CN103121961B

CN103121961B - 除草剂甲基磺草酮中间体2-硝基-4-甲磺酰基甲苯合成方法

Info

Publication number: CN103121961B
Application number: CN201310047039.4A
Authority: CN
Inventors: 王凤云; 张胜; 王正旭; 吴耀军
Original assignee: JIANGSU FLAG CHEMICAL INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Zhongqi Polytron Technologies Inc
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2033-02-05
Also published as: CN103121961A

Abstract

本申请公开了一种除草剂甲基磺草酮中间体2-硝基-4-甲磺酰基甲苯合成方法，先将2-硝基甲苯与氯磺酸进行磺酸化反应,然后继续加入催化剂与氯化亚砜进行酰氯化反应制备3-硝基-4-甲基苯磺酰氯；最后与亚硫酸钠、碳酸钠和氯乙酸反应，合成2-硝基-4-甲磺酰基甲苯。该合成方法具有收率高，产品纯度好，既节约了合成成本，又实现了低污染的生产。

Description

除草剂甲基磺草酮中间体2-硝基-4-甲磺酰基甲苯合成方法

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及除草剂甲基磺草酮的中间体2-硝基-4-甲磺酰基甲苯的新的合成方法。

背景技术

2-硝基-4-甲磺酰基甲苯是合成除草剂甲基磺草酮的一个重要中间体。甲基磺草酮(硝磺草酮，Mesotrione)是瑞士先正达公司开发的三酮类除草剂，其中文通用名：甲基磺草酮，化学学名称：2-(2-硝基-4-甲砜基-苯甲酰基)环己烷-1，3-二酮，CAS号：104206-82-8，其他中文名：米斯通，其他中文通用名：硝磺草酮。其分子式：C₁₄H₁₃NO₇S，分子量：339.3205，结构式：

甲基磺草酮是玉米田芽前芽后阔叶除草剂，有内吸性，能有效防除玉米田一年生阔叶杂草和一些禾本科杂草，不仅对玉米安全，而且对环境、后茬作物安全，对磺酰脲类除草剂产生抗性的杂草有效。其速效性很好，不仅可以防小草，对大草也很有效，用药成本也低，具有很好的市场前景。

2-硝基-4-甲磺酰基甲苯是合成是合成除草剂甲基磺草酮重要的中间体，文献报道合成方法如下：

合成路线一：

文献OLAH G A,ORLINKOV Systems[J].Russian Journal of OrganicChemistry，1998,34(11):1573-1578.报道以2-硝基甲苯与甲基磺酸酐和三（甲基磺酸）硼等反应制备。反应方程式如下：

此合成路线虽然反应步骤少和条件较为缓和，但该方法收率只有47%，产品收率低,三氟磺酸用量大而导致废酸量大,不利于环境的保护，因而不利于大规模工业化生产。

合成路线二：

US5174079报道通过2-硝基甲苯与甲磺酸和氯化亚砜反应一步直接合成2-硝基-4-甲磺酰基甲苯，反应方程式如下：

该合成方法尽管反应简单，一步反应，但合成只能得到三个异构体2-硝基-4-甲磺酰基甲苯、2-硝基-5-甲磺酰基甲苯和2-硝基-6-甲磺酰基甲苯三个异构体的混合物，很难分离得到合乎质量要求的2-硝基-4-甲磺酰基甲苯，因而不利于大规模工业化生产。

合成路线三：

US5424481报道的通过首先将对甲基苯磺酰氯和亚硫酸钠、碳酸氢钠、氯乙酸钠反应得到中间体对甲磺酰基甲苯，然后硝酸硝化得到2-硝基-4-甲磺酰基甲苯。反应方程式如下：

此合成方法反应条件较为温和，各步反应收率也较高。但原料对甲基苯磺酰氯价格较高，容易水解。反应硝酸硝化容易得到多硝化合物，很难分离，产品纯度低，很难得到合乎质量要求的2-硝基-4-甲磺酰基甲苯，多硝化合物杂质对下一步合成甲基磺草酮增加了工业化生产的危险，同时合成的产品纯度差。

合成路线四：

文献DERYAGINA E,SUKHOMASOVA E,LEVANOVA E..Russian Journal of OrganicChemistry,2005,41(11):1624-1630.和文献VORON KOV M,DERYAGINA E,SUKHOMAZOVA E.Zhurnal Organicheskoi Khimi i,1986,22(4):846-850.报道以对氯甲苯为起始原料，首先在甲醇溶液中和二硫乙醇或者乙硫醇高温反应得到对甲基硫酚，然后与硫酸二甲酯在碱性条件下得到对甲硫基甲苯，再氧化得到对甲磺酰基甲苯，最后硝化得到2-硝基-4-甲磺酰基甲苯。反应方程式如下：

该合成方法中步骤繁多，原料中硫醇有强烈的蒜气味和明显的毒性、爆炸性。硫酸二甲酯原料毒性大，工业化生产带来很大的危险性，而反应又需要在600℃的高温下进行，反应条件较为苛刻，操作难度大。因而不利于大规模工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种高收率、安全操作简便的合成2-硝基-4-甲磺酰基甲苯的方法，该方法合成路线短、收率高、产品含量高，成本低、满足规模化安全生产的要求。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种除草剂甲基磺草酮中间体2-硝基-4-甲磺酰基甲苯合成方法，其特征在于先将2-硝基甲苯与氯磺酸进行磺酸化反应,然后继续加入催化剂与氯化亚砜进行酰氯化反应制备3-硝基-4-甲基苯磺酰氯；最后与亚硫酸钠、碳酸钠和氯乙酸反应，合成2-硝基-4-甲磺酰基甲苯。

本方法总体的反应路线如下：

在磺酸化反应中，氯磺酸和2-硝基甲苯的摩尔为0.95～1.50:1，优选为1.05～1.20：1。磺酸化反应的温度为100～150℃，优选110～120℃；磺酸化反应时间3～12小时，优选3～6小时。

磺酸化反应中采用将硝基甲苯缓慢加入氯磺酸中并保温反应的方式进行。反应过程中产生的氯化氢气体尾气通过尾气吸收系统吸收。

在酰氯化反应中，氯化亚砜和2-硝基甲苯的摩尔为1.0～1.5：:1，优选1.05～1.30：1；所述催化剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、吡啶或1，3-二甲基-2-咪唑啉酮，优选为N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。酰氯化反应的温度为40～90℃，优选60-65℃；酰氯化反应的时间为3～12小时，优选3～6小时。

酰氯化反应中，氯化亚砜缓慢加入反应体系中；酰氯化反应后得到的3-硝基-4-甲基苯磺酰氯溶液无需进行分离而直接用于下一步反应。

在合成2-硝基-4-甲磺酰基甲苯的反应中，先将3-硝基-4-甲基苯磺酰氯与亚硫酸钠和碳酸钠进行保温反应，保温反应后缓慢加入氯乙酸继续反应，得到2-硝基-4-甲磺酰基甲苯。亚硫酸钠、碳酸钠和邻硝基甲苯的摩尔比为0.95～1.30：1.50～2.83:1，优选为1.00～1.20：1.65～2.40:1.00；氯乙酸与邻硝基甲苯的摩尔比为1.1～1.5:1，优选为1.1～1.3:1。

在合成2-硝基-4-甲磺酰基甲苯的保温反应中，先将亚硫酸钠和碳酸钠溶解在水中，在0～60℃下缓慢加入3-硝基-4-甲基苯磺酰氯，加完后于20～55℃下进行反应；缓慢加入3-硝基-4-甲基苯磺酰氯时的温度优选为3～10℃，3-硝基-4-甲基苯磺酰氯加完后的反应温度优选为25～35℃。

氯乙酸以水溶液的方式于10～60℃下缓慢加入反应体系中，加完后于40～100℃下反应；氯乙酸优选在30～35℃下缓慢加入，氯乙酸加完后的反应温度为70-75℃。

合成2-硝基-4-甲磺酰基甲苯的反应完成后，降温并向反应体系中加入芳香烃溶剂，搅拌后静置分出水层，将芳香烃溶剂层降温结晶，得到2-硝基-4-甲磺酰基甲苯；所述芳香烃溶剂选自甲苯、间二甲苯、混二甲苯或三甲苯，优选甲苯或混二甲苯。

本发明的一种具体的合成方法为：

1.在反应容器中加入氯磺酸，然后下滴加2-硝基甲苯，滴完后保温反应数小时；

2.然后将反应体系冷却后加入催化剂，滴加氯化亚砜，滴完后保温反应数小时。减压蒸馏除去少量过量的氯化亚砜和生成的氯化氢气体即得3-硝基-4-甲基苯磺酰氯。可以不分离直接使用合成2-硝基-4-甲磺酰基甲苯。

3.另一反应容器中加入水、亚硫酸钠和碳酸钠搅拌溶解，开冷冻降温至并控制体系，慢慢将上步酰氯化反应液中间体二3-硝基-4-甲基苯磺酰氯滴入，滴加后于继续保温反应，保温完毕后升温并保温反应数小时，

4.然后滴入氯乙酸水溶液，滴加完后继续保温反应数小时。

5.最后将反应液降温，向体系中加入芳香烃有机溶剂,搅拌升温，随后静置分层。慢慢降温结晶，过滤烘干得到2-硝基-4-甲磺酰基甲基。其中各步骤的具体条件如下所述。

本发明的方法合成路线短、收率高、产品含量高，成本低、满足规模化安全生产的要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围并不限于此。

实施例一中间体二2-硝基-4-甲磺酰基甲苯

（1）中间体一3-硝基-4-甲基苯磺酰氯的制备

在装有温度计、搅拌器、回流冷凝器和尾气吸收装置的的500毫升四口瓶中加入130.8克98%氯磺酸（1.1摩尔），加热升温并保持110-115℃，将137.8克99.5%邻硝基甲苯（1摩尔）慢慢滴入四口瓶中，约3小时滴加完毕，随后将反应混合物升温至110-115℃，保温反应3小时。反应过程中产生的氯化氢气体尾气通过尾气吸收系统吸收。加入5克N,N-二甲基甲酰胺催化剂，保持43-53℃℃于4-5小时内滴加138.2克99%氯化亚砜（1.15摩尔）.滴完后保温控制60-65℃反应3小时，HPLC监控中间体合格后终止酰氯化，减压蒸馏除去过量的氯化亚砜，降温至40℃得到247.5克3-硝基-4-甲基苯磺酰氯，收率96.9%，含量92.2%，不分离直接用于下一步反应。

（2）2-硝基-4-甲磺酰基甲苯的制备

在装有温度计、搅拌器和回流冷凝器的2000毫升四口瓶中依次加入149.5克98%亚硫酸钠(1.163摩尔)、249.0克99%碳酸钠(2.326摩尔)和800千克水室温下搅拌使其溶解,开冷冻降温至5-10℃.控制体系3-10℃，慢慢滴加上述上步酰氯化反应液247.5克92.2%3-硝基-4-甲基苯磺酰氯（0.969摩尔）,9小时滴加完毕。滴完后于20-25℃继续保温反应9小时，保温完毕后升温至30-35℃滴入222.0克50%氯乙酸水溶液（1.163摩尔），2小时滴加完后升温至70-75℃继续反应10小时后向体系中加入500克甲苯,搅拌在70-75℃搅拌洗涤1小时，随后静置分出下层水。甲苯层慢慢降温至10-15℃结晶，过滤，烘干得到172克2-硝基-4-甲磺酰基甲苯，含量99.5%，收率82.3%。

实施例二、中间体二2-硝基-4-甲磺酰基甲苯

（1）中间体一3-硝基-4-甲基苯磺酰氯的制备

在装有温度计、搅拌器、回流冷凝器和尾气吸收装置的的500毫升四口瓶中加入142.5克98%氯磺酸（1.20摩尔），加热升温并保持110-115℃，将137.8克99.5%邻硝基甲苯（1.0摩尔）慢慢滴入四口瓶中，约3小时滴加完毕，随后将反应混合物升温至110-115℃，保温反应3小时。反应过程中产生的氯化氢气体尾气通过尾气吸收系统吸收。加入催化剂5克N,N-二甲基甲酰胺，保持43-53℃于4-5小时内滴加133.8克99%氯化亚砜（1.125摩尔）.滴完后保温控制60-65℃反应3小时，HPLC监控中间体合格后终止酰氯化，减压蒸馏除去过量的氯化亚砜，降温至40℃得到254.6克3-硝基-4-甲基苯磺酰氯，收率97.5%，含量90.2%，不分离直接用于下一步反应。

（2）2-硝基-4-甲磺酰基甲苯的制备

在装有温度计、搅拌器、回流冷凝器的2000毫升四口瓶中依次加入149.5克98%亚硫酸钠(1.163摩尔)、249.0克99%碳酸钠(2.326摩尔)和800千克水室温下搅拌使其溶解,开冷冻降温至5-10℃.控制体系3-10℃，慢慢滴加上述酰氯化反应液254.6克3-硝基-4-甲基苯磺酰氯（0.975摩尔），9小时滴加完毕。滴完后于20-25℃继续保温反应9小时，保温完毕后升温至30-35℃滴入222.0克50%氯乙酸水溶液（1.163摩尔），2小时滴加完后升温至70-75℃继续反应10小时后向体系中加入500克甲苯,搅拌在70-75℃搅拌洗涤1小时，随后静置分出下层水。甲苯层慢慢降温至10-15℃结晶，过滤，烘干得到169.5克2-硝基-4-甲磺酰基甲苯，含量99.2%，收率80.2%。

Claims

1.一种除草剂甲基磺草酮中间体2-硝基-4-甲磺酰基甲苯合成方法，其特征在于先将2-硝基甲苯与氯磺酸进行磺酸化反应,然后继续加入催化剂与氯化亚砜进行酰氯化反应制备3-硝基-4-甲基苯磺酰氯；最后将3-硝基-4-甲基苯磺酰氯与亚硫酸钠和碳酸钠进行保温反应，保温反应后缓慢加入氯乙酸继续反应，得到2-硝基-4-甲磺酰基甲苯；在磺酸化反应中，氯磺酸和2-硝基甲苯的摩尔比为0.95～1.50:1，磺酸化反应的温度为100～150℃；酰氯化反应中，所述催化剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、吡啶或1，3-二甲基-2-咪唑啉酮，酰氯化反应的温度为40～90℃；亚硫酸钠、碳酸钠和邻硝基甲苯的摩尔比为0.95～1.30：1.50～2.83:1，氯乙酸与邻硝基甲苯的摩尔比为1.1～1.5:1。

2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于磺酸化反应中，氯磺酸和2-硝基甲苯的摩尔比为1.05～1.20：1。

3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于磺酸化反应的温度为110～120℃；磺酸化反应时间为3～12小时。

4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于磺酸化反应时间为3～6小时。

5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于酰氯化反应中，氯化亚砜和2-硝基甲苯的摩尔为1.0～1.5：:1；所述催化剂为N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于酰氯化反应中，氯化亚砜和2-硝基甲苯的摩尔为1.05 ～1.30：1。

7.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于酰氯化反应的温度为60-65℃；酰氯化反应的时间为3～12小时。

8.根据权利要求7所述的合成方法，其特征在于酰氯化反应的时间为3～6小时。

9.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于亚硫酸钠、碳酸钠和邻硝基甲苯的摩尔比为1.00～1.20：1.65～2.40:1.00；氯乙酸与邻硝基甲苯的摩尔比为1.1～1.3:1。

10.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于在保温反应中，先将亚硫酸钠和碳酸钠溶解在水中，在0～60℃下缓慢加入3-硝基-4-甲基苯磺酰氯，加完后于20～55℃下进行反应。

11.根据权利要求10所述的合成方法，其特征在于在保温反应中，缓慢加入3-硝基-4-甲基苯磺酰氯时的温度为3～10℃，3-硝基-4-甲基苯磺酰氯加完后的反应温度为25～35℃。

12.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述氯乙酸以水溶液的方式于10～60℃下缓慢加入反应体系中，加完后于40～100℃下反应。

13.根据权利要求12所述的合成方法，其特征在于氯乙酸在30～35℃下缓慢加入，氯乙酸加完后的反应温度为70-75℃。

14.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于合成2-硝基-4-甲磺酰基甲苯的反应完成后，降温并向反应体系中加入芳香烃溶剂，搅拌后静置分出水层，将芳香烃溶剂层降温结晶，得到2-硝基-4-甲磺酰基甲苯；所述芳香烃溶剂选自甲苯、间二甲苯、混二甲苯或三甲苯。

15.根据权利要求14所述的合成方法，其特征在于所述芳香烃溶剂选自甲苯或混二甲苯。