CN102766073B - 一种间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效杀虫剂氰氟虫腙重要中间体间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法，以4-氰基氯苄为起始原料，生成4-氰基苯乙腈后与间三氟甲基苯甲酸甲酯反应,在有机溶剂中反应5h-8h。该方法生产的氰氟虫腙中间体收率在90%以上，含量在89%以上。本发明收率较高，成本较低，可工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，涉及缩氨基脲类除虫剂氰氟虫腙的重要中间体间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法。
技术背景
氰氟虫腙(metaflumizone，BAS320I)是德国巴斯夫公司和日本农药公司联合开发的一种全新的化合物，属于缩氨基脲类杀虫剂。氰氟虫腙的作用机制独特，本身具有杀虫活性，不需要生物激活，与现有的各类杀虫剂无交互抗性。氰氟虫腙可以有效地防治各地鳞翅目害虫及某些鞘翅目的幼虫、成虫，还可以用于防治蚂蚁、白蚁、蝇类、蝉螂等害虫。
间三氟甲基苯对氰基苯乙酮是合成氰氟虫腙的重要中间体，是制备农作物保护剂的重要原料。CN 03809381.2和CN 200810121376.2中提及关于间三氟甲基苯对氰基苯乙酮是以4-甲基苯腈和间三氟甲基苯甲酸甲酯为原料， N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂，以甲醇钾为碱用来脱α-H直接生成产物。首先原料4-甲基苯腈比较贵，生产成本高；N,N-二甲基甲酰胺为高沸点溶剂，反应对水要求较严格，其回收处理能耗较高，增加生产成本；产品收率最高为86%。
发明内容
针对现有技术中原料贵、生产成本高、产品收率低的不足，本发明提供了一种缩氨基脲类除虫剂氰氟虫腙的重要中间体间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法，采用价格便宜的4-氰基氯苄合成4-氰基苯乙腈来代替4-甲基苯腈，在低沸点溶剂中反应，简化操作过程，蒸除溶剂的过程较简单,使得产品收率高，生产成本降低。
本发明反应机理如下：
本发明提供了一种间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法，以4-氰基氯苄为起始原料，具体步骤包括：
（1）在装有水的反应器中加入氰化钠水溶液和催化剂苄基三乙基氯化铵，搅拌升温至回流，再滴加溶有4-氰基氯苄的甲苯溶液，使得最终4-氰基氯苄与氰化钠的摩尔比为1:1.02-1.1，保温反应1.5 小时后，冷却、水洗、干燥、减压蒸馏后得白色固体，即4-氰基苯乙腈；
（2）在反应器中加入4-氰基苯乙腈、碱和反应溶剂，密封、搅拌升温至回流，滴加间三氟甲基苯甲酸甲酯，滴加时间为1-2小时，滴加时保持回流，滴加结束后继续反应5-8小时，取样跟踪，以液相色谱面积归一法计算，直至反应原料4-氰基苯乙腈的含量≤0.1%，则反应结束；
（3）反应结束后，冷却至0℃，再向反应器中加入脱氰剂，回流10小时后冷却至室温，加入冰水和三氯甲烷，搅拌30分钟后，分离有机相，水层用三氯甲烷提取三次，合并有机层，依次用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠水溶液、水洗至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸除有机溶剂，得棕黄色固体，用正己烷-三氯甲烷重结晶，蒸出溶剂得米黄色固体，即为目标产物。
其中，所述步骤（1）中4-氰基氯苄与氰化钠的摩尔比为1:1.02-1.1，若氰化钠加入量过少，则使得4-氰基氯苄反应不完全，影响产品收率，若氰化钠加入量过多，则后处理过程较复杂。
所述步骤（1）中氰化钠水溶液的质量分数为20%-38%，4-氰基氯苄的甲苯溶液的质量分数为20%-30%。
所述步骤（2）中的反应溶剂为醚类或醇类溶剂，其中醚类溶剂为乙醚、四氢呋喃或1,4-二氧六环的一种，醇类溶剂为甲醇、异丙醇或正丁醇的一种，优选为1,4-二氧六环。所采用的反应溶剂为低沸点溶剂，所用溶剂不与原料发生反应，不会发生副反应而影响产品的含量，相比现有技术中的高沸点溶剂，为反应提供了温和的环境，避免了因蒸出高沸点溶剂而降低反应收率，容易回收，回收的溶剂可以套用到下一批次的反应中，使溶剂循环利用，减少溶剂的损失，降低了能耗，减少了生产成本，更有利于工业化生产。
所述步骤（2）中4-氰基苯乙腈与溶剂的质量比为1:6-10，若溶剂的加入量过多，则会造成浪费，若溶剂的加入量过少，则反应进行不完全，影响产品的收率。
所述步骤（2）中4-氰基苯乙腈、间三氟甲基苯甲酸甲酯与碱的摩尔比为1:1.05-1.1:1.5-2，若碱的加入量过大，致使碱性过大，会阻碍反应的进行，若碱的加入量过小，则无法起到催化效果，使得反应不完全。
所述步骤（2）中的碱为甲醇钾、氢氧化钠、氢氧化钾、叔丁醇钠、碳酸钾、叔丁醇钾中的一种或几种，在反应过程中起到催化的作用。
所述步骤（3）中的脱氰剂是质量分数为48%的氢溴酸，在氢溴酸的催化下，氰基水解成羧酸，进而脱去二氧化碳，得到目标产物。
根据薄层层析确定，所述步骤（3）中正己烷与三氯甲烷的体积比为7:1，采样此比例进行萃取，分离效果较好。
本发明以价格便宜的4-氰基氯苄合成4-氰基苯乙腈来代替4-甲基苯腈为起始原料，采用低沸点溶剂为反应提供温和的环境，使整个反应更稳定，而且溶剂容易回收，降低了能耗，所得产品收率提高，减少了生产成本，更有利于工业化生产。
具体实施方式
本发明所用原料均为市售产品。以下通过实施例说明本发明的具体工艺步骤，不应只局限理解为本发明上述主题范围仅限于以下实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法，以4-氰基氯苄为起始原料，具体步骤包括：
（1）在装有搅拌器、温度计和冷凝器的500mL四口烧瓶中加入水50mL，34.3 g氰化钠水溶液(溶有10.29g纯氰化钠)和3g催化剂苄基三乙基氯化铵（TEBAC）。密闭后，开启搅拌同时升温，当温度达到90-95℃时，用1小时左右时间缓缓加入29.73g 4-氰基氯苄的甲苯溶液(共121.2g)，滴加过程中保持回流。加完料后保温1.5 小时。冷却，加水200mL洗一次。分去水层，有机层干燥后减压蒸馏，得白色固体28.82g，即4-氰基苯乙腈，含量96%，收率97.4%；
（2）在装有搅拌器、温度计和冷凝管的500mL四口烧瓶中加入14.34g 4-氰基苯乙腈（ω=99%）、11.06g甲醇钾（ω=95%），加入142g 1,4-二氧六环为反应溶剂，密封、搅拌升温至回流，滴加间三氟甲基苯甲酸甲酯21.42g，滴加时间为1-2小时，滴加过程中保持回流，滴加结束后继续反应6小时后取样进行跟踪，以液相色谱面积归一法计算，4-氰基苯乙腈含量为0.04%；
（3）跟踪合格，蒸出部分溶剂循环使用，冷却至0℃，加入60mL 48%氢溴酸，回流10小时后冷却至室温，加入冰水和100mL三氯甲烷，搅拌30分钟后，分离有机相，水层用50mL三氯甲烷提取3次，合并有机层，依次用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠水溶液、水洗至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸除有机溶剂，得棕黄色固体，用80mL正己烷-三氯甲烷(7∶1)重结晶，蒸出溶剂得米黄色固体。产品质量为28.95g，含量为90.1%，收率为91.2%。
实施例2
一种间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法，以4-氰基氯苄为起始原料，具体步骤包括：
（1）在装有搅拌器、温度计和冷凝器的500mL四口烧瓶中加入水50mL，51.45 g的氰化钠水溶液(溶有10.29g纯氰化钠)和3g催化剂苄基三乙基氯化铵（TEBAC）。密闭后，开启搅拌同时升温，当温度达到90-95℃时，用1小时左右时间缓缓加入28.94g 4-氰基氯苄的甲苯溶液（共144.7g），滴加过程中保持回流。加完料后保温1.5 小时。冷却，加水200mL洗一次。分去水层，有机层干燥后减压蒸馏，得白色固体28.75g，含量96.2%，收率97.4%；
（2）在装有搅拌器、温度计和冷凝管的500mL四口烧瓶中加入14.34g 4-氰基苯乙腈（ω=99%）、7.26g氢氧化钠（ω=96%），加入113.6g 1,4-二氧六环为反应溶剂，密封、搅拌升温至回流，滴加间三氟甲基苯甲酸甲酯22.44g，滴加时间为1-2小时，滴加过程中保持回流，滴加结束后继续反应6小时后取样进行跟踪，以液相色谱面积归一法计算，4-氰基苯乙腈含量为0.04%；
（3）跟踪合格，蒸出部分溶剂循环使用，冷却至0℃，加入60mL 48%氢溴酸，回流10小时后冷却至室温，加入冰水和100mL三氯甲烷，搅拌30分钟后，分离有机相，水层用50mL三氯甲烷提取3次，合并有机层，依次用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠水溶液、水洗至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸除有机溶剂，得棕黄色固体，用80mL正己烷-三氯甲烷(7∶1)重结晶，蒸出溶剂得米黄色固体。产品质量为28.63g，含量为90.1%，收率为90.2%。
实施例3
一种间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法，以4-氰基氯苄为起始原料，具体步骤包括：
（1）在装有搅拌器、温度计和冷凝器的500mL四口烧瓶中加入水50mL，27.1 g的氰化钠水溶液(溶有10.29g纯氰化钠)和3g催化剂苄基三乙基氯化铵（TEBAC）。密闭后，开启搅拌同时升温，当温度达到90-95℃时，用1小时左右时间缓缓加入30.03g 4-氰基氯苄的甲苯溶液（共100.1g），滴加过程中保持回流。加完料后保温1.5 小时。冷却，加水200mL洗一次。分去水层，有机层干燥后减压蒸馏，得白色固体28.68g，含量95.6%，收率96.5%；
（2）在装有搅拌器、温度计和冷凝管的500mL四口烧瓶中加入14.34g 4-氰基苯乙腈（ω=99%），再加入氢氧化钾（ω=94%）12.13g，加入85.2g异丙醇为反应溶剂，密封、搅拌，升温至回流，开始滴加间三氟甲基苯甲酸甲酯22.03g，滴加1-2小时，滴加过程中保持回流状态，继续反应6h后取样进行跟踪，以液相色谱面积归一法计算，4-氰基苯乙腈含量为0.05%；
（3）跟踪合格，蒸出部分溶剂，冷却至0℃，加入60mL 48%氢溴酸，回流10小时后，冷却至室温。加入冰水和100mL三氯甲烷，搅拌30分钟后，分离有机相，水层用50mL三氯甲烷提取3次，合并有机层，依次用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠水溶液、水洗至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸除有机溶剂，得棕黄色固体，用80mL正己烷-三氯甲烷(7∶1)重结晶，蒸出溶剂得米黄色固体。产品质量为28.73g，含量为90.0%，收率为90.4%。
实施例4
一种间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法，以4-氰基氯苄为起始原料，具体步骤包括：
（1）在装有搅拌器、温度计和冷凝器的500mL四口烧瓶中加入水50mL，27.1 g氰化钠水溶液(溶有10.29g氰化钠)和3g催化剂苄基三乙基氯化铵（TEBAC）。密闭后，开启搅拌同时升温，当温度达到90-95℃时，用1小时左右时间缓缓加入29.48g 4-氰基氯苄的甲苯溶液（共117.9g），滴加过程中保持回流。加完料后保温1.5 小时。冷却，加水200mL洗一次。分去水层，有机层干燥后减压蒸馏，得白色固体28.84g，含量96%，收率97.45%；
（2）在装有搅拌器、温度计和冷凝管的500mL四口烧瓶中加入14.34g 4-氰基苯乙腈（ω=99%），再加入叔丁醇钠18.02g（ω=96%），加入127.8g四氢呋喃为反应溶剂，密封、搅拌，升温至回流，开始滴加间三氟甲基苯甲酸甲酯21.62g，滴加时间为1-2小时，滴加过程中保持回流状态，继续反应6h后取样进行跟踪，以液相色谱面积归一法计算，4-氰基苯乙腈含量为0.06%；
（3）跟踪合格，蒸出部分溶剂，冷却至0℃，加入60mL 48%氢溴酸，回流10小时后，冷却至室温。加入冰水和100mL三氯甲烷，搅拌30分钟后，分离有机相，水层用50mL三氯甲烷提取3次，合并有机层，依次用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠水溶液、水洗至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸除有机溶剂，得棕黄色固体，用80mL正己烷-三氯甲烷(7∶1)重结晶，蒸出溶剂得米黄色固体。产品质量为28.79g，含量为89.5%，收率为90.1%。
实施例5
一种间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法，以4-氰基氯苄为起始原料，具体步骤包括：
（1）在装有搅拌器、温度计和冷凝器的500mL四口烧瓶中加入水50mL，41.16g氰化钠水溶液(溶有10.29g氰化钠)和3g催化剂苄基三乙基氯化铵（TEBAC）。密闭后，开启搅拌同时升温，当温度达到90-95℃时，用1小时左右时间缓缓加入30.61g 4-氰基氯苄的甲苯溶液（共113.4g），滴加过程中保持回流。加完料后保温1.5 小时。冷却，加水200mL洗一次。分去水层，有机层干燥后减压蒸馏，得白色固体28.66g，含量95.6%，收率96.4%；
（2）在装有搅拌器、温度计和冷凝管的500mL四口烧瓶中加入14.34g 4-氰基苯乙腈（ω=99%），再加入碳酸钾27.35g（ω=96%），加入99.4g正丁醇为反应溶剂，密封、搅拌，升温至回流，开始滴加间三氟甲基苯甲酸甲酯20.40g，滴加时间为1至2小时，滴加过程中保持回流状态，继续反应6h后取样进行跟踪，以液相色谱面积归一法计算，4-氰基苯乙腈含量为0.07%；
（3）跟踪合格，蒸出部分溶剂，冷却至0℃，加入60mL 48%氢溴酸，回流10小时，冷却至室温。加入冰水和100mL三氯甲烷，搅拌30分钟后，分离有机相，水层用50mL三氯甲烷提取3次，合并有机层，依次用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠水溶液、水洗至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸除有机溶剂，得棕黄色固体，用80mL正己烷-三氯甲烷(7∶1)重结晶，蒸出溶剂得米黄色固体。产品质量为28.71g，含量为90.2%，收率为90.5%。
实施例6
一种间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法，以4-氰基氯苄为起始原料，具体步骤包括：
（1）在装有搅拌器、温度计和冷凝器的500mL四口烧瓶中加入水50mL，29.4 g氰化钠水溶液(溶有10.29g氰化钠)和3g催化剂苄基三乙基氯化铵（TEBAC）。密闭后，开启搅拌同时升温，当温度达到90-95℃时，用1小时左右时间缓缓加入31.84g 4-氰基氯苄的甲苯溶液（溶有144.7g），滴加过程中保持回流。加完料后保温1.5 小时。冷却，加水200mL洗一次。分去水层，有机层干燥后减压蒸馏，得白色固体28.56g，含量96%，收率96.5%；
（2）在装有搅拌器、温度计和冷凝管的500mL四口烧瓶中加入14.34g 4-氰基苯乙腈（ω=99%），再加入叔丁醇钾18.13g（ω=99%），加入113.6g乙醚为反应溶剂，密封、搅拌，升温至回流，开始滴加间三氟甲基苯甲酸甲酯22.24g，滴加时间为1至2小时匀速滴加，滴加过程中保持回流状态，继续反应6h后取样进行跟踪，以液相色谱面积归一法计算，4-氰基苯乙腈含量为0.05%；
（3）跟踪合格，蒸出部分溶剂，冷却至0℃，加入60mL 48%氢溴酸，回流10小时，冷却至室温。加入冰水和100mL三氯甲烷，搅拌30分钟后，分离有机相，水层用50mL三氯甲烷提取3次，合并有机层，依次用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠水溶液、水洗至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸除有机溶剂，得棕黄色固体，用80mL正己烷-三氯甲烷(7∶1)重结晶，蒸出溶剂得米黄色固体。产品质量为28.66g，含量为90.4%，收率为90.6%。
实施例7
一种间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法，以4-氰基氯苄为起始原料，具体步骤包括：
（1）在装有搅拌器、温度计和冷凝器的500mL四口烧瓶中加入水50mL，46.8 g氰化钠水溶液(溶有10.29g纯氰化钠)和3g催化剂苄基三乙基氯化铵（TEBAC）。密闭后，开启搅拌同时升温，当温度达到90-95℃时，用1小时左右时间缓缓加入30.32 g 4-氰基氯苄的甲苯溶液（共121.3g），滴加过程中保持回流。加完料后保温1.5 小时。冷却，加水200mL洗一次。分去水层，有机层干燥后减压蒸馏，得白色固体28.82g，含量96%，收率97.4%；
（2）在装有搅拌器、温度计和冷凝管的500mL四口烧瓶中加入14.34g 4-氰基苯乙腈（ω=99%），再加入甲醇钾和叔丁醇钾18.2g，加入142g甲醇为反应溶剂，密封、搅拌，升温至回流，开始滴加间三氟甲基苯甲酸甲酯21.83g，滴加时间为1至2小时匀速滴加，滴加过程中保持回流状态，继续反应6h后取样进行跟踪，以液相色谱面积归一法计算，4-氰基苯乙腈含量为0.08%；
（3）跟踪合格，蒸出部分溶剂，冷却至0℃，加入60mL 48%氢溴酸，回流10小时，冷却至室温。加入冰水和100mL三氯甲烷，搅拌30分钟后，分离有机相，水层用50mL三氯甲烷提取3次，合并有机层，依次用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠水溶液、水洗至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸除有机溶剂，得棕黄色固体，用80mL正己烷-三氯甲烷(7∶1)重结晶，蒸出溶剂得米黄色固体。产品质量为28.09g，含量为89.9%，收率为90.0%。
通过实施例1-7可以看出，本发明以价格便宜的4-氰基氯苄为起始原料来合成间三氟甲基苯对氰基苯乙酮，采用低沸点溶剂为反应溶剂，溶剂可回收循环利用，同时提高了产品收率，降低了生产成本，产品收率在90%以上，含量在89%以上。
Claims (2)
1.一种间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法，其特征在于：以4-氰基氯苄为起始原料，具体步骤包括：
（1）在装有搅拌器、温度计和冷凝器的500mL四口烧瓶中加入水50mL，34.3 g氰化钠水溶液和3g催化剂苄基三乙基氯化铵；密闭后，开启搅拌同时升温，当温度达到90-95℃时，用1小时左右时间缓缓加入29.73g 4-氰基氯苄的甲苯溶液，滴加过程中保持回流；加完料后保温1.5 小时；冷却，加水200mL洗一次；分去水层，有机层干燥后减压蒸馏，得白色固体28.82g，即4-氰基苯乙腈；
（2）在装有搅拌器、温度计和冷凝管的500mL四口烧瓶中加入14.34g 4-氰基苯乙腈、11.06g甲醇钾，加入142g 1,4-二氧六环为反应溶剂，密封、搅拌升温至回流，滴加间三氟甲基苯甲酸甲酯21.42g，滴加时间为1-2小时，滴加过程中保持回流，滴加结束后继续反应6小时后取样进行跟踪，以液相色谱面积归一法计算，4-氰基苯乙腈含量为0.04%；
（3）跟踪合格，蒸出部分溶剂循环使用，冷却至0℃，加入60mL 48%氢溴酸，回流10小时后冷却至室温，加入冰水和100mL三氯甲烷，搅拌30分钟后，分离有机相，水层用50mL三氯甲烷提取3次，合并有机层，依次用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠水溶液、水洗至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸除有机溶剂，得棕黄色固体，用80mL正己烷-三氯甲烷重结晶，蒸出溶剂得米黄色固体。
2.一种间三氟甲基苯对氰基苯乙酮的合成方法，其特征在于：以4-氰基氯苄为起始原料，具体步骤包括：
（1）在装有搅拌器、温度计和冷凝器的500mL四口烧瓶中加入水50mL，51.45 g的氰化钠水溶液和3g催化剂苄基三乙基氯化铵；密闭后，开启搅拌同时升温，当温度达到90-95℃时，用1小时左右时间缓缓加入28.94g 4-氰基氯苄的甲苯溶液，滴加过程中保持回流；加完料后保温1.5 小时；冷却，加水200mL洗一次；分去水层，有机层干燥后减压蒸馏，得白色固体28.75g，即4-氰基苯乙腈；
（2）在装有搅拌器、温度计和冷凝管的500mL四口烧瓶中加入14.34g 4-氰基苯乙腈、7.26g氢氧化钠，加入113.6g 1,4-二氧六环为反应溶剂，密封、搅拌升温至回流，滴加间三氟甲基苯甲酸甲酯22.44g，滴加时间为1-2小时，滴加过程中保持回流，滴加结束后继续反应6小时后取样进行跟踪，以液相色谱面积归一法计算，4-氰基苯乙腈含量为0.04%；
（3）跟踪合格，蒸出部分溶剂循环使用，冷却至0℃，加入60mL 48%氢溴酸，回流10小时后冷却至室温，加入冰水和100mL三氯甲烷，搅拌30分钟后，分离有机相，水层用50mL三氯甲烷提取3次，合并有机层，依次用质量分数为5%的碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠水溶液、水洗至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸除有机溶剂，得棕黄色固体，用80mL正己烷-三氯甲烷重结晶，蒸出溶剂得米黄色固体。
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