СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ О-ИЗОПРОПИЛ-N-(3-ХЛОРФЕНИЛ)КАРБАМАТА Российский патент 2024 года по МПК C07C269/06 C07C271/28 

Изобретение относится к новому способу получения O-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамата

O-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамат (хлорпрофам) применяют как действующее вещество гербицидов в борьбе с сорной растительностью и в качестве регулятора роста растений, подавляющего прорастание клубней картофеля при хранении.

К настоящему моменту известно несколько способов получения соединения формулы I. Основной способ получения хлорпрофам а, который получил распространение, основан на взаимодействии м-хлорфенилизоцианата и изопропанола [Патент DE 2532982 A1, A01N 25/12, заяв. 05.02.1976]. Данный процесс характеризуется высокими выходами и селективностями по целевому соединению. Вместе с тем, мета-хлорфенилизоцианат, используемый в синтезе, представляет собой неустойчивое во влажном воздухе соединение, который быстро реагирует с водой. Кроме того, оно обладает высокой токсичностью, что требует особых мер хранения и транспортировки.

Другой способ получения хлорпрофама состоит во взаимодействии изропропилхлорформиата с м-хлоранилином [Патент США US 2734911, A01N 47/20, заяв. 14.02.1956]. Изопропилхлорформиат, также как мета-хлорфенилизоцианат, высокотоксичен и гидролитически неустойчив.

Следует отметить, что в синтезе как хлорфенилизоцианата, так и изопропилхлорформиата применяется высокотоксичный фосген. Таким образом, транспортировка хлорфенилизоцианата и изопропилхлорформиата требует особых условий и мер предосторожности. Производство же указанных продуктов на месте их применения из фосгена приводит к увеличению затрат на охрану труда и окружающей среды, а также нерациональному расходу хлора, который полностью переходит в побочный продукт - хлороводород.

Синтез хлорпрофама может быть также осуществлен при использовании 3-хлорбромбензола, цианата калия, иодида меди и изопропанола с выходом 85% [статья Yang X., Zhang Y., Ma D. // Advanced Synthesis & Catalysis. - 2012. - T. 354. - №. 13. - C. 2443-2446.]. Применение иодида меди и цианата калия сопряжено с образованием дорогостоящих отходов, содержащих медь и иод. Также образуется эквивалентное количество бромида калия, из которого нужно извлекать бром.

Аналогами настоящего изобретения являются патенты и статьи, в которых карбаматы получают из карбонатов, а также путем пререэтерификации карбаматов. Так, в патентах и статьях (Статья Li F., Li W., Li J., Xue W., Wang Y., Zhao X. // Applied Catalysis A: General. - 2014.- T. 475. - C. 355-366; Патент CIIIA US 61596 A1, заяв. 27.08.2018; Патент Европа EP 2230228, заяв. 16.03.2009; Статья Grego S., Aricoi F., Tundo P. // Organic Process Research and Development. - 2013.- T. 17, №4 - C. 679-683) предлагается получать О-метил-N-арилкарбаматы из диметилкарбоната и анилинов при катализе солями и соединениями цинка.

Недостаток способа с катализаторами на основе цинка является их неустойчивость в условиях реакции и невозможность повторного использования, поскольку в процессе катализа они превращаются в неактивный оксид цинка. В патенте [Патент США US 3763217 A, заяв. 12.03.1970] катализ осуществляют различными кислотами Льюиса, в качестве примера приводятся: трихлорид сурьмы, хлорид алюминия, трифторид сурьмы, хлорид железа, пентахлорид сурьмы, пентахлорид ниобия, тетрахлорид тантала, тетрахлорид титана, трифторид бора, пентафторид сурьмы, трифторид олова, бромид алюминия, трихлорид таллия, нитрат уранила, тетрахлорид урана, оксиды урана. Недостаток применения таких соединений состоит в их малой гидролитической устойчивости, токсичности и/или радиоактивности. Кроме того, они так же, как и соединения цинка, разлагаются в процессе эксплуатации и это делает невозможным их повторное использование.

В патенте [Патент США US 4.268.684, заяв. 25.02.1980] описан способ получения карбаматов реакцией органического карбоната с ароматическим амином в присутствии определенных солей цинка, олова, включая производные ди- и триалкилолова или кобальта, которые активны только при температурах не менее 200°С. Недостаток указанных процессов состоит в неустойчивости катализаторов, а также высокой температуре проведения реакции, которая, согласно формуле изобретения, должна быть выше 200°С. Это приводит к протеканию побочных реакций, в частности, к метилированию анилинов. В патенте также не указывается возможность регенерации катализаторов.

Получение карбаматов переэтерификацией под действием гидроксида калия предлагается в статье [Rhone В., Semetey V. // Synlett. - 2017 - Т. 28, №15 - С. 2004-2007], нитрата лантана в патенте [Патент Япония JP 5804472 заяв. 9.08.2014], изопропилата лантана в статье [Hatano М., Kamiya S., Moriyama K., Ishihara K. // Organic Letters. - 2011 - Т. 13, №3 - С. 430-433]. Недостаток использования гидроксида калия состоит в длительном времени протекания реакции.. Высокая стоимость изопропилата лантана и сложность его регенерации также затрудняет промышленное применение.

Ближайшим аналогом настоящего изобретения является получение карбаматов переэтерификацией в присутствии гидрида натрия в патенте [Патент ЕР 2119716 заяв. 9.02.2008]. Недостатки данного патента связаны с применением гидрида натрия, что сопряжено с высокой стоимостью, пожароопасностью и невозможностью повторного использования.

Задачей настоящего изобретения является создание экологически безопасного и безотходного «зеленого» способа получения хлорпрофама (формула I) с возможностью организации рецикла непрореагировавших веществ и катализаторов на обеих стадиях процесса.

Поставленная задача решается способом получения О-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамата, заключающимся во взаимодействии м-хлоранилина с диметилкарбонатом в присутствии катализатора - дибутилтиноксида в автоклаве, изготовленном из титана, при перемешивании при температурах 120°С-180°С в течение 3-10 часов и последующей переэтерификацией полученного O-метил-N-(3-хлорфенил)карбамата изопропанолом под действием изопропилата натрия.

Настоящий способ получения соединения формулы I отличается от известных ранее способов применением м-хлоранилина и диметилкарбоната, использующимся в качестве карбонилирующего агента на первой стадии в присутствии катализатора - дибутилолова диоксида и дальнейшей переэтерификацией полученного карбамата изопропанолом в присутствии катализатора - изопропилата натрия. Преимуществами настоящего способа являются применение менее токсичных реагентов, чем фосген, хлорформиаты или изоцианаты, возможность выделения непрореагировавших исходных веществ и катализаторов, их отправка на рецикл, а также малое количество отходов.

Новый способ синтеза O-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамата заключается во взаимодействии 3-хлоранилина (1 мольн. част.) с диметилкарбонатом (5-15 мольн. част.) в присутствии оксида дибутилолова (0.05-0.15 мольн. част.) в автоклаве из титана при температурах 130°С-180°С в течение 3-10 часов на первой стадии. На второй стадии проводят реакцию переэтерификации в присутствии изопропилата натрия (0.5-1.0 мольн. част.). Полученный O-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамат очищают перекристаллизацией.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующим примерами.

Пример 1. Получение О-метил N-(3-хлорфенил)карбамата. В титановый автоклав, объемом 30 мл помещают 0.608 г (0.5 мл, 4.77 ммоль) 3-хлоранилина, 4.29 г (4.0 мл, 47.69 ммоль) диметилкарбоната и 59.4 мг (0.23 ммоль) оксида дибутилолова. Автоклав выдерживают при температуре 150°С в течение 6 часов. После охлаждения избыточный диметилкарбонат отгоняют, подвергают ректификационной разгонке с метанолом, и используют повторно. Остаток нагревают до кипения с 20 мл петролейного эфира. Отфильтровывают горячий раствор. В осадке остается дибутилолова оксид, который используют повторно. После охлаждения из раствора выпадает 0.646 г О-метил N-(3-хлорфенил)карбамата (выход 73%). Фильтрат подвергают фракционной перегонке, возвращая петролейный эфир и м-хлоранилин обратно в синтез.

¹Н-ЯМР (CDCl₃, 400 МГц): δ 3.78 s (3Н), 6.79 s (1H), 7.03-7.04 m (1H), 7.22 d (2Н, J=5.0 Гц), 7.51 s (1Н).

Пример 2. Получение О-метил N-(3-хлорфенил)карбамата. В титановый автоклав, объемом 30 мл помещают 1.116 г (1.0 мл, 9.54 ммоль) 3-хлоранилина, 4.29 г (4.0 мл, 47.69 ммоль) диметилкарбоната и 237,6 мг (0.92 ммоль) оксида дибутилолова. Автоклав выдерживают при температуре 120°С в течение 10 часов. После охлаждения избыточный диметилкарбонат отгоняют, подвергают ректификационной разгонке с метанолом, и используют повторно. Остаток нагревают до кипения с 30 мл петролейного эфира. Отфильтровывают горячий раствор. В осадке остается дибутилолова оксид, который используют повторно. После охлаждения из раствора выпадает 0.973 г O-метил-N-(3-хлорфенил)карбамата (выход 55%). Фильтрат подвергают фракционной перегонке, возвращая петролейный эфир и м-хлоранилин обратно в синтез.

¹H-ЯМР (CDCl₃, 400 МГц): δ 3.78 s (3H), 6.79 s (1H), 7.03-7.04 m (1H), 7.22 d (2Н, J=5.0 Гц), 7.51 s (1Н).

Пример 3. Получение O-метил-N-(3-хлорфенил)карбамата. В титановый автоклав, объемом 30 мл помещают 0.608 г (0.5 мл, 4.77 ммоль) 3-хлоранилина, 6.44 г (6.0 мл, 71.55 ммоль) диметилкарбоната и 213.6 мг (0.72 ммоль) оксида дибутилолова. Автоклав выдерживают при температуре 180°С в течение 3 часов. После охлаждения избыточный диметилкарбонат отгоняют, подвергают ректификационной разгонке с метанолом, и используют повторно. Остаток нагревают до кипения с 20 мл петролейного эфира. Отфильтровывают горячий раствор. В осадке остается дибутилолова оксид, который используют повторно. После охлаждения из раствора выпадает 0.610 г О-метил N-(3-хлорфенил)карбамата (выход 69%). Фильтрат подвергают фракционной перегонке, возвращая петролейный эфир и м-хлоранилин обратно в синтез.

¹Н-ЯМР (CDCl₃, 400 МГц): δ 3.78 s (3H), 6.79 s (1H), 7.03-7.04 m (1H), 7.22 d (2Н, J=5.0 Гц), 7.51 s (1H).

Пример 4. Получение O-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамата. К раствору 88.6 мг (1.08 ммоль) изопропилата натрия в 10 мл изопропанола добавляют 200 мг (1.08 ммоль) O-метил-N-(3-хлорфенил)карбамата и кипятят в течении 2 часов. После охлаждения изопропанол отгоняют и подвергают ректификационной разгонке, и используют повторно. Полученный остаток смешивают с 25 мл толуола. Не растворившийся изопропилат натрия отделяют в центрифуге в атмосфере азота и используют повторно. Из фугата отгоняют толуол, который также используют повторно. Остаток после отгонки толуола перекристаллизовывают из петролейного эфира. Получают 0.212 г О-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамата (выход 92%).

¹Н-ЯМР (CDCl₃, 400 МГц): δ 1.31 d (6Н, J=6.2 Гц), 5.02-5.04 m (1Н), 6.58 s (1Н), 7.02-7.04 m (1Н), 7.20-7.22 m (2Н), 7.52 (1Н).

Пример 5. Получение O-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамата. К раствору 44.3 мг (0.54 ммоль) изопропилата натрия в 5 мл изопропанола добавляют 200 мг (1.08 ммоль) O-метил-N-(3-хлорфенил)карбамата и кипятят в течении 4 часов. После охлаждения отгоняют растворители, полученный остаток растворяют в 25 мл хлористого метилена, промывают 10% водным раствором соляной кислоты до рН=5, затем водой (2×15 мл). Органический слой сушат над сульфатом магния. После отгонки хлористого метилена остаток перекристаллизовывают из петролейного эфира. Получают 0.173 г О-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамата (выход 75%).

¹Н-ЯМР (CDCl₃, 400 МГц): δ 1.31 d (6Н, J=6.2 Гц), 5.02-5.04 m (1H), 6.58 s (1Н), 7.02-7.04 m (1Н), 7.20-7.22 m (2Н), 7.52 (1H).

Пример 6. Получение O-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамата. К изопропилату натрия, полученному после фугирования в примере 4, добавляют 10 мл изопропанола и 200 мг (1.08 ммоль) О-метил-N-(3-хлорфенил)карбамата и кипятят в течении 2 часов. После охлаждения изо-пропанол отгоняют и подвергают ректификационной разгонке, и используют повторно. Полученный остаток смешивают с 25 мл толуола. Не растворившийся изопропилат натрия отделяют в центрифуге в атмосфере азота и используют повторно. Из фугата отгоняют толуол, который также используют повторно. Остаток после отгонки толуола перекристаллизовывают из петролейного эфира. Получают 0.171 г О-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамата (выход 74%).

¹Н-ЯМР (CDCl₃, 400 МГц): δ 1.31 d (6Н, J=6.2 Гц), 5.02-5.04 m (1Н), 6.58 s (1Н), 7.02-7.04 m (1Н), 7.20-7.22 m (2Н), 7.52 (1Н).7

Настоящее изобретение относится к способу получения O-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамата, который используют как действующее вещество гербицидов в борьбе с сорной растительностью, а также в качестве регулятора роста растений, подавляющего прорастание клубней картофеля при хранении. Данный способ заключается во взаимодействии м-хлоранилина с диметилкарбонатом в присутствии катализатора - дибутилтиноксида в автоклаве, изготовленном из титана, при перемешивании при температурах 120°С-180°С в течение 3-10 часов. Полученный O-метил-N-(3-хлорфенил)карбамат переэтерификацируют изопропанолом под действием изопропилата натрия с получением целевого продукта. Технический результат - создание экологически безопасного и безотходного способа получения O-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамата с возможностью организации рецикла непрореагировавших веществ и катализаторов на обеих стадиях процесса. 6 пр.

Способ получения O-изопропил-N-(3-хлорфенил)карбамата

заключающийся во взаимодействии м-хлоранилина с диметилкарбонатом в присутствии катализатора - дибутилтиноксида в автоклаве, изготовленном из титана, при перемешивании при температурах 120°С-180°С в течение 3-10 часов и последующей переэтерификацией полученного O-метил-N-(3-хлорфенил)карбамата изопропанолом под действием изопропилата натрия.