CN101157665A

CN101157665A - 特丁噻草隆的制备方法

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Publication number: CN101157665A
Application number: CNA2007100503072A
Authority: CN
Inventors: 刘惠华; 范谦; 任杰
Original assignee: Lier Chemical Co Ltd
Current assignee: Lier Chemical Co Ltd
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2027-10-22
Also published as: CN100579971C

Abstract

特丁噻草隆的制备方法，以2－甲基氨基－5－叔丁基－1，3，4－噻二唑(I)、二卤化碳酰或其衍生物(II)及甲胺为原料，在碱性条件下经下述反应制备得到特丁噻草隆(IV)，其中二卤化碳酰或其衍生物(II)中的X为卤元素，R为卤元素或1～4个碳的烷氧基。该方法有效解决了传统方法因使用剧毒物质异氰酸甲酯所存在的潜在危险和对环境的严重污染，允许以高产率生产特丁噻草隆，同时能有效地利用副产物和回收主要的溶剂。

Description

特丁噻草隆的制备方法

技术领域

本发明涉及一种除草剂特丁噻草隆的制备方法。

背景技术

特丁噻草隆(tebuthiuron)，结构如式(IV)所示，是一种灭生性的脲类除草剂，对一年生和多年生的禾本科以及阔叶杂草均有良好防效，可用于防/除非耕地杂草、牧场中的灌木、甘蔗田中的禾本科和阔叶杂草。

在DE 3113328A1，DE 3314190和GB 1195672等文献中均报道过特丁噻草隆的制备方法，都采用的是由异氰酸甲酯与2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑反应的方式。由于这些方法中均使用了属于剧毒物质的异氰酸甲酯，因此存在很大的潜在危险，也严重污染了环境，不利于工业化大规模生产。

发明内容

针对上述情况，本发明将提供一种特丁噻草隆的新的制备方法，可以有限解决目前传统方法所存在的问题。

本发明的特丁噻草隆制备方法，是以2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)、二卤化碳酰或其衍生物(II)及甲胺为原料，在碱性条件下经述反应得到特丁噻草隆(IV)：

其中二卤化碳酰或其衍生物(II)中的X为卤元素，R为卤元素或1～4个碳的烷氧基，反应过程为：

1′：在对二卤化碳酰或其衍生物(II)呈惰性的有机溶剂介质和碱性条件下，由2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)与二卤化碳酰或其衍生物(II)生成中间体(III)，

2′：向生成中间体(III)后的反应物体系中加入甲胺，使其与中间体(III)反应，沉淀后得到特丁噻草隆(IV)产物。

在上述制备方法中所说的原料2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)可来源于目前已有报道和/或使用的方法，例如可优选按US3803164、US4097264等文献报道的方法制备得到。

所说的二卤化碳酰或其衍生物(II)可以使用包括光气、二聚光气、三聚光气在内的常用的光气成分，甚至还可以采用在上述第1′步反应过程中即时反应生成的光气成分，例如由碳酸二甲酯在甲醇中与氯气在加压下反应生成光气后，直接将其用于上述第1′步的反应。

试验结果显示，采用不同形式的光气类成分，对上述的第1′步反应不存在明显的影响，但就不同形式的光气类成分而言，其对环境的污染及危险系数则有显著的差异。光气是毒性很大的气体物质，在使用和运输中都存在很大的危险；二聚光气是液体物质，在运输等方面同样也存在问题；而三聚光气则是固体物质，且十分稳定，不仅有利于运输，对环境的污染也大大降低，而且还便于在投料过程中的精确计量。因此建议在进行上述的第1′步反应时以使用三聚光气为优选。

除上述不同形式的光气类成分外，在上述第1′步反应中使用由C_1-4的醇所成的氯甲酸酯为原料，同样是可行的。只是其结构中的醇基R链越长，反应活性会相应降低，故以选择氯甲酸的甲酯或乙酯等为好。上述的光气类原料及氯甲酸酯原料都可由市售购得。

由于上述第1′步反应中的原料二卤化碳酰或其衍生物(II)具有高的化学活性，为避免其与作为反应介质的溶剂间产生不希望的反应，使反应在对二卤化碳酰或其衍生物(II)呈惰性的有机溶剂介质中进行是适宜的。试验显示，可以作为反应介质的有机溶剂可以有诸多的选择，例如，可以选择如甲苯、二甲苯、三甲苯、氯苯、二氯苯、三氯苯、硝基苯等苯及其衍生物类溶剂，也可以选择包括如二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1，2-二氯乙烷等等氯代烷烃或硝基甲烷、硝基乙烷等硝基烷烃在内的烷烃类溶剂，还可以选择包括如四氢呋喃、1，4-二氧六环，甲基叔丁基醚，乙二醇二甲醚等在内的醚类溶剂，或是包括如乙酸乙酯，乙酸甲酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯等在内的酯类溶剂，都可以作为进行反应的溶剂介质在本发明的上述反应过程中使用。

同样原因，本发明上述的反应过程中所说的碱性反应条件，除伯胺、仲胺等结构中含有活泼氢的有机碱类一般不宜使用外，在常用的包括碱金属的氢氧化物、碱金属的碳酸盐或碳酸氢盐，如氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠等无机类碱性化合物，以及包括如吡啶、三乙胺、四丁基溴化胺等在内的叔胺类有机碱存在下形成的碱性环境都是允许和有效的。

试验显示，本发明的上述反应过程在-20℃～250℃的温度范围内都可以顺利进行和完成，实际反应所用的温度，可以视所选择的溶剂介质体系而定。例如，以二氯甲烷作为反应溶剂介质，可以在-20℃的条件下进行反应；200-250℃时，选择三氯苯等高沸点的反应溶剂介质时，反应过程也可以在如200℃以上的条件下完成。其中理想的反应温度是0℃～150℃。当温度为70℃～120℃时，一般反应时间可为1～12小时，且提高温度有利于缩短反应时间。除常规的液相反应形式外，甚至在无溶剂介质存在条件下，升高温度至200℃以上，在所用原料处于熔融状态下进行反应都是允许的。

为使产物从反应系统的溶剂介质中充分沉淀析出以提高收率，在反应过程中适当减少溶剂(例如可以采用常用的回收溶剂等方式)，使反应物体系被浓缩，是化学领域中的一个常用手段。在本发明的上述反应过程中，适当除去或收回溶剂介质，减小反应体系的体积，同样是提高收率的有效方式。除去或回收溶剂的操作，在本发明上述反应过程中的第1′步操作或第2′步操作后进行都是可行的。例如，可以采用在第1′步反应完成后，除去为反应物体系体积2/3的有机溶剂介质，然后向浓缩后的反应物体系中加入所说的甲胺水溶液进行第2′步反应。也可以采用在第2′步反应后，对相分离后的有机相进行浓缩处理，使产物沉淀析出。

无论采用何种方式，反应过程完成并得到产物后，将析出的沉淀过滤后，沉淀产物一般可在搅拌下水洗。为减少产物在反应系统水相中的损失，产物过滤的滤液分相后对水相还可以进一步用有机溶媒萃取后，合并各次有机相并除去有机溶剂，残留物重结晶后，与沉淀产物合并。所说的重结晶可在包括如乙醇、甲醇、乙酸乙酯、乙醚或丙酮在内的有机溶剂中进行。

在本发明上述第1′步反应过程中，为使反应能充分完成，所说的二卤化碳酰或其衍生物(II)与2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑的摩尔投料比的范围可以采用0.8～5∶1，更好的比例是1～2∶1。即使二卤化碳酰或其衍生物(II)的投料比例＜1，同样可以进行反应，只是2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)未能完全反应，未反应的2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)在最后产物被结晶后可被留存在反应体系和/或重结晶母液中参与循环使用。

上述第2′步反应中所使用的甲胺，可以直接使用甲胺，也可以是其水溶液，其中甲胺在其水溶液中的含量高低对反应一般无显著影响，例如含水量为1％-95％的甲胺溶液都可以使用。对甲胺水溶液，优选使用的是浓度为20％-30％的甲胺溶液。由于甲胺通常状态下是气态物质，因此反应过程中易挥发损失，且随反应温度的升高，损失率也相应增大。因此在本发明的上述第2′步反应中，甲胺的投料比例除可按计算量外，适当的过量也是有利于反应充分进行的。例如，试验显示，第2′步反应中甲胺与2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)的摩尔投料比在1∶1～5∶1范围内，结果都是满意的。

可以理解，本发明上述特丁噻草隆的制备方法可以有效地解决传统方法因使用剧毒物质异氰酸甲酯所存在的潜在危险和对环境的严重污染，允许以高产率制备特丁噻草隆，同时能有效地利用副产物和回收主要的溶剂，具有积极的意义和价值。

以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

具体实施方式

实施例1

在2L反应釜中加入2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)137g(0.8mol)和800ml甲苯，缓慢升温至50℃，关闭加热系统，向反应体系中滴加三光气95g(以三光气计0.32mol)的甲苯溶液300ml，滴加完毕后将温度升至回流温度，并回流反应3小时后停止反应。减压蒸除反应体系中约2/3体积的甲苯后，在冰水冷却下向残余物中滴加40％的甲胺水溶液(以甲胺计30g，0.96mol)74g，0.5小时内滴加完毕，再加入1mol/L的碳酸钾(或NaOH)水溶液200ml，撤去冰水浴待反应体系自然升温并缓慢升温至30～35℃继续反应4小时结束。过滤，滤饼用水洗两次。分离出滤液中的甲苯并浓缩回收甲苯，将残余物倾倒入水中搅拌，析出白色晶体，过滤，合并两次所得固体，烘干，得白色产品158.7g，收率88.9％，熔点161℃～163℃，相对含量99.3％(HPLC，H₂O∶CH₃OH＝15.85)。

实施例2

在200ml反应釜中加入2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)17.1g(0.1mol)和100ml甲苯，缓慢升温度升至50℃，关闭加热系统，向反应体系中滴加二光气12g(以光气计0.06mol)的甲苯溶液40ml，滴加完毕后升温至回流温度，回流下持续反应3小时停止反应。减压蒸除反应物体系2/3体积的甲苯后，在冰水冷却下向残余物中滴加40％的甲胺水溶液9.5g(以甲胺计0.12mol)，0.5小时内滴加完毕后，再加入30ml吡啶水溶液25ml，撤去冰水浴，待反应体系自然缓慢升温至30℃～35℃，继续反应4小时结束。过滤，滤饼水洗两次。分离出滤液中的甲苯并回收甲苯浓缩，将残余物倾倒入水中剧烈搅拌，析出白色晶体，过滤，合并两次所得固体，烘干，得白色产品19.8g，收率86.7％，熔点161.8～163℃，相对含量99.7％(HPLC，H₂O∶CH₃OH＝15∶85)。

实施例3

在500ml反应釜中加入2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)35g(0.2mol)和300ml甲苯，室温下于2小时内向反应系统中通入光气25g(0.12mol)，通完后将缓慢升至回流温度，在回流下持续反应3小时后停止反应。减压回收反应物体系2/3体积的甲苯后，在冰水冷却下向残余物中滴加40％的甲胺水溶液20g(以甲胺计0.24mol)，0.5小时内滴加完毕，再加入15ml三乙胺，撤去冰水浴，待反应体系自然升温至室温后，将体系温度缓慢升温至30℃～35℃，继续反应4小时结束。过滤，滤饼水洗两次。分离出滤液中的甲苯并回收甲苯浓缩，将残余物倾倒入水中并剧烈搅拌，析出白色晶体，过滤，合并两次所得固体，烘干，得白色产品41.8g，收率91.7％，熔点161.3℃～162.8℃，相对含量98.9％(HPLC，H₂O∶CH₃OH＝15∶85)。

实施例4

原料及操作方式均同实施例1，改变第1′步反应中原料2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)/三聚光气(以光气计)的摩尔用量比例，考察其对结果的影响。试验结果如表1所示。

表1三光气的量比例对结果的影响

原料(I)/三光气	1/1	1/1.1	1/1.2	1/1.3	1/1.4
原料(I)/三光气	1/1	1/1.1	1/1.2	1/1.3	1/1.4	收率(％)	67.2	75.3	86.9	87.5	87.3
相对含量(％)	98.9	99.1	99.3	99.6	99.2	收率(％)	67.2	75.3	86.9	87.5	87.3

上述试验结果显示，当三光气(以光气计)的摩尔用量相对于2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)的1.2倍时，反应收率可增加至较高，继续增加三光气用量对收率贡献不大，因此选择1.2倍进行反应。改用光气或二聚光气试验，上述的结果基本没有变化。

实施例5

原料及操作方式同实施例1，其中第1′步的2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)与光气的摩尔投料比为1∶1.2，回流反应为5小时。反应溶剂介质分别选择甲苯、苯、二氯甲烷、乙酸乙酯和四氢呋喃，考察不同的反应溶剂介质对反应结果的影响。试验结果如表2所示。

表2不同反应溶剂介质对结果的影响

反应溶剂介质	甲苯	苯	二氯甲烷	乙酸乙酯	四氢呋喃
反应溶剂介质	甲苯	苯	二氯甲烷	乙酸乙酯	四氢呋喃	收率(％)	87.5	88.9	45.3	66.3	73.3
相对含量(％)	99.6	98.7	98.1	98.6	99.2	收率(％)	87.5	88.9	45.3	66.3	73.3

实施例6

原料及操作方式同实施例1，其中第1′步的2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)与光气的摩尔投料比为1∶1.2，以甲苯作为反应溶剂介质，在不同的温度下第1′步分别均反应5小时，考察反应温度对最后结果的影响。试验结果如表3所示。

表3不同温度对反应的影响

反应温度(℃)	25	50	80	100	110
反应温度(℃)	25	50	80	100	110	收率(％)	23.3	41.6	45.3	68.3	7.5
相对含量(％)	86.7	90.3	93.1	95.6	99.6	收率(％)	23.3	41.6	45.3	68.3	7.5

实施例7

在装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和回流装置的250ml反应瓶中加入2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑17.6g(I)(0.1mol)和100ml甲苯，将体系温度降至5℃后，向反应体系中缓慢滴加19.8g(1.3mol)氯甲酸乙酯的甲苯溶液30ml，1.5小时滴加完，然后将缓慢升温至40℃，在此温度下继续反应2.5小时后停止反应。减压蒸除反应物体系2/3体积的甲苯后，在冰水冷却下向残余物中滴加入40％的甲胺水溶液20g(以甲胺计0.24mol)，0.5小时内滴加完毕后，再加入0.5g四丁基溴化胺，撤去冰水浴，待反应体系自然升温至室温后，将体系温度缓慢升温至60℃～65℃，继续反应4小时结束。过滤，滤饼水洗两次。分离出滤液中的甲苯并回收甲苯浓缩，将残余物倾倒入水中剧烈搅拌，析出白色晶体，过滤，合并两次所得固体，用乙醇重结晶，过滤、烘干，得白色产品13.2g，收率63.7％，熔点161.1～163.8℃，相对含量98.9％(HPLC，H₂O∶CH₃OH＝15∶85)。

实施例8

按实施例7的方式操作，其中改变第1′步反应中的2-甲基氨基-5-叔丁基-13，4-噻二唑(I)/氯甲酸乙酯的摩尔投料量比例，考察其对结果的影响。试验结果如表4所示。

表4氯甲酸乙酯用量对反应的影响

噻二唑∶氯甲酸乙酯	1∶1	1∶1.1	1∶1.2	1∶1.3	1∶1.4
噻二唑∶氯甲酸乙酯	1∶1	1∶1.1	1∶1.2	1∶1.3	1∶1.4	收率％	32.8	48.5	57.6	63.2	66.9
相对含量％	98.6	98.8	99.1	98.9	99.2	收率％	32.8	48.5	57.6	63.2	66.9

表4结果显示，当氯甲酸乙酯为相对于噻二唑用量的1.3倍时，反应收率增加至较高，继续增加氯甲酸乙酯用量对收率影响已不明显。除氯甲酸乙酯外，随其酯结构中醇基部分R链的加长，反应的活性也随之降低。

Claims

1.特丁噻草隆的制备方法，其特征是以2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)、二卤化碳酰或其衍生物(II)及甲胺为原料，在碱性条件下经下述反应得到特丁噻草隆产物(IV)：

2′：向生成中间体(III)后的反应物体系中投入甲胺，使其与中间体(III)反应，沉淀后得到特丁噻草隆(IV)产物。

2.如权利要求1所述的特丁噻草隆的制备方法，其特征是所说的二卤化碳酰或其衍生物(II)是包括光气、二聚光气、三聚光气在内的光气成分，或是在上述第1 ′步反应过程中即时反应生成的光气成分。

3.如权利要求2所述的特丁噻草隆的制备方法，其特征是所说的二卤化碳酰或其衍生物(II)是三聚光气。

4.如权利要求1所述的特丁噻草隆的制备方法，其特征是所说的对二卤化碳酰或其衍生物(II)呈惰性的有机溶剂介质为包括苯及其衍生物、氯代烷烃、醚类和酯类在内的有机溶剂

5.如权利要求1至4之一所述的特丁噻草隆的制备方法，其特征是所说的第1′步反应完成后，除去为反应物体系体积2/3的有机溶剂介质，向浓缩后的反应物体系中加入所说的甲胺水溶液进行第2′步反应。

6.如权利要求1至4之一所述的特丁噻草隆的制备方法，其特征是所说的反应过程完成后，过滤所得沉淀产物并用水洗，滤液分相后对水相用有机溶媒萃取后，合并各次有机相并除去有机溶剂，残留物重结晶后，与沉淀产物合并。

7.如权利要求6所述的特丁噻草隆的制备方法，其特征是所说进行重结晶的溶剂为包括乙醇、甲醇、乙酸乙酯、乙醚、或丙酮在内的极性有机溶剂。

8.如权利要求1至4之一所述的特丁噻草隆的制备方法，其特征是所说的碱性反应条件是由包括碱金属的氢氧化物、碱金属的碳酸盐或碳酸氢盐在内的无机碱性化合物，或是叔胺类有机碱化合物存在下形成的碱性环境。

9.如权利要求1至4之一所述的特丁噻草隆的制备方法，其特征是所说的第1′步反应中的二卤化碳酰或其衍生物(II)与2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑的摩尔投料比为0.8～5∶1。

10.如权利要求1至4之一所述的特丁噻草隆的制备方法，其特征是所说的第2′步反应中的甲胺与2-甲基氨基-5-叔丁基-1，3，4-噻二唑(I)的摩尔投料比为1～5∶1。