CN102432509A - 制备4-甲砜基甲苯的方法 - Google Patents

制备4-甲砜基甲苯的方法 Download PDF

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Abstract

一种制备4-甲砜基甲苯的方法,先将无水亚硫酸钠、碳酸氢钠与对甲苯磺酰氯反应,得到4-甲苯亚磺酸钠粗品;再将4-甲苯亚磺酸钠与少量4-甲砜基甲苯混合,加热熔融,加入咪唑类季铵盐类离子液作为催化剂,再通入氯甲烷气体,使氯甲烷溶于4-甲砜基甲苯中并与4-甲苯亚磺酸钠进行合成反应,得到4-甲砜基甲苯。这种方法中,甲基化反应是亲核取代,有机相为氯甲烷和产物4-甲砜基甲苯,4-甲苯亚磺酸钠作为一个亲核试剂,被离子液催化剂携带入有机相中与氯甲烷进行亲核取代反应。由于除了产物4-甲砜基甲苯以外不用任何其他溶剂,避免了反应中副反应的发生,产品收率达到88%以上,纯度可达到97%以上,并减少了有机溶剂回收。

Description

制备4-甲砜基甲苯的方法
技术领域
本发明涉及一种制备4-甲砜基甲苯的方法,属于有机化学领域。
背景技术
4-甲砜基甲苯广泛用于合成医用抗生素甲砜霉素、甲砜霉素甘氨酸酯盐酸盐、兽用抗菌药氟洛芬、农用除草剂磺草酮以及有机合成中间体,具有相当大的应用价值。目前4-甲砜基甲苯的生产工艺是以4-甲基苯磺酰氯为原料,经还原后得到4-甲基苯亚磺酸钠,在水相中进行甲基化反应,无机盐会使体系极性增大影响反应速率,须分离无机盐后再甲基化反应,此工艺还使用了剧毒试剂硫酸二甲酯。专利文献“2008101626197”、“200910018223.X”和“200910018412.7”等报道了使用低毒性氯甲烷为甲基化试剂,反应也为水相,但其生产周期长,产率及纯度都较低。上述的制备方法,影响收率的根本原因有两个:一是还原产物4-甲基苯亚磺酸钠与无机盐的分离,有机盐中脱无机盐损失很大;二是甲基化速率慢,生产周期长。
发明内容
本发明的目的在于解决以上现有技术中的不足之处,提出一种甲基化反应不使用溶剂的制备4-甲砜基甲苯的方法。
这种制备4-甲砜基甲苯的方法包括以下步骤:
(1)将一定比例的无水亚硫酸钠和碳酸氢钠溶于水中,均匀搅拌,在85℃条件下缓慢加入一定量的对甲苯磺酰氯,保温反应,反应结束后,冷却,抽滤干燥得4-甲基苯亚磺酸钠粗品;
(2)将上步所得的4-甲基苯亚磺酸钠粗品与一定量的4-甲砜基甲苯混合,加入咪唑类季铵盐类离子液作为催化剂,室温下通入氯甲烷气体并保持0.5Mpa的压力;
(3)在该压力下将反应体系升温至70-100℃进行反应,氯甲烷溶于4-甲砜基甲苯中并与4-甲基苯亚磺酸钠进行合成反应得到4-甲砜基甲苯;
(4)持续通入氯甲烷气体使压力保持恒定,待反应结束后停止通入氯甲烷气体,将温度降至室温后放空,然后再加热至85~100℃,物料成为熔融状态,将物料放出、冷却;
(5)上步所得物料冷却后即凝聚为固态,加入一定量的热水,不断搅拌,将物料化开、洗去无机盐和离子液,得到不溶于水的白色固体沉淀物;
(6)将上步所得的白色固体沉淀物抽滤,然后真空干燥,即得到白色晶体状4-甲砜基甲苯。
这种制备4-甲砜基甲苯的方法使用低毒试剂氯甲烷,以少量产物4-甲砜基甲苯为有机相,提高甲基化试剂的有效浓度。通入氯甲烷气体后,在一定的温度和压力下使氯甲烷溶解于该有机相。离子液作为固液相转移催化剂,反应过程中离子液携带4-甲基苯亚磺酸钠进入有机相与氯甲烷反应生成4-甲砜基甲苯,而混杂在4-甲基苯亚磺酸钠中的硫酸钠不能被离子液携带,因此不必将还原产物中无机盐与4-甲基苯亚磺酸钠分离,实现无需脱无机盐就能进行亲核取代的反应工艺。该反应生成的氯化钠和原料4-甲基苯亚磺酸钠中混杂的硫酸钠,均被隔离在反应体系外,使该亲核取代反应不受无机盐的影响。实现了清洁、快速、低毒生产4-甲砜基甲苯。本工艺副反应少,产品纯度高,收率达到95%以上,纯度可达到97%以上。
具体实施方式
这种制备4-甲砜基甲苯的方法包括以下步骤:
(1)将一定比例的无水亚硫酸钠和碳酸氢钠溶于水中,均匀搅拌,在85℃条件下缓慢加入一定量的对甲苯磺酰氯,保温反应,反应结束后,冷却,抽滤干燥得4-甲基苯亚磺酸钠粗品。
(2)将上步所得的4-甲基苯亚磺酸钠粗品与一定量的4-甲砜基甲苯混合,加入咪唑类季铵盐类离子液作为催化剂,室温下通入氯甲烷气体并保持0.5Mpa的压力。
(3)在该压力下将反应体系升温至70-100℃进行反应,氯甲烷溶于4-甲砜基甲苯中并与4-甲基苯亚磺酸钠进行合成反应得到4-甲砜基甲苯;其反应式如下:
Figure BSA00000612245200021
反应中所用的离子液催化剂为咪唑类季铵盐类,具有以下结构:
Figure BSA00000612245200022
上式中:R=丁基、戊基、己基;X=四氟化硼、溴、氯。
(4)持续通入氯甲烷气体使压力保持恒定,待反应结束后停止通入氯甲烷气体,将温度降至室温后放空,然后再加热至85~100℃,物料成为熔融状态,将物料放出、冷却。
(5)上步所得物料冷却后即凝聚为固态,加入一定量的热水,不断搅拌,将物料化开、洗去无机盐和离子液,得到不溶于水的白色固体沉淀物。
(6)将上步所得的白色固体沉淀物抽滤,然后真空干燥,即得到白色晶体状4-甲砜基甲苯。
这种制备4-甲砜基甲苯的方法中,第(2)步中各原料的加入量以质量计可以为:4-甲基苯亚磺酸钠∶4-甲砜基甲苯=1∶0.1~1;咪唑类离子液催化剂的加入量以质量计可以是4-甲基苯亚磺酸钠的1%~4%。
实施例1:
将一定比例的无水亚硫酸钠和碳酸氢钠溶于水中,均匀搅拌,85℃条件下缓慢加入一定量的对甲苯磺酰氯。加完后保温反应1h,反应完毕,冷却,抽滤干燥得4-甲基苯亚磺酸钠粗品。取4-甲砜基甲苯10g,4-甲基苯亚磺酸钠100g(经紫外分析测4-甲基苯亚磺酸钠含量,根据其含量计算其用量。以下各实施例中均同实施例1),四氟化硼1-丁基-3-甲基咪唑离子液体1g,加入高压反应釜中。反应釜接通入氯甲烷钢瓶,待压力稳定在0.4Mpa后,升温至80℃,反应开始后压力下降至0.2Mpa,继续保持通氯甲烷气体,待压力恒定在0.4Mpa时,再反应1h后,关闭充气阀。反应结束后反应釜在加热98℃条件下放料,出料混合物中加入热水搅拌,待其水温稍冷进行抽滤,再用少量水洗一次,冷却后析出白色晶体,抽滤并干燥得产品85.22g,测得其熔程:87.1~87.5℃。产品经气相色谱分析纯度97.0%。
以下实施例中4-甲基苯亚磺酸钠的合成方法均同实施例1。
实施例2:
取4-甲砜基甲苯20g,4-甲基苯亚磺酸钠100g,四氟化硼1-丁基-3-甲基咪唑离子液体2g,加入高压反应釜中。反应釜接通入氯甲烷钢瓶,待压力稳定在0.5Mpa后,升温至85℃,反应开始后压力下降至0.2Mpa,保持通氯甲烷气体,待压力恒定在0.5Mpa时,再反应1h后,关闭充气阀。反应结束后反应釜在加热100℃条件下放料,出料混合物中加入热水搅拌,待其水温稍冷进行抽滤,再用少量水洗一次,冷却后析出白色晶体,抽滤并干燥后得产品90.08g,测得其熔程:87.3~87.9℃。产品经气相色谱分析纯度98.1%。
实施例3:
取4-甲砜基甲苯50g,4-甲基苯亚磺酸钠100g,四氟化硼1-戊基-3-甲基咪唑离子液体2g,加入高压反应釜中。反应釜接通入氯甲烷钢瓶,待压力稳定在0.4Mpa后,升温至83℃,反应开始后压力下降至0.2Mpa,保持通氯甲烷气体,待压力恒定在0.4Mpa时,再反应1h后,关闭充气阀。反应结束后反应釜在加热90℃条件下放料,出料混合物中加入热水搅拌,待其水温稍冷进行抽滤,再用少量水洗一次,冷却后析出白色晶体,抽滤并干燥后得产品85.98g,测得其熔程:86~86.8℃。产品经气相色谱分析纯度97.2%。
实施例4:
取4-甲砜基甲苯50g,4-甲基苯亚磺酸钠100g,溴代1-丁基-3-甲基咪唑离子液体2.7g,加入高压反应釜中。反应釜接通入氯甲烷钢瓶,待压力稳定在0.3Mpa后,升温至83℃,反应开始后压力下降至0.2Mpa,保持通氯甲烷气体,待压力恒定在0.3Mpa时,再反应1h后,关闭充气阀。反应结束后反应釜在加热95℃条件下放料,出料混合物中加入热水搅拌,待其水温稍冷进行抽滤,再用少量水洗一次,冷却后析出白色晶体,抽滤并干燥后得产品88.27g,测得其熔程:88.1~88.3℃。产品经气相色谱分析纯度98.9%。
实施例5:
取4-甲砜基甲苯100g,4-甲基苯亚磺酸钠100g,四氟化硼1-己基-3-甲基咪唑离子液体3.8g,加入高压反应釜中。反应釜接通入氯甲烷钢瓶,待压力稳定在0.5Mpa后,升温至95℃,反应开始后压力下降至0.2Mpa,保持通氯甲烷气体,待压力恒定在0.5Mpa时,再反应1h后,关闭充气阀。反应结束后反应釜在加热100℃条件下放料,出料混合物中加入热水搅拌,待其水温稍冷进行抽滤,再用少量水洗一次,冷却后析出白色晶体,抽滤并干燥后得产品90.75g,测得其熔程:88.2~88.5℃。产品经气相色谱分析纯度96.2%。
实施例6:
取4-甲砜基甲苯40g,4-甲基苯亚磺酸钠100g,氯代1-丁基-3-甲基咪唑离子液体2.5g,加入高压反应釜中。反应釜接通入氯甲烷钢瓶,待压力稳定在0.3Mpa后,升温至100℃,反应开始后压力下降至0.2Mpa,保持通氯甲烷气体,待压力恒定在0.3Mpa时,再反应1h后,关闭充气阀。反应结束后反应釜在加热100℃条件下放料,出料混合物中加入热水搅拌,待其水温稍冷进行抽滤,再用少量水洗一次,冷却后析出白色晶体,抽滤并干燥后得产品85.50g,测得其熔程:86.8~87.5℃。产品经气相色谱分析纯度99.3%。
实施例7:
取4-甲砜基甲苯100g,4-甲基苯亚磺酸钠100g,溴代1-戊基-3-甲基咪唑离子液体2.5g,加入高压反应釜中。反应釜接通入氯甲烷钢瓶,待压力稳定在0.4Mpa后,升温至75℃,反应开始后压力下降至0.3Mpa,保持通氯甲烷气体,待压力恒定在0.4Mpa时,再反应1h后,关闭充气阀。反应结束后反应釜在加热90℃条件下放料,出料混合物中加入热水搅拌,待其水温稍冷进行抽滤,再用少量水洗一次,冷却后析出白色晶体,抽滤并干燥后得产品86.65g,测得其熔程:86.3~87.0℃。产品经气相色谱分析纯度98.9%。
实施例8:
取4-甲砜基甲苯20g,4-甲基苯亚磺酸钠100g,氯代1-己基-3-甲基咪唑离子液体3g,加入高压反应釜中。反应釜接通入氯甲烷钢瓶,待压力稳定在0.5Mpa后,升温至89℃,反应开始后压力下降至0.3Mpa,保持通氯甲烷气体,待压力恒定在0.5Mpa时,再反应1h后,关闭充气阀。反应结束后反应釜在加热87℃条件下放料,出料混合物中加入热水搅拌,待其水温稍冷进行抽滤,再用少量水洗一次,冷却后析出白色晶体,抽滤并干燥后得产品88.46g,测得其熔程:86.5~86.6℃。产品经气相色谱分析纯度99.4%。
实施例9:
取4-甲砜基甲苯45g,4-甲基苯亚磺酸钠100g,溴代1-己基-3-甲基咪唑离子液体4g,加入高压反应釜中。反应釜接通入氯甲烷钢瓶,待压力稳定在0.5Mpa后,升温至95℃,反应开始后压力下降至0.3Mpa,保持通氯甲烷气体,待压力恒定在0.5Mpa时,再反应1h后,关闭充气阀。反应结束后反应釜在加热95℃条件下放料,出料混合物中加入热水搅拌,待其水温稍冷进行抽滤,再用少量水洗一次,冷却后析出白色晶体,抽滤并干燥后得产品86.65g,测得其熔程:87.5~88.2℃。产品经气相色谱分析纯度96.4%。
实施例10:
取4-甲砜基甲苯25g,4-甲基苯亚磺酸钠100g,氯代1-戊基-3-甲基咪唑离子液体1g,加入高压反应釜中。反应釜接通入氯甲烷钢瓶,待压力稳定在0.4Mpa后,升温至95℃,反应开始后压力下降至0.2Mpa,保持通氯甲烷气体,待压力恒定在0.4Mpa时,再反应1h后,关闭充气阀。反应结束后反应釜在加热85℃条件下放料,出料混合物中加入热水搅拌,待其水温稍冷进行抽滤,再用少量水洗一次,冷却后析出白色晶体,抽滤并干燥后得产品85.68g,测得其熔程:86.8~87.2℃。产品经气相色谱分析纯度95.8%。

Claims (2)

1.一种制备4-甲砜基甲苯的方法,其特征是此方法包括以下步骤:
(1)将一定比例的无水亚硫酸钠和碳酸氢钠溶于水中,均匀搅拌,在85℃条件下缓慢加入一定量的对甲苯磺酰氯,保温反应,反应结束后,冷却,抽滤干燥得4-甲基苯亚磺酸钠粗品;
(2)将上步所得的4-甲基苯亚磺酸钠粗品与一定量的4-甲砜基甲苯混合,加入咪唑类季铵盐类离子液作为催化剂,室温下通入氯甲烷气体并保持0.5Mpa的压力;
(3)在该压力下将反应体系升温至70-100℃进行反应,氯甲烷溶于4-甲砜基甲苯中并与4-甲基苯亚磺酸钠进行合成反应得到4-甲砜基甲苯;
(4)持续通入氯甲烷气体使压力保持恒定,待反应结束后停止通入氯甲烷气体,将温度降至室温后放空,然后再加热至85~100℃,物料成为熔融状态,将物料放出、冷却;
(5)上步所得物料冷却后即凝聚为固态,加入一定量的热水,不断搅拌,将物料化开、洗去无机盐和离子液,得到不溶于水的白色固体沉淀物;
(6)将上步所得的白色固体沉淀物抽滤,然后真空干燥,即得到白色晶体状4-甲砜基甲苯。
2.如权利要求1所述的制备4-甲砜基甲苯的方法,其特征是第(2)步中各原料的加入量以质量计为:4-甲基苯亚磺酸钠∶4-甲砜基甲苯=1∶0.1~1;咪唑类离子液催化剂的加入量以质量计是4-甲基苯亚磺酸钠的1%~4%。
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