CN104311514A - 3-羟甲基四氢呋喃酯的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3-羟甲基四氢呋喃酯的合成方法，其在无机碱缚酸剂条件下，以3-四氢呋喃甲醇和磺酰氯衍生物为原料，在相转移催化剂和酯化催化剂的催化下，于惰性溶剂中进行酯化反应，并以升温回流分水方式和/或加入脱水剂方式进行脱水处理。本发明以无机弱碱取代了有机碱三乙胺，不仅消除了三乙胺的有毒、恶臭、刺激性强烈和挥发性大的不良影响，而且在酯化过程通过釆取适宜的脱水处理、温度控制以及适宜的催化剂，确保了产品收率可以达到85%以上，适宜工业化大生产。
Description
技术领域
本发明属于化学合成技术领域，涉及一种农药杀虫剂中间体的合成工艺，具体涉及一种3-羟甲基四氢呋喃酯的合成方法。
背景技术
呋虫胺(dinotefuran)，结构式如下式所示，
其由日本三井公司开发的一种新型烟碱类杀虫剂，2002年在日本首次登记注册并投放市场， 目前已在许多国家获得农药登记。与现有的烟碱类杀虫剂相比， 其结构中引入了新的特征基团(±)-3-四氢呋喃甲基取代了原先的氯代吡啶基和氯代噻唑基，因其与天然存在的杀虫剂烟碱在杀虫机制上的相似性，又被称为新烟碱类杀虫剂。呋虫胺具有高效、广谱的杀虫活性及很好的内吸渗透作用，并且其施药量相对较少，对哺乳动物、鸟类及水生生物均十分安全，该农药有望成为世界性的大型农药。
3-羟甲基四氢呋喃酯化物是呋虫胺的一个关键中间体，根据磺酰氯原料的不同，可以为3-羟甲基四氢呋喃甲基磺酸酯，其结构式为：
也可为3-羟甲基四氢呋喃对甲苯磺酸酯，其结构式为:
目前，国内外文献中，3-羟甲基四氢呋喃酯化物的合成反应基本上都是采用有机碱三乙胺作为反应催化剂和缚酸剂。三乙胺、吡啶等有机碱最大的优点是酸碱中和反应不额外产生水分，对酯化反应有利，但有机碱如三乙胺有强烈的恶臭气味，这在很大程度上限制了三乙胺的应用。
三乙胺为无色至淡黄色的透明液体，有强烈刺激性的氨臭，且易挥发，在空气中发烟，对环境污染较大。三乙胺易燃易爆，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。三乙胺具有令人不悦的恶臭，有毒，对呼吸道有强烈的刺激性，吸入后可引起肺水肿甚至死亡。口服右腐蚀口腔、食道及胃，眼及皮肤接触可引起化学性灼伤，影响工人的身体健康。
目前，由于三乙胺存有上述很大的弊端，很多地区已经限批或限制含有三乙胺的新建项目，对含有三乙胺等恶臭气味原料的已建项目也要求尽快进行技术改造或采用无毒无恶臭味道的原料取代。
已有研究发现，无机碱可以用于3-羟甲基四氢呋喃酯化物的合成。无机碱本身无毒、不易挥发，对环境污染小、不影响工人的身体健康。此外，无机碱作为合成3-羟甲基四氢呋喃酯的缚酸剂还具有价格便宜、用量低的优点，能降低3-羟甲基四氢呋喃酯的生产成本，适合工业化生产。但是，酸碱中和过程会产生少量的水分，对活性很高的酰化剂如甲基磺酰氯和酯化反应过程产生一定影响，如何在合成反应过程中采取脱水、保温等适当的工艺控制措施，以确保高收率的合成3-羟甲基四氢呋喃甲基磺酸酯，是需要解决的重要技术问题。
发明内容
为了克服现有3-羟甲基四氢呋喃酯合成反应中三乙胺的缺点，本发提供一种对环境污染小、产品收率高的3-羟甲基四氢呋喃酯的制备方法。
本发明釆取的技术方案是：
3-羟甲基四氢呋喃酯的合成方法，所述3-羟甲基四氢呋喃酯的结构式如式(Ⅰ)：
在无机碱缚酸剂条件下，以3-四氢呋喃甲醇和磺酰氯衍生物为原料，在相转移催化剂和酯化催化剂的催化下，于惰性溶剂中进行酯化反应，并以升温回流分水方式和/或加入脱水剂方式进行脱水处理，其反应如式（II）：
其中：
R表示甲基或对位甲基苯基。
更具体地，本发明在合成时，于反应器中加入惰性溶剂，开启搅拌，按比例加入3-四氢呋喃甲醇、无机碱缚酸剂、相转移催化剂、酯化催化剂，搅拌均匀后冷却降温至0~60℃，加入磺酰氯衍生物进行酯化反应，加料完毕后以0~60℃继续保温反应，酯化反应过程以升温回流分水方式和/或加入脱水剂方式进行脱水处理，直至无3-四氢呋喃甲醇原料残留；
取样分析合格后，冷却降温至室温，抽滤，滤除无机盐等不溶物，不溶物用溶剂洗涤，滤液去减压蒸馏回收溶剂，浓缩得到黄色粘稠状液体3-羟甲基四氢呋喃酯化物。
上述加料温度优选为0~10℃、滴加时间0.5~2hr；滴加完毕升温至25℃保温反应1小时，缓慢升温至45~60℃保温反应1~6hr。
上述无机碱缚酸剂为为碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙等的一种或多种。
各反应原料的比例如下：
3-四氢呋喃甲醇、磺酰氯衍生物、缚酸剂、酯化催化剂、相转移催化剂、吸水剂与溶剂的摩尔比 = 1.0：1.0~1.5 : 0.6~3.0 : 0.005~0.20 : 0.005~0.20：0.5~10：0.5~20。
上述酯化催化剂可以为N，N-二甲基氨基吡啶(DMAP)、六氢吡啶中的一种或混合物，优选N，N-二甲基氨基吡啶。
上述相转移催化剂为季膦盐相转移催化剂、季铵盐相转移催化剂、聚醚类相转移催化剂等。优选四丁基溴化铵、PEG等，上述相转移催化剂可以为任选一种，也可以为其数种混合物组合。
惰性溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、甲苯、乙酸乙酯、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二氧六环、丙酮或丁酮；当合成3-四氢呋喃甲醇甲基磺酸酯时，惰性溶剂优选低级卤代烷烃、芳烃、酯类、醚类和酮类溶剂，进一步优选二氯甲烷；当合成3-四氢呋喃甲醇对甲苯磺酸酯时，惰性溶剂优选水、低级卤代烷烃、芳烃、酯类、醚类和酮类溶剂，进一步优选二氯甲烷或者甲苯。
上述脱水剂脱水剂包括化学脱水剂或物理脱水剂，常见的脱水剂为无水的分子筛、硅胶、离子交换树脂、无水硫酸镁、无水硫酸钠或无水硫酸钙、氧化钙等化学性质稳定的中性干燥剂。
与目前的合成方法比较，本发明具有以下的优点：
1、本发明以无机弱碱取代了有机碱三乙胺，不仅消除了三乙胺的有毒、恶臭、刺激性强烈和挥发性大的不良影响，而且在酯化过程通过釆取适宜的脱水处理、温度控制以及适宜的催化剂，确保了产品收率可以达到85%以上。
2、本发明所用的无机碱具有价格低廉易得、综合生产成本低的优点，对环境友好，有利于工人健康，是相对绿色环保的工艺路线，适合于工业化生产。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，并使本发明的上述优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
在500ml反应瓶中，安装好搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗、玻璃分水器和冷凝器，室温下，加入溶剂二氯甲烷200ml，3-四氢呋喃甲醇30g，碳酸钠31g、四丁基溴化铵1.0g、0.4g DMAP、无水硅胶10g，开启搅拌，冷冻冷却降温至5℃，缓慢滴加34.1g甲基磺酰氯，滴加过程控制温度<10℃，滴加时间约1hr，滴加完毕升温至25℃保温反应1小时，缓慢升温至45~60℃保温反应2~6hr，反应过程中回流脱水；
取样分析合格后，冷却降温至25℃左右，抽滤，滤除无机盐等不溶物，不溶物用25ml×2二氯甲烷洗涤，滤液去减压脱溶剂。减压脱溶控制终点真空度-0.095Mpa，减压蒸馏终点温度≤60℃，当冷凝器没有冷凝液体流下时减压脱溶结束，得到黄色粘稠状液体3-四氢呋喃甲醇甲基磺酸酯47.9g，气相色谱分析含量为95%，产品收率为87.3%。
实施例2
在500ml反应瓶中，安装好搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗、玻璃分水器和冷凝器，室温下，加入溶剂二氯甲烷150ml，3-四氢呋喃甲醇50g，碳酸钠65g、四丁基溴化铵1.6g、0.6g DMAP、无水硫酸钠70g，开启搅拌，冷冻冷却降温至5℃，缓慢滴加94.5g对甲苯磺酰氯与200ml二氯甲烷的混合溶液，滴加过程控制温度<10℃，滴加时间约1hr，滴加完毕升温至25℃保温反应1小时，缓慢升温至45~60℃保温反应2~6hr，反应过程中回流脱水；
取样分析合格后，冷却降温至25℃左右，抽滤，滤除无机盐等不溶物，不溶物用25ml×2二氯甲烷洗涤，滤液去减压脱溶剂。减压脱溶控制终点真空度-0.098Mpa，减压蒸馏终点温度≤60℃，当冷凝器没有冷凝液体流下时减压脱溶结束，得到黄色粘稠状液体3-四氢呋喃甲醇对甲苯磺酸酯116.6g，气相色谱分析含量为95%，产品收率为90.1%。
从以上实施例可知，本发明采用无机弱碱做缚酸剂，取代了有机碱三乙胺，通过选择适宜的相转移催化剂和酯化催化剂和惰性溶剂，特别是在酯化过程中以升温回流分水方式和/或加入脱水剂方式进行脱水处理，最大程度减少了酸碱中和过程产生的水分对高活性酰化剂在酯化反应过程中的影响，加对反应温度进行精确控制，从而确保了本发明的产品收率可达到80%以上，远高于现有3-羟甲基四氢呋喃酯合成方法的产品收率。
以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.3-羟甲基四氢呋喃酯的合成方法，所述3-羟甲基四氢呋喃酯的结构式如式(Ⅰ)：
其特征是在无机碱缚酸剂条件下，以3-四氢呋喃甲醇和磺酰氯衍生物为原料，在相转移催化剂和酯化催化剂的催化下，于惰性溶剂中进行酯化反应，并以升温回流分水方式和/或加入脱水剂方式进行脱水处理，其反应如式（II）：
其中：
R表示甲基或对位甲基苯基。
2.根据权利要求1所述的3-羟甲基四氢呋喃酯的合成方法，其特征在于包括如下步骤：
于反应器中加入惰性溶剂，开启搅拌，按比例加入3-四氢呋喃甲醇、无机碱缚酸剂、相转移催化剂、酯化催化剂，搅拌均匀后冷却降温至0~60℃，加入磺酰氯衍生物进行酯化反应，加料完毕后以0~60℃继续保温反应，酯化反应过程以升温回流分水方式和/或加入脱水剂方式进行脱水处理，直至无3-四氢呋喃甲醇原料残留；
取样分析合格后，冷却降温至室温，抽滤，滤除无机盐等不溶物，不溶物用溶剂洗涤，滤液去减压蒸馏回收溶剂，浓缩得到黄色粘稠状液体3-羟甲基四氢呋喃酯化物。
3.根据权利要求2所述的3-羟甲基四氢呋喃酯的合成方法，其特征在于：所述加料温度为0~10℃、滴加时间0.5~2hr；滴加完毕升温至25℃保温反应1小时，缓慢升温至45~60℃保温反应1~6hr。
4.根据权利要求1所述的3-羟甲基四氢呋喃酯的合成方法，其特征在于：所述无机碱缚酸剂为为碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的3-羟甲基四氢呋喃酯的合成方法，其特征在于：所述3-四氢呋喃甲醇、磺酰氯衍生物、缚酸剂、酯化催化剂、相转移催化剂、吸水剂与溶剂的摩尔比 = 1.0：1.0~1.5 : 0.6~3.0 : 0.005~0.20 : 0.005~0.20：0.5~10：0.5~20。
6.根据权利要求1所述的3-羟甲基四氢呋喃酯的合成方法，其特征在于：所述酯化催化剂为N，N-二甲基氨基吡啶和/或六氢吡啶；所述相转移催化剂为季膦盐相转移催化剂、季铵盐相转移催化剂或聚醚类相转移催化剂等。
7.根据权利要求1所述的3-羟甲基四氢呋喃酯的合成方法，其特征在于：所述惰性溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、甲苯、乙酸乙酯、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二氧六环、丙酮或丁酮。
8.根据权利要求1所述的3-羟甲基四氢呋喃酯的合成方法，其特征在于：所述脱水剂为无水的分子筛、硅胶、离子交换树脂、无水硫酸镁、无水硫酸钠、无水硫酸钙或氧化钙。
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