一种3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯的合成方法
技术领域
本发明属于农药中间体生产领域,具体涉及一种3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯的合成方法。
背景技术
苯嘧磺草胺(saflufenacil)是由巴斯夫公司研发的脲嘧啶类新型除草剂,其作用机理是通过脂肪的过氧化反应破坏细胞膜,最终导致细胞渗漏,组织坏死,植株死亡,它对90余种阔叶杂草(包括一些对莠去津、草甘膦及乙酰乳酸合成酶(ALS)抑制剂存在抗性的杂草)表现出除草效果好、作用快、残留期长等特性,能有效地防除藜、灰菜等小粒种子类阔叶杂草及较难控制的大粒种子类杂草,已于2009年在阿根廷、智利、尼加拉瓜和美国登记,2010年以Heat、Kixor、Sharpen、Optill、Integrity、Treevix等商品名上市。
3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯(Ethyl3-amino-4,4,4-trifluoro-2-butenoate)为无色透明液体,分子式为C6H8F3NO2,分子量为183.13,CAS号为372-29-2,是合成新型除草剂苯嘧磺草胺(saflufenacil)的重要中间体,具有极为广阔的市场前景,结构式如下图:
文献和专利(Synthesis,2005(16),2751-2757;EP808826;DE10237285)报道了3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯的合成方法,这些合成方法中都生成中间体三氟乙酰乙酸乙酯,此中间体在有水的存下易水解,存在一系列的副反应,影响产物的纯度,并且产物收率较低,操作复杂,不利于工业化大生产。
发明内容
本发明提供了一种3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯的合成方法,使用该合成方法制备3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯时,中间体不需要分离即可进行下一步反应,所得到的产品的纯度好,收率高。
一种3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯的合成方法,包括以下步骤:
(1)在催化剂存在的条件下,三氟乙酸和正丁醇在加热条件下发生酯化反应,反应完全后,冷却得到中间反应液A;
(2)在正丁醇盐存在的条件下,使步骤(1)得到的中间反应液A和乙酸乙酯发生缩合反应,反应完全之后,冷却得到中间反应液B;
所述的缩合反应应当理解为中间反应液A的预期产物与乙酸乙酯发生的反应;
(3)在酸性催化剂存在的条件下,步骤(2)得到的中间反应液B与铵盐发生氨化反应,反应完全之后得到反应液C,反应液C经后处理得到所述的3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯;
所述的氨化反应应当理解为中间反应液B的预期产物与铵盐发生的反应。
步骤(3)中,所述的后处理包括如下步骤:反应液C降温到30~40℃,过滤,滤液加入水,分层,有机层经回收溶剂后,精馏得到3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯,其中,水的用量是三氟乙酸的质量的0.2-3.0倍。
该合成方法的路线如下式所示(式中的正丁醇盐以正丁醇钾为例):
本发明中,采用了全新的合成路线制备3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯,以三氟乙酸为起始原料,用正丁醇代替乙醇进行酯化反应,整个合成过程中不需要对中间体进行分离,实现了3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯的“一锅法”合成,减少了中间处理步骤的损失;而且此时中间体不易发生水解的副反应,各步反应的转化率较高,反应完成后经后处理得到的3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯的纯度高。
步骤(1)中,作为优选,所述酯化反应进行的过程中,分出所生成的水。通过将生成的水分出,可以促进所述的酯化反应向右进行,提高所述三氟乙酸的转化率。
步骤(1)中,所述的催化剂为本领域技术人员所熟知的能催化酯化反应的催化剂,优选为质子酸催化剂,最优选为对甲苯磺酸,采用对甲苯磺酸时,三氟乙酸和正丁醇的反应的产率高。
作为进一步的优选,所述的对甲苯磺酸的用量为三氟乙酸质量的0.001~5.0%,最优选为0.05%。
步骤(1)中,相对于三氟乙酸,所述正丁醇价格较便宜,正丁醇的用量一般为过量,以促进三氟乙酸的转化率,另外,正丁醇还可以与水共沸,使水分容易分出,作为优选,所述的三氟乙酸与正丁醇的摩尔比为1.0:3.0-10.0,优选为1.0:5.0。
步骤(1)中,所述的酯化反应的温度优选为95~120℃,在此温度范围内,酯化反应能够以较高的效率进行,同时生成的水可以有效地从反应体系中分出,促进原料转化率的提高。
步骤(1)中,所述的酯化反应进行的程度可以通过气相色谱进行监测,也可以通过反应中是否有水分继续被分出进行判断,反应时间一般为10~16小时。
步骤(2)中,所述的正丁醇盐用于拔除乙酸乙酯α-H,促进缩合反应的发生,与其他的碱相比,采用正丁醇盐时,缩合反应中离去的基团重新形成相同的正丁醇盐,此时所述缩合反应受到的干扰较小,副反应较少,有利提高最终产物的纯度;作为优选,所述的正丁醇盐优选为正丁醇钾和/或正丁醇钠,这两种正丁醇价格便宜且碱性合适,最优选为正丁醇钾。
作为进一步的优选,步骤(1)中三氟乙酸与步骤(2)中的正丁醇盐的摩尔比为1.0:1.0~2.0,优选为1.0:1.1,正丁醇盐的用量过大或者过小都会降低所述缩合反应的产率。
步骤(2)中,由于乙酸乙酯价格便宜,而且容易除去,用量一般为过量,作为优选,步骤(1)中三氟乙酸与步骤(2)中的乙酸乙酯的摩尔比为1.0:1.0~10.0,优选为1.0:1.0~4.0;最优选为1.0:1.5。
步骤(2)中,所述的缩合反应在40~100℃时能够发生,优选为80~90℃,此时反应转化率较高,反应速度快,而且副反应较少。
步骤(2)中,所述的缩合反应进行的程度可以通过气相色谱进行监测,反应时间优选为4~10小时。
作为优选,步骤(3)中所述的酸性催化剂一般为质子酸,优选为硫酸、盐酸、乙酸或甲酸,这些酸便宜易得;最优选为硫酸,采用硫酸时产率最高。
所述的铵盐向反应中提供氨源,作为优选,步骤(3)中所述的铵盐为硫酸铵、氯化铵、乙酸铵或甲酸铵;最优选硫酸铵。
作为进一步的优选,所述酸性催化剂为硫酸,所述铵盐为硫酸铵,此时,所述的氨化反应的效率最高。
作为优选,步骤(3)中所述的酸性催化剂与步骤(1)中所述的三氟乙酸的摩尔比为0.4-1.0:1.0,优选为0.4:1.0。
步骤(3)中所述的铵盐与步骤(1)中所述的三氟乙酸的摩尔比为1.0:0.4-1.6,优选为1.0:1.0。
步骤(3)中,所述的氨化反应的温度为80-110℃,反应温度过高或者过低都会使反应的产率降低。
步骤(3)中,所述的氨化反应进行的程度可以通过气相色谱进行监测,反应时间优选为4~8小时。
本发明的有益效果体现在:原料价廉易得,每步反应条件都比较温和,操作安全、简单,对设备要求低,从头到尾可以在同一反应瓶中进行,相当于“一锅法”完成,该工艺环境污染轻、更适合工业化生产。
附图说明
图1为实施例1制得的3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯的质谱图;图中,横坐标表示离子的质荷比,纵坐标表示离子流的强度;
图2为实施例1制得的3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯的核磁共振氢谱图。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案,但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
向反应瓶中加入114.02g(1.0mol)三氟乙酸、370.6g(5.0mol)正丁醇和0.06g(0.00034mol)对甲苯磺酸,升温到100℃,回流脱水反应,反应过程中分出生成的水,直至没有水生成为止,共反应12h,气相检测原料反应完毕,降温到30℃,加入132.0g(1.5mol)乙酸乙酯、123.2g(1.1mol)正丁醇钾,搅拌升温到80℃反应6h,反应完毕,降温至30℃,再加入40.0g(0.4mol)硫酸、130.0g(1.0mol)硫酸铵,升温到80℃反应5h,反应完毕,降温至室温,过滤去盐,滤液加入114.0g水,搅拌、静置分层,有机层减压回收溶剂后,精馏收集80℃/0.3KPa组份得到128.2g3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯,收率:70%,含量99.3%(GC)。
图1为制得的3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯的质谱图,得到分子离子峰为183;
图2为制得的3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯的核磁共振氢谱图,1HNMR(400MHz,DMSO,TMS):δ7.62(br,2H),4.84(s,1H),4.06(q,2H),1.19(t,3H)。
实施例2
向反应瓶中加入114.02g(1.0mol)三氟乙酸、370.6g(5.0mol)正丁醇和0.06g(0.00034mol)对甲苯磺酸,升温到100℃,回流脱水反应,反应过程中分出生成的水,直至没有水生成为止,共反应12h,气相检测原料反应完毕,降温到30℃,加入88.0g(1.0mol)乙酸乙酯、123.2g(1.1mol)正丁醇钾,搅拌升温到80℃反应6h,反应完毕,降温至30℃,再加入40.0g(0.4mol)硫酸、130.0g(1.0mol)硫酸铵,升温到80℃反应5h,反应完毕,降温至室温,过滤去盐,滤液加入114.0g水,搅拌、静置分层,有机层减压回收溶剂后,精馏收集80℃/0.3KPa组份得到113.5g3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯,收率:62%,含量99.0%(GC)。
实施例3
向反应瓶中加入114.02g(1.0mol)三氟乙酸、370.6g(5.0mol)正丁醇和0.06g(0.00034mol)对甲苯磺酸,升温到100℃,回流脱水反应,反应过程中分出生成的水,直至没有水生成为止,共反应12h,气相检测原料反应完毕,降温到30℃,加入352.0g(4.0mol)乙酸乙酯、123.2g(1.1mol)正丁醇钾,搅拌升温到80℃反应6h,反应完毕,降温至30℃,再加入40.0g(0.4mol)硫酸、130.0g(1.0mol)硫酸铵,升温到80℃反应5h,反应完毕,降温至室温,过滤去盐,滤液加入114.0g水,搅拌、静置分层,有机层减压回收溶剂后,精馏收集80℃/0.3KPa组份得到124.5g3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯,收率:68%,含量99.2%(GC)。
实施例4
向反应瓶中加入114.02g(1.0mol)三氟乙酸、370.6g(5.0mol)正丁醇0.06g(0.00034mol)对甲苯磺酸,升温到100℃,回流脱水反应,反应过程中分出生成的水,直至没有水生成为止,共反应12h,气相检测原料反应完毕,降温到30℃,加入132.0g(1.5mol)乙酸乙酯、105.7g(1.1mol)正丁醇钠,搅拌升温到80℃反应6h,反应完毕,降温至30℃,再加入40.0g(0.4mol)硫酸、130.0g(1.0mol)硫酸铵,升温到80℃反应5h,反应完毕,降温至室温,过滤去盐,滤液加入114.0g水,搅拌、静置分层,有机层减压回收溶剂后,精馏收集80℃/0.3KPa组份得到117.2g3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯,收率:64%,含量99.2%(GC)。
实施例5
向反应瓶中加入114.02g(1.0mol)三氟乙酸、370.6g(5.0mol)正丁醇0.06g(0.00034mol)对甲苯磺酸,升温到100℃,回流脱水反应,反应过程中分出生成的水,直至没有水生成为止,共反应12h,气相检测原料反应完毕,降温到30℃,加入88.0g(1.0mol)乙酸乙酯、105.7g(1.1mol)正丁醇钠,搅拌升温到80℃反应6h,反应完毕,降温至30℃,再加入40.0g(0.4mol)硫酸、130.0g(1.0mol)硫酸铵,升温到80℃反应5h,反应完毕,降温至室温,过滤去盐,滤液加入114.0g水,搅拌、静置分层,有机层减压回收溶剂后,精馏收集80℃/0.3KPa组份得到97.0g3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯,收率:53%,含量99.0%(GC)。
实施例6
向反应瓶中加入114.02g(1.0mol)三氟乙酸、370.6g(5.0mol)正丁醇0.06g(0.00034mol)对甲苯磺酸,升温到100℃,回流脱水反应,反应过程中分出生成的水,直至没有水生成为止,共反应12h,气相检测原料反应完毕,降温到30℃,加入352.0g(4.0mol)乙酸乙酯、105.7g(1.1mol)正丁醇钠,搅拌升温到80℃反应6h,反应完毕,降温至30℃,再加入40.0g(0.4mol)硫酸、130.0g(1.0mol)硫酸铵,升温到80℃反应5h,反应完毕,降温至室温,过滤去盐,滤液加入114.0g水,搅拌、静置分层,有机层减压回收溶剂后,精馏收集80℃/0.3KPa组份得到118.7g3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯,收率:64.8%,含量99.3%(GC)。
实施例7
向反应瓶中加入114.02g(1.0mol)三氟乙酸、741.2g(10.0mol)正丁醇0.06g(0.00034mol)对甲苯磺酸,升温到100℃,回流脱水反应,反应过程中分出生成的水,直至没有水生成为止,共反应12h,气相检测原料反应完毕,降温到30℃,加入132.0g(1.5mol)乙酸乙酯、123.2g(1.1mol)正丁醇钾,搅拌升温到80℃反应6h,反应完毕,降温至30℃,再加入40.0g(0.4mol)硫酸、130.0g(1.0mol)硫酸铵,升温到80℃反应5h,反应完毕,降温至室温,过滤去盐,滤液加入114.0g水,搅拌、静置分层,有机层减压回收溶剂后,精馏收集80℃/0.3KPa组份得到126.3g3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯,收率:69%,含量99.3%(GC)。
实施例8
向反应瓶中加入114.02g(1.0mol)三氟乙酸、741.2g(10.0mol)正丁醇0.06g(0.00034mol)对甲苯磺酸,升温到100℃,回流脱水反应,反应过程中分出生成的水,直至没有水生成为止,共反应12h,气相检测原料反应完毕,降温到30℃,加入352.0g(4.0mol)乙酸乙酯、123.2g(1.1mol)正丁醇钾,搅拌升温到80℃反应6h,反应完毕,降温至30℃,再加入40.0g(0.4mol)硫酸、130.0g(1.0mol)硫酸铵,升温到80℃反应5h,反应完毕,降温至室温,过滤去盐,滤液加入114.0g水,搅拌、静置分层,有机层减压回收溶剂后,精馏收集80℃/0.3KPa组份得到124.5g3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯,收率:68%,含量99.3%(GC)。
实施例9
向反应瓶中加入114.02g(1.0mol)三氟乙酸、370.6g(5.0mol)正丁醇0.06g(0.00034mol)对甲苯磺酸,升温到100℃,回流脱水反应,反应过程中分出生成的水,直至没有水生成为止,共反应12h,气相检测原料反应完毕,降温到30℃,加入132.0g(1.5mol)乙酸乙酯、224.4g(2.0mol)正丁醇钾,搅拌升温到80℃反应6h,反应完毕,降温至30℃,再加入40.0g(0.4mol)硫酸、130.0g(1.0mol)硫酸铵,升温到80℃反应5h,反应完毕,降温至室温,过滤去盐,滤液加入114.0g水,搅拌、静置分层,有机层减压回收溶剂后,精馏收集80℃/0.3KPa组份得到120.8g3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯,收率:66%,含量99.5%(GC)。
实施例10
向反应瓶中加入114.02g(1.0mol)三氟乙酸、370.6g(5.0mol)正丁醇和0.04g(0.0004mol)对甲苯磺酸,升温到100℃,回流脱水反应,反应过程中分出生成的水,直至没有水生成为止,共反应12h,气相检测原料反应完毕,降温到30℃,加入132.0g(1.5mol)乙酸乙酯、123.2g(1.1mol)正丁醇钾,搅拌升温到80℃反应6h,反应完毕,降温至30℃,再加入40.0g(0.4mol)硫酸、130.0g(1.0mol)硫酸铵,升温到80℃反应5h,反应完毕,降温至室温,过滤去盐,滤液加入114.0g水,搅拌、静置分层,有机层减压回收溶剂后,精馏收集80℃/0.3KPa组份得到80.5g3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯,收率:44.0%,含量94.1%(GC)。
对比例1
向反应瓶中加入114.02g(1.0mol)三氟乙酸、230.4g(5.0mol)乙醇和0.06g(0.00034mol)对甲苯磺酸,升温到100℃,回流脱水反应,反应过程中分出生成的水,反应12h后,降温到30℃,加入132.0g(1.5mol)乙酸乙酯、123.2g(1.1mol)正丁醇钾,搅拌升温到80℃反应,6h后降温至30℃,再加入40.0g(0.4mol)硫酸、130.0g(1.0mol)硫酸铵,升温到80℃反应5h,反应完毕,降温至室温,过滤去盐,滤液加入114.0g水,搅拌、静置分层,得到的有机层经过GC-MS分析无产物3-氨基-4,4,4-三氟丁烯酸乙酯生成。