Способ получения сульфонилмочевинных гербицидов, содержащих 4-метил- или 4,6-диметилпиримидин-2-ильный заместитель Российский патент 2025 года по МПК A01N41/06 A01N47/36 A01N43/54 C07D235/02 C07D239/24 C07D239/52 A01P13/00 

Изобретение относится к области синтеза органических соединений, более конкретно - к получению действующих веществ пестицидов, в частности - к способу получения гербицидов из класса сульфонилмочевин, содержащих в своей структуре 4-метил- или 4,6-диметилпиримидин-2-ильный заместитель, среди которых можно выделить такие важные и широко используемые в сельском хозяйстве гербициды как моносульфурон Iа (рег. номер CAS [155860-63-2]), моносульфурон-эфир (моносульфурон-метил) Iб (рег. номер CAS [175076-90-1]), сульфометурон-метил Iв (рег. номер CAS [74222-97-2]), оксасульфурон Iг (рег. номер CAS [144651-06-9]) и зуомихуанглонг (zuomihuanglong) Iд (рег. номер CAS [104770-29-8]) [см., напр., Modern Crop Protection Compounds, Edited by Jeschke P. et al., 3rd Ed., Vol. 1: Herbicides. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2019, p. 55-95; патент EP №0189069A2].

Один из эффективных бесфосгенных способов получения сульфонилмочевин Iа-Iд основан на реакции 2-(феноксикарбонил)амино-4-метилпиримидина или 2-(феноксикарбонил)амино-4,6-диметилпиримидина (далее по тексту - фенилкарбамат IIIа или IIIб, соответственно), доступного из 2-амино-4-метилпиримидина или 2-амино-4,6-диметилпиримидина и фенилхлорформиата или дифенилкарбоната, с одним из соответствующих сульфонамидов IIа-IIг (Схема 1). При использовании в промышленной практике этот общий одностадийный подход к указанным соединениям Iа-Iд является технологичным, хорошо воспроизводимым и масштабируемым, а также достаточно безопасным, так как лишен многих недостатков, характерных для других известных способов их синтеза, таких как многостадийность, длительность, необходимость использования повышенных температур (до 140-150°С), применение такого опасного, токсичного и капризного в работе исходного сырья или полупродуктов как фосген, оксалилхлорид, бутилизоцианат, сульфонилизоцианаты, метил- или этилхлорформиат, карбамоилхлориды, сульфонилхлориды и др.

Схема 1.

Как правило, это взаимодействие проводят в присутствии сильных органических оснований, таких как бициклические амидины (DBU, DBN) или третичные амины (TEA), в типичных низкомолекулярных апротонных органических растворителях различной природы, среди которых наибольшее распространение получили ацетонитрил (MeCN), пропионитрил (EtCN), 1,4-диоксан, тетрагидрофуран (ТГФ), этилацетат (ЭА), дихлорметан (ДХМ), 1,2-дихлорэтан (ДХЭ) и N,N-диметилформамид (ДМФА) (Схема 1). В результате получают целевые сульфонилмочевины Iа-Iд с выходом до 93% (см., напр., патенты EP №0176304A1, EP №0496701A1, RU №2805743C1, заявки на патенты РФ №2024118309, №2024122650; Zh. Wu et al., Nongyao, 2008, 47(11), 794-796).

В то же время в последние два десятилетия в промышленной органической химии пристальное внимание уделяется возможности усовершенствования производственных процессов с целью приблизить их показатели к основным принципам концепции «зеленой химии», представляющей собой стратегию развития альтернативных и инновационных технологий в органическом синтезе с целью достижения результата за счет простых, быстрых, чистых, экологичных и экономичных реакций, где это возможно (P.T. Anastas and J.C. Warner, Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press, New York, 1998). Поэтому, несмотря на очевидные плюсы представленной выше бесфосгенной схемы синтеза сульфонилмочевин Iа-Iд, одним из ее минусов с позиции принципов «зеленой химии» является использование в ней больших количеств типовых низкомолекулярных органических растворителей (MeCN, ТГФ, ДМЭ, ЭА, ДХМ, ДМФА и др.), которые не только являются токсичными, канцерогенными и опасными в обращении легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ), что усложняет работу с ними и требует соблюдения специальных мер промышленной безопасности, но и классифицируются как «летучие органические соединения» (ЛОС или VOC (volatile organic compounds)) - соединения, загрязняющие атмосферу и способствующие разрушению озонового слоя планеты, а также наносящие другой вред окружающей среде (см., напр., D. Stoye: “Solvents”, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 7th Ed., Vol. 33, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2011, p. 619-688). В связи с этим, применение таких органических растворителей в промышленной химии во многих странах законодательно регулируется и квотируется, при этом работа с некоторыми из них (напр., MeCN, EtCN, ТГФ) также дополнительно ограничена, поскольку эти растворители подлежат специальному контролю и учету как прекурсоры.

Одним из вариантов решения проблемы отрицательного влияния рассматриваемого промышленного процесса на экологию могла бы стать замена используемых в нем в качестве растворителей ЛОС на альтернативные, дешевые, коммерчески доступные, крупнотоннажные, экологичные «зеленые растворители», то есть растворители, обладающие низкой токсичностью, высокой способностью к биодеградации, высокой температурой кипения и низким давлением пара, а также характеризующиеся простотой и удобством в обращении, химической стабильностью в условиях реакции, возможностью их переработки после процесса и др., при этом их эффективность в качестве среды для проведения указанной химической реакции должна быть не хуже применяемых в настоящее время ЛОС.

Анализ доступных опубликованных данных показал, что одной из таких групп доступных и получивших широкое распространение в промышленной химии по всему миру «зеленых растворителей», использование которых в данном процессе не известно, но теоретически возможно, являются органические карбонаты (диэфиры угольной кислоты) (см., напр., H.-J. Buysch: “Carbonic Esters”, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 7th Ed., Vol. 7, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2011, p. 45-71). При этом в силу специфики химического превращения, лежащего в основе процесса получения сульфонилмочевин Iа-Iд (Схема 1), из всего многообразия известных органических карбонатов, пригодных для промышленного использования в качестве растворителей, по совокупности физико-химических характеристик наиболее подходящими и перспективными являются водорастворимые циклические органические карбонаты (циклические диэфиры угольной кислоты), более конкретно, этиленкарбонат (EC, рег. номер CAS [96-49-1], легкоплавкое кристаллическое вещество, жидкость при температуре 40-250°С) и пропиленкарбонат (PC, рег. номер CAS [108-32-7], жидкость при температуре -50-240°С), представляющие собой малотоксичные и неагрессивные полярные апротонные органические соединения, применение которых в качестве растворителей возможно в широком интервале температур и которые общепризнаны как «зеленые химические вещества» (см., напр., J.S. Bello Forero et al., Curr. Org. Synth., 2016, 13(6), 834-846).

Таким образом, оптимизация существующей схемы получения сульфонилмочевин Iа-Iд с целью приблизить ее показатели к принципам «зеленой химии» является актуальной задачей.

Задачей предлагаемого технического решения является улучшение технико-экономических и экологических показателей процесса получения сульфонилмочевин Iа-Iд за счет усовершенствования в соответствии с принципами «зеленой химии» процесса их синтеза исходя из фенилкарбамата IIIа или IIIб и соответствующих сульфонамидов IIа-IIг.

Техническим результатом является улучшение технико-экономических и экологических показателей процесса получения сульфонилмочевин Iа-Iд за счет отказа от использования в нем известных общепринятых опасных и токсичных органических растворителей, одновременно являющихся ЛВЖ и ЛОС, с их успешной заменой на экологичные циклические органические карбонаты, приводящего к а) повышению безопасности и экологичности процесса и б) уменьшению количества токсичных отходов процесса без ухудшения качества и снижения выхода целевых продуктов.

Технический результат достигается за счет использования способа получения гербицидов из класса сульфонилмочевин, содержащих 4-метил- или 4,6-диметилпиримидин-2-ильный заместитель, общей формулы I

включающий взаимодействие 2-(феноксикарбонил)амино-4-метилпиримидина или 2-(феноксикарбонил)амино-4,6-диметилпиримидина с сульфонамидом общей формулы II

в среде циклического органического карбоната, выбранного из этиленкарбоната, пропиленкарбоната или их смеси, в присутствии органического основания при температуре 20-45°С в течение 1-5 ч с последующей обработкой полученной реакционной массы водой и кислотой с получением целевого продукта, выбранного из моносульфурона, моносульфурон-эфира, сульфометурон-метила, оксасульфурона или зуомихуанглонга, его выделением и очисткой.

В качестве органического основания используют 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ен (DBU), 1,5-диазабицикло[4.3.0]нон-5-ен (DBN), триэтиламин (TEA), трипропиламин (Pr₃N), трибутиламин (TBA), трипентиламин ((C₅H₁₁)₃N), диизопропилэтиламин (DIPEA), триизобутиламин ((изо-Bu)₃N) или N-метилморфолин (NMM); в качестве кислоты используют соляную, серную, фосфорную, муравьиную, уксусную или пропионовую кислоту.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами (Схема 2).

Схема 2.

Примеры 1-10 (Получение сульфонилмочевин Iа-Iд из сульфонамидов IIа-IIг и фенилкарбаматов IIIа и IIIб в EC, PC или их смесях; общая методика; Схема 2; Таблица 1).

В реактор синтеза помещают соответствующий сульфонамид IIа-IIг (2,0-7,5 г, 7,8-37,0 ммоль), фенилкарбамат IIIа или IIIб (1,9-8,5 г, 7,8-37,0 ммоль) и циклический органический карбонат (EC или PC) или их смесь и к полученной суспензии или раствору при перемешивании добавляют органическое основание (1,0-5,8 г, 7,8-38,0 ммоль), поддерживая температуру 20-45°С (условия для каждого конкретного примера 1-10 приведены в Таблице 1). По окончании прибавления органического основания содержимое реактора выдерживают при этой температуре в течение 1-5 ч (ТСХ- или ВЭЖХ-контроль), после чего его обрабатывают водой и кислотой до значения pH 2-3. Образовавшийся осадок продукта отфильтровывают, промывают на фильтре водой и высушивают. Получают сульфонилмочевину Iа-Iд (2,5-11,4 г) в виде белого или бежевого порошка с чистотой 95,0-98,0% (по данным ВЭЖХ) с выходом 78-91% (выход и чистота продуктов Iа-Iд для каждого конкретного примера 1-10 приведены в Таблице 1).

Таблица 1. Синтез сульфонилмочевин Iа-Iд из сульфонамидов IIа-IIг и фенилкарбаматов IIIа, IIIб в этиленкарбонате (EC), пропиленкарбонате (PC) или их смесях № примера Загрузка
IIа-IIг, г/IIIа-IIIб, г/орг. осн., г Цикл. орг. карбонат//к-та HA T, °С/t, ч Выход/чистота* продукта Iа-Iд,
г (%)/% 1 IIа, 7,5/IIIа, 8,5/DBU, 5,8 EC//конц. HCl 40-45/1,0 Iа, 11,4 (91)/98,0 2 IIб, 5,0/IIIа, 5,3/DBN, 2,9 PC//70%** AcOH 20-25/1,5 Iб, 7,1 (87)/97,5 3 IIб, 3,5/IIIб, 4,0/TEA, 1,7 EC//40% H₂SO₄ 40-45/2,5 Iв, 4,9 (82)/96,5 4 IIв, 2,0/IIIб, 1,9/Pr₃N, 1,1 PC//30% HCO₂H 20-25/3,5 Iг, 2,5 (78)/97,0 5 IIг, 2,5/IIIб, 2,2/TBA, 1,6 EC/PC(10/90***)//50% H₃PO₄ 30-35/3,0 Iд, 3,2 (85)/96,0 6 IIа, 5,0/IIIа, 5,7/(C₅H₁₁)₃N, 5,7 EC/PC(30/70)//EtCO₂H 20-25/5,0 Iа, 7,3 (88)/95,0 7 IIб, 7,0/IIIа, 7,5/DIPEA, 4,2 EC/PC(50/50)//20% HCl 25-30/2,5 Iб, 9,3 (82)/98,0 8 IIб, 4,5/IIIб, 5,1/(изо-Bu)₃N, 4,0 EC/PC(70/30)//70% AcOH 40-45/2,0 Iв, 6,0 (79)/96,5 9 IIв, 2,5/IIIб, 2,4/NMM, 1,0 EC/PC(90/10)//20% H₂SO₄ 30-35/3,0 Iг, 3,3 (83)/97,5 10 IIг, 3,0/IIIб, 2,6/TEA, 1,1 EC/PC(50/50)//HCO₂H 20-25/3,5 Iд, 3,7 (80)/97,0

* По данным ВЭЖХ; ** водный раствор, масс.%; ***объемное соотношение компонентов смеси.

В результате использования предлагаемого способа получения сульфонилмочевин Iа-Iд удается улучшить технико-экономические и экологические показатели процесса их получения за счет отказа от использования в нем известных общепринятых опасных и токсичных органических растворителей, одновременно являющихся ЛВЖ и ЛОС, с их успешной заменой на экологичные циклические органические карбонаты, приводящего к а) повышению безопасности и экологичности процесса и б) уменьшению количества токсичных отходов процесса без ухудшения качества и снижения выхода целевых продуктов.

Изобретение относится к средствам защиты растений, в частности к получению действующих веществ пестицидов, содержащих в своей структуре 4-метил- или 4,6-диметилпиримидин-2-ильный заместитель. Способ получения гербицидов из класса сульфонилмочевин, содержащих 4-метил- или 4,6-диметилпиримидин-2-ильный заместитель, общей формулы I

включает взаимодействие 2-(феноксикарбонил)амино-4-метилпиримидина или 2-(феноксикарбонил)амино-4,6-диметилпиримидина с сульфонамидом общей формулы II

в среде циклического органического карбоната этиленкарбоната, пропиленкарбоната или их смеси в присутствии органического основания при температуре 20-45°С в течение 1-5 ч. Далее полученную реакционную массу обрабатывают водой и кислотой с получением целевого продукта, выбранного из моносульфурона, моносульфурон-метила, сульфометурон-метила, оксасульфурона или зуомихуанглонга. Затем проводят выделение и очистку. В качестве органического основания используют 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ен, 1,5-диазабицикло[4.3.0]нон-5-ен, триэтиламин, трипропиламин, трибутиламин, трипентиламин, диизопропилэтиламин, триизобутиламин или N-метилморфолин. В качестве кислоты используют соляную, серную, фосфорную, муравьиную, уксусную или пропионовую кислоту. Предлагаемый способ получения гербицидов из класса сульфонилмочевин обеспечивает улучшение технико-экономических и экологических показателей процесса получения сульфонилмочевин, повышение безопасности и экологичности процесса, уменьшение количества токсичных отходов процесса без ухудшения качества и снижения выхода целевых продуктов. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 10 пр.

1. Способ получения гербицидов из класса сульфонилмочевин, содержащих 4-метил- или 4,6-диметилпиримидин-2-ильный заместитель, общей формулы I

включающий взаимодействие 2-(феноксикарбонил)амино-4-метилпиримидина или 2-(феноксикарбонил)амино-4,6-диметилпиримидина с сульфонамидом общей формулы II

в среде циклического органического карбоната, выбранного из этиленкарбоната, пропиленкарбоната или их смеси, в присутствии органического основания при температуре 20-45°С в течение 1-5 ч с последующей обработкой полученной реакционной массы водой и кислотой с получением целевого продукта, выбранного из моносульфурона, моносульфурон-метила, сульфометурон-метила, оксасульфурона или зуомихуанглонга, его выделением и очисткой.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве органического основания используют 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ен, 1,5-диазабицикло[4.3.0]нон-5-ен, триэтиламин, трипропиламин, трибутиламин, трипентиламин, диизопропилэтиламин, триизобутиламин или N-метилморфолин.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве кислоты используют соляную, серную, фосфорную, муравьиную, уксусную или пропионовую кислоту.