있어서, 알킬 리튬이 n-부틸 리튬인 방법.
- 제1항에 있어서, 불활성 유기 용매가 탄화수소, 에테르 또는 이들의 혼합물인 방법.
- 제1항에 있어서, X가 OR1을 나타내는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 반응 혼합물을 친전자성 시약과 추가로 접촉시키는 방법.
- 제5항에 있어서, 친전자성 시약이 보론산 에스테르, 이산화탄소, N,N-디알킬포름아미드 또는 알킬 포르메이트인 방법.
- 하기 화학식의 화합물.
상기 식에서,
X는 OR1 또는 NR2R3을 나타내고;
Y는 H 또는 F를 나타내고;
Z는 -CO2H를 나타내고;
R1, R2 및 R3은 독립적으로 C1-C4 알킬기를 나타낸다. - 삭제
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