CN103556174B - 一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法 - Google Patents
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Abstract
一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，本发明涉及有机合成方法。本发明要解决4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯合成过程中使用硫酰氯为氯化试剂所引起的设备腐蚀、安全和环境污染的问题。方法：一、制备电解液；二、电解氯化；三、蒸出溶剂和盐酸，萃取，减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。本发明使用电化学氯化技术消除了使用强腐蚀性原料产生的安全和环境污染问题；氯化副产物HCl可以作为反应原料循环使用，减少了反应的副产物，提高了氯化反应的原子经济性；反应条件温和，收率高，产品纯度好。本发明用于制备4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成方法。
背景技术
唑虫酰胺是一种新型吡唑酰胺类杀虫杀螨剂，具有杀虫杀螨谱广、毒性低、高效的特点。4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯是唑虫酰胺合成中的关键中间体，目前文献报道的合成路线是以硫酰氯为氯化试剂与1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯反应制得。该方法的主要缺点是硫酰氯反应过程产生大量的二氧化硫和盐酸等副产物，对设备腐蚀性强，而且这些副产物的回收处理困难，带来严重的环境污染压力。另外，硫酰氯的分子量较大，反应的原子利用率较低。
发明内容
本发明要解决4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯合成过程中使用硫酰氯为氯化试剂所引起的设备腐蚀、安全和环境污染的问题，而提供一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法。
一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用有机溶剂将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为2mol/L～10mol/L，有机溶剂与盐酸的物质的量之比为0.2～5；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为0℃～40℃条件下，控制电流密度为0.02A/cm2～1A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本发明的反应方程式如下：
本发明的技术原理是：HCl中的Cl离子在阳极放电，产生新生态的Cl原子在电场作用下与1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯发生原位氯化反应，得到所需要的产品，氯化副产物HCl可以作为反应原料循环使用，同时H离子在阴极放电产生氢气。
本发明的有益效果是：
(1)使用电化学氯化技术消除了使用强腐蚀性原料产生的安全和环境污染问题；
(2)氯化副产物HCl可以作为反应原料循环使用，减少了反应的副产物，大大提高了氯化反应的原子经济性；
(3)反应条件温和，收率高，产品纯度好，本发明收率能达到61.6％～90％。
本发明用于制备4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
附图说明
图1为实施例一制备的4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的1HNMR谱图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用有机溶剂将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为2mol/L～10mol/L，有机溶剂与盐酸的物质的量之比为0.2～5；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为0℃～40℃条件下，控制电流密度为0.02A/cm2～1A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中有机溶剂是低碳醇、丙酮、乙腈或四氢呋喃水溶性有机物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中盐酸水溶液的浓度为4mol/L～8mol/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中有机溶剂与盐酸的物质的量之比为0.5～2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中温度为20℃～30℃。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中控制电流密度为0.05A/cm2～0.4A/cm2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中采用TLC监测反应终点。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中NaOH溶液的质量浓度为50％。其它与具体实施方式一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用乙腈将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为6mol/L，乙腈与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为25℃条件下，控制电流密度为0.2A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为90.0％。
本实施例制备的4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的1HNMR谱图如图1所示，具体数据如下：
1H-NMR(300MHzCDCl3)δ:1.21～1.26(t,3H,-CH3；1.38～1.43(t,3H,-CH3)；2.60～2.68(q,2H,-CH2-)；4.09(S,3H,N-CH3)；4.36～4.43(q,2H,O-CH2)。
实施例二：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用乙腈将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为2mol/L，乙腈与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为25℃条件下，控制电流密度为0.2A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为61.6％。
实施例三：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用乙腈将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为4mol/L，乙腈与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为25℃条件下，控制电流密度为0.2A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为72.4％。
实施例四：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用乙腈将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为8mol/L，乙腈与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为25℃条件下，控制电流密度为0.2A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为87.9％。
实施例五：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用乙腈将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为10mol/L，乙腈与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为25℃条件下，控制电流密度为0.2A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为69.3％。
实施例六：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用乙腈将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为6mol/L，乙腈与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为25℃条件下，控制电流密度为0.05A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为62.7％。
实施例七：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用乙腈将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为6mol/L，乙腈与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为25℃条件下，控制电流密度为0.1A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为75.5％。
实施例八：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用乙腈将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为6mol/L，乙腈与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为25℃条件下，控制电流密度为0.3A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为86.4％。
实施例九：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用乙腈将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为6mol/L，乙腈与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为25℃条件下，控制电流密度为0.4A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为81.3％。
实施例十：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用乙腈将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为6mol/L，乙腈与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为10℃条件下，控制电流密度为0.2A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为78.6％。
实施例十一：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用乙腈将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为6mol/L，乙腈与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为40℃条件下，控制电流密度为0.2A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为82.4％。
实施例十二：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用丙酮将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为6mol/L，丙酮与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为25℃条件下，控制电流密度为0.2A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为82.7％。
实施例十三：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用四氢呋喃将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为6mol/L，四氢呋喃与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为25℃条件下，控制电流密度为0.2A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为68.9％。
实施例十四：
本实施例一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用无水乙醇将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为6mol/L，无水乙醇与盐酸的物质的量之比为1；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为25℃条件下，控制电流密度为0.2A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用质量浓度为50％的NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯。
本实施例制得4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的收率为57.8％。
Claims (7)
1.一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，其特征在于该合成方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、采用有机溶剂将1-甲基-3-乙基-5-吡唑甲酸乙酯溶解，再与盐酸水溶液混合，得到电解液，其中盐酸水溶液的浓度为2mol/L～10mol/L，有机溶剂与盐酸的物质的量之比为0.2～5；
二、将步骤一配制的电解液置于单室电解池中，以铂片为阴阳电极，在温度为0℃～40℃条件下，控制电流密度为0.02A/cm2～1A/cm2，进行电解氯化，反应时间为2h；
三、步骤二电解氯化结束后，常压蒸出溶剂和盐酸，采用NaOH溶液将剩余物中和至中性，然后用氯仿萃取2次，再将萃取物合并，然后减压脱溶得到4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯；
其中，步骤三中NaOH溶液的质量浓度为50％。
2.根据权利要求1所述的一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，其特征在于步骤一中有机溶剂是丙酮、乙腈或四氢呋喃水溶性有机物。
3.根据权利要求1所述的一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，其特征在于步骤一中盐酸水溶液的浓度为4mol/L～8mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，其特征在于步骤一中有机溶剂与盐酸的物质的量之比为0.5～2。
5.根据权利要求1所述的一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，其特征在于步骤二中温度为20℃～30℃。
6.根据权利要求1所述的一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，其特征在于步骤二中控制电流密度为0.05A/cm2～0.4A/cm2。
7.根据权利要求1所述的一种4-氯-1-甲基-3-乙基-5-吡唑羧酸乙酯的合成方法，其特征在于步骤二中采用TLC监测反应终点。
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