Способ получения гербицида никосульфурона Российский патент 2024 года по МПК A01N47/36 A01N41/10 C07D239/69 C07D401/12 

Изобретение относится к области синтеза органических соединений, более конкретно к получению действующих веществ пестицидов, в частности к способу получения никосульфурона (2-[(4,6-диметоксипиримидин-2-илкарбамоил)сульфамоил]-N,N-диметилникотинамида (I), регистрационный номер CAS [111991-09-4]). Это соединение является селективным системным послевсходовым гербицидом из класса сульфонилмочевин и применяется в сельском хозяйстве для борьбы с широким кругом одно- и многолетних сорняков на посевах кукурузы и др. (см., напр., Modern Crop Protection Compounds, Edited by P. Jeschke et al., 3rd Ed., Vol. 1: Herbicides. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2019, p. 60). Никосульфурон был разработан и выведен на рынок компаниями «Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd.» и «E. I. du Pont de Nemours and Company» в начале 90-х годов XX века (патенты EP №0232067A2 и EP №0237292 A2, соответственно).

Один из эффективных бесфосгенных промышленных методов получения никосульфурона основан на реакции 2-[(феноксикарбонил)аминосульфонил]-N,N-диметилникотинамида (далее по тексту - фенилкарбамат II), получаемого из 2-(аминосульфонил)-N,N-диметилникотинамида и фенилхлорформиата или дифенилкарбоната в присутствии основания, с 2-амино-4,6-диметоксипиримидином (III) (далее по тексту - аминопиримидин III) при температуре от 20°С до 100°С в течение 0,5-24 ч в подходящем апротонном органическом растворителе, в качестве которого используют 1,4-диоксан, тетрагидрофуран, этилацетат (ЭА), дихлорметан (ДХМ), 1,2-дихлорэтан (ДХЭ), хлорбензол, толуол, о-ксилол, ацетонитрил, гексан, гептан и др., которая приводит к получению целевой сульфонилмочевины с выходом до 95% в одну стадию (Схема 1) (патенты EP №0232067 A2, EP №0237292 A2, WO №1990005728 A1, CN №110330480 A, CN №113387928 A).

Схема 1

По окончании реакции образования никосульфурона из исходного сырья в ходе процесса получается реакционная масса, представляющая собой раствор или суспензию целевого соединения в используемом апротонном органическом растворителе. Выделение из нее никосульфурона и его последующую очистку от примесей осуществляют тремя основными способами. В первом из них, если полученная реакционная масса при комнатной температуре представляет собой суспензию, то ее фильтруют или центрифугируют, таким образом удаляя использованный апротонный органический растворитель, после чего сырой продукт очищают от примесей, промывая его дополнительным количеством того же апротонного органического растворителя, и высушивают. Во втором случае, если полученная реакционная масса при комнатной температуре представляет собой раствор, то его а) превращают в суспензию обработкой водой, если используемый апротонный органический растворитель с ней смешивается, и далее выпавший продукт фильтруют или центрифугируют из водно-органической смеси, промывают водой и высушивают или б) упаривают досуха при атмосферном или пониженном давлении, полностью удаляя использованный апротонный органический растворитель, после чего полученный остаток сырого продукта очищают с помощью промывки 1-хлорбутаном или диэтиловым эфиром, перекристаллизации из смесей органических растворителей (1-хлорбутан, ДХЭ, гептан) или хроматографии на силикагеле. В третьем случае, независимо от агрегатного состояния реакционной массы после реакции (раствор, суспензия), целевой продукт выделяют из нее экстракцией водным раствором гидроксида или карбоната натрия или калия, после чего объединенную водную фазу, содержащую натриевую или калиевую соль никосульфурона, подкисляют соляной кислотой, фильтруют или центрифугируют выпавший продукт, промывают его водой и высушивают.

Основным недостатком перечисленных выше способов получения никосульфурона на стадии его выделения из образующейся после реакции реакционной массы является зависимость агрегатного состояния этой массы (суспензия, раствор) от используемого в процессе апротонного органического растворителя, что напрямую влияет на способ и результат этого выделения. Так, наименее эффективный и наиболее экономически затратный вариант осуществления выделения целевого соединения реализуется в случае образования реакционной массы в виде раствора, поскольку в этом случае существует необходимость дополнительно использовать в процессе воду или водные растворы оснований с последующим подкислением образующихся солей никосульфурона для их перевода в суспензию никосульфурона для ее фильтрации или центрифугирования. В тоже время, при образовании растворов также применяют пониженное давление для концентрирования или полного удаления растворителя из этой реакционной массы с образованием остатка сырого продукта, который необходимо дополнительно очищать от фенола и других примесей с помощью перекристаллизации, хроматографии на силикагеле, различных отмывок и др., что негативно сказывается на технико-экономических показателях процесса, приводя к увеличению количества отходов, продолжительности процесса и числа необходимых технологических операций.

Учитывая вышесказанное, при разработке технологии получения никосульфурона по Схеме 1 в качестве прототипа был выбран метод, раскрытый в патенте EP №0237292 A2. В этом методе реакцию синтеза целевого продукта ведут в этилацетате при кипячении, после чего для его выделения из полученной в ходе процесса реакционной массы ее охлаждают до комнатной температуры, суспензию продукта в этилацетате фильтруют, осадок продукта промывают этилацетатом и высушивают, получая никосульфурон с выходом 87,3%, при этом его количественное содержание в патенте не указано.

В ходе разработки технологии было найдено, что фактический выход выделенного целевого никосульфурона, полученный в результате использования условий по указанному прототипу, составляет порядка 88% при его массовом содержании 95,2 масс.% (количественное содержание никосульфурона в полученных экспериментальных образцах определяли методом ВЭЖХ с использованием стандартного образца никосульфурона с количественным содержанием 99,3 масс.%, далее по тексту - колич. ВЭЖХ). Таким образом, полученный авторами выход продукта совпал с данными прототипа, а его количественное содержание вполне удовлетворяло требуемому регламентируемому содержанию никосульфурона для его практического применения в качестве действующего вещества гербицидов, составляющему не менее 95 масс.%.

Однако в процессе ВЭЖХ- и ТСХ-контроля за ходом реакции образования никосульфурона из фенилкарбамата II и аминопиримидина III в этилацетате было обнаружено, что эта реакция протекает с полной конверсией исходных веществ II и III, при этом в этилацетатных маточных растворах, полученных после фильтрации и промывки осадка сырого продукта, присутствовал целевой продукт в количестве, составляющем около 7-10% (по данным колич. ВЭЖХ) от его теоретического выхода. Таким образом, было выявлено, что при осуществлении процесса по прототипу имеет место существенная потеря образовавшегося в ходе реакции целевого продукта ввиду несовершенства технологии его выделения.

Задачей предлагаемого технического решения является улучшение технико-экономических показателей процесса производства гербицида никосульфурона из 2-[(феноксикарбонил)аминосульфонил]-N,N-диметилникотинамида и 2-амино-4,6-диметоксипиримидина за счет увеличения степени его выделения из образующейся после реакции реакционной массы и, следовательно, выхода.

Техническим результатом является улучшение технико-экономических показателей технологического процесса производства гербицида никосульфурона из 2-[(феноксикарбонил)аминосульфонил]-N,N-диметилникотинамида и 2-амино-4,6-диметоксипиримидина за счет усовершенствования стадии его выделения после реакции, позволяющего в итоге достичь увеличения выхода целевого продукта до 98%.

Технический результат достигается при использовании способа получения гербицида никосульфурона, включающего взаимодействие 2-[(феноксикарбонил)аминосульфонил]-N,N-диметилникотинамида с 2-амино-4,6-диметоксипиримидином в среде апротонного органического растворителя при нагревании с образованием по завершении реакции реакционной массы в апротонном органическом растворителе с последующим ее охлаждением до комнатной температуры и выделением из нее целевого продукта, где для выделения целевого продукта из охлажденной до комнатной температуры реакционной массы в апротонном органическом растворителе к ней добавляют алифатический спирт С1-С4, выдерживают полученную суспензию целевого продукта в образовавшейся смеси исходного апротонного органического растворителя и добавленного алифатического спирта С1-С4 в течение 1-2 ч и выделяют целевой продукт.

В качестве апротонного органического растворителя используют этилацетат, бутилацетат, 1,4-диоксан, 1,2-дихлорэтан, хлорбензол, толуол, о-ксилол, ацетонитрил или ацетон; в качестве алифатического спирта С1-С4 используют метанол, этанол, пропанол, изопропанол или бутанол, при этом его объемная доля по отношению к используемому апротонному органическому растворителю составляет от 5 до 95 об.%.

Изобретение иллюстрируется следующими Примерами 1-18 (Схемы 1, 2; Таблицы 1, 2).

В качестве прототипа (Пример 1) был выбран патент EP №0237292A2, в котором раскрыт способ, где в качестве апротонного органического растворителя используют - этилацетат. Примеры 2-9 для сравнения иллюстрируют полученные авторами данные для иных апротонных органических растворителей, детальная информация об использовании которых в прототипе отсутствует, с выделением целевого продукта по прототипу без применения предлагаемого технического решения (Таблица 1) с целью продемонстрировать преимущества предлагаемого технического решения при использовании этих растворителей. Примеры 10-18 иллюстрируют данные, полученные авторами с применением предлагаемого технического решения (Таблица 2) при проведении реакции синтеза целевого никосульфурона в условиях (температура и время реакции, количество использованного апротонного органического растворителя), идентичных таковым для Примеров 1-9 без применения предлагаемого технического решения.

Пример 1 [сравнительный по прототипу, патент EP №0237292 A2] (Схема 1, Таблица 1)

В реакторе синтеза выдерживают при кипячении в течение 1 ч (ТСХ-контроль) смесь 12,0 г (0,03 моль) фенилкарбамата II и 5,33 г (0,03 моль) аминопиримидина III в 36 г (40 мл) этилацетата, после чего образовавшуюся суспензию охлаждают до комнатной температуры и фильтруют. Остаток промывают на фильтре этилацетатом и высушивают. Получают 12,4 г (88%) никосульфурона в виде белого порошка с количественным содержанием 95,2 масс.% (по данным колич. ВЭЖХ).

Примеры 2-9 (получение никосульфурона из фенилкарбамата II и аминопиримидина III в отличных от этилацетата апротонных органических растворителях по общей методике из прототипа без использования предлагаемого технического решения; Схема 1, Таблица 1)

В реакторе синтеза выдерживают смесь 15,0-55,0 г (0,04-0,16 моль) фенилкарбамата II и 6,7-24,4 г (0,04-0,16 моль) аминопиримидина III в 50-250 мл апротонного органического растворителя при температуре 56-110°С в течение 0,5-3 ч (ТСХ-контроль), после чего образовавшуюся реакционную массу охлаждают до комнатной температуры, полученную суспензию фильтруют или центрифугируют, остаток промывают используемым апротонным органическим растворителем и высушивают. Получают 15,0-54,2 г (82-91%) никосульфурона в виде белого порошка с количественным содержанием 93,5-96,0 масс.% (по данным колич. ВЭЖХ).

Таблица 1. Результаты получения никосульфурона из фенилкарбамата II и аминопиримидина III без использования предлагаемого технического решения (Схема 1, Примеры 1-9)

№ примера Орг. р-ль Загрузка II/III, г/г
(моль/моль) Условия реакции,
T, °С/t, ч Выход/колич. содерж.* никосульфурона,
г (%)/масс.% 1 ЭА 12,0/5,3
(0,03/0,03) Кипячение/1 12,4 (88)/95,2 2 Бутилацетат 15,0/6,7
(0,04/0,04) 90-95/1 15,0 (85)/94,5 3 1,4-Диоксан 23,5/10,4
(0,07/0,07) Кипячение/0,5 25,1 (91)/95,3 4 ДХЭ 37,0/16,4
(0,11/0,11) Кипячение/1 35,6 (82)/93,8 5 Хлорбензол 40,5/18,0
(0,12/0,12) 100-105/0,5 40,9 (86)/94,5 6 Толуол 55,0/24,4
(0,16/0,16) Кипячение/0,5 54,2 (84)/95,4 7 о-Ксилол 25,0/11,1
(0,07/0,07) 105-110/0,5 25,0 (85)/96,0 8 MeCN 50,0/22,2
(0,14/0,14) Кипячение/1 52,9 (90)/94,2 9 Ацетон 33,5/14,9
(0,10/0,10) Кипячение/3 32,6 (83)/93,5

* По данным количественного определения методом ВЭЖХ.

Примеры 10-18 [предлагаемое техническое решение] (получение никосульфурона из фенилкарбамата II и аминопиримидина III в апротонных органических растворителях с использованием алифатических спиртов С1-С4 на стадии его выделения после реакции; Схема 2, Таблица 2)

Схема 2

В реакторе синтеза выдерживают смесь 12,0-55,0 г (0,03-0,16 моль) фенилкарбамата II и 5,3-24,4 г (0,03-0,16 моль) аминопиримидина III в 50-250 мл апротонного органического растворителя при температуре 56-110°С в течение 0,5-3 ч (ТСХ-контроль), после чего образовавшуюся реакционную массу охлаждают до комнатной температуры и добавляют к ней алифатический спирт С1-С4 (5-95 об.% по отношению к исходному апротонному органическому растворителю). Полученную суспензию выдерживают 1-2 ч при комнатной температуре и фильтруют или центрифугируют. Высушивание осадка приводит к получению 13,3-59,4 г (85-98%) никосульфурона в виде белого порошка с количественным содержанием 95,1-98,7 масс.% (по данным колич. ВЭЖХ).

Таблица 2. Результаты получения никосульфурона из фенилкарбамата II и аминопиримидина III с использованием предлагаемого технического решения (Схема 2, Примеры 10-18)

№ примера Орг. р-ль/спирт С1-С4 (об.%) Загрузка II/III, г/г
(моль/моль) Условия реакции,
T, °С/t, ч Выход/колич. содерж.* никосульфурона,
г (%)/масс.% 10 ЭА/MeOH (25) 12,0/5,3
(0,03/0,03) Кипячение/1 13,3 (94)/96,3 11 Бутилацетат/EtOH (50) 15,0/6,7
(0,04/0,04) 90-95/1 16,4 (93)/96,5 12 1,4-Диоксан/PrOH (75) 23,5/10,4
(0,07/0,07) Кипячение/0,5 27,0 (98)/96,2 13 ДХЭ/изо-PrOH (95) 37,0/16,4
(0,11/0,11) Кипячение/1 38,2 (88)/95,1 14 Хлорбензол/BuOH (5) 40,5/18,0
(0,12/0,12) 100-105/0,5 42,3 (89)/95,3 15 Толуол/MeOH (10) 55,0/24,4
(0,16/0,16) Кипячение/0,5 59,4 (92)/96,7 16 о-Ксилол/EtOH (30) 25,0/11,1
(0,07/0,07) 105-110/0,5 26,7 (91)/96,6 17 MeCN/изо-PrOH (50) 50,0/22,2
(0,14/0,14) Кипячение/1 54,6 (93)/98,7 18 Ацетон/BuOH (80) 33,5/14,9
(0,10/0,10) Кипячение/3 33,5 (85)/95,5

* По данным количественного определения методом ВЭЖХ.

В результате использования предлагаемого способа получения гербицида никосульфурона удается улучшить технико-экономические показатели технологического процесса его производства из 2-[(феноксикарбонил)аминосульфонил]-N,N-диметилникотинамида и 2-амино-4,6-диметоксипиримидина за счет усовершенствования стадии его выделения после реакции, позволяющего в итоге достичь увеличения выхода целевого продукта до 98%.

Изобретение относится к способам получения агрохимических веществ. Способ получения гербицида никосульфурона включает взаимодействие 2-[(феноксикарбонил)аминосульфонил]-N,N-диметилникотинамида с 2-амино-4,6-диметоксипиримидином в среде апротонного органического растворителя при температуре 56-110 °С с образованием по завершении реакции реакционной массы в апротонном органическом растворителе с последующим ее охлаждением до комнатной температуры. Для выделения из охлажденной до комнатной температуры реакционной массы в апротонном органическом растворителе никосульфурона к ней добавляют алифатический спирт С1-С4 в количестве 5-95 об.% по отношению к исходному количеству апротонного органического растворителя. Выдерживают полученную суспензию целевого продукта в образовавшейся смеси растворителей в течение 1-2 ч и выделяют никосульфурон фильтрованием или центрифугированием. В качестве апротонного органического растворителя используют этилацетат, бутилацетат, 1,4-диоксан, 1,2-дихлорэтан, хлорбензол, толуол, о-ксилол, ацетонитрил или ацетон. В качестве алифатического спирта С1-С4 используют метанол, этанол, пропанол, изопропанол или бутанол. Предлагаемый способ получения гербицида никосульфурона обеспечивает улучшение технико-экономических показателей процесса за счет увеличения степени его выделения из образующейся реакционной массы с выходом целевого продукта до 98%. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 18 пр.

1. Способ получения гербицида никосульфурона, включающий взаимодействие 2-[(феноксикарбонил)аминосульфонил]-N,N-диметилникотинамида с 2-амино-4,6-диметоксипиримидином в среде апротонного органического растворителя при температуре 56-110 °С с образованием по завершении реакции реакционной массы в апротонном органическом растворителе, с последующим ее охлаждением до комнатной температуры и выделением из нее никосульфурона, отличающийся тем, что для выделения из охлажденной до комнатной температуры реакционной массы в апротонном органическом растворителе никосульфурона к ней добавляют алифатический спирт С1-С4 в количестве 5-95 об.% по отношению к исходному количеству апротонного органического растворителя, выдерживают полученную суспензию целевого продукта в образовавшейся смеси растворителей в течение 1-2 ч и выделяют никосульфурон фильтрованием или центрифугированием.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве апротонного органического растворителя используют этилацетат, бутилацетат, 1,4-диоксан, 1,2-дихлорэтан, хлорбензол, толуол, о-ксилол, ацетонитрил или ацетон.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве алифатического спирта С1-С4 используют метанол, этанол, пропанол, изопропанол или бутанол.