CN104478762A - N,o-二甲基-n-硝基异脲的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种经氨基化反应、甲基化反应和硝化反应三个反应步骤制备N,O-二甲基-N-硝基异脲的方法，方程式如下：

Description

N,O-二甲基-N-硝基异脲的制备方法
技术领域
本发明涉及N,O-二甲基-N-硝基异脲的制备。
背景技术
N,O-二甲基-N-硝基异脲是一种重要的医药和农药中间体，如可用作新一代新型烟碱类杀虫剂呋虫胺的中间体。
目前，N,O-二甲基-N-硝基异脲的合成方法主要有以下几种：
(1)Kamekawa Hisato等报道了以O-甲基-N-硝基异脲为原料，水为反应溶液，在碳酸氢钠的作用下，与甲胺的盐酸盐反应，得到N,O-二甲基-N-硝基异脲，反应收率为73％。上述方法操作简单，且反应条件温和，但原料O-甲基-N-硝基异脲价格昂贵，反应时间较长，导致成本较高；并且该路线有相应的副产物1-甲基-2-硝基胍生成，影响了反应收率。(EP1985610A1[P].2008-10-29)
(2)柳录剑等报道了以O-甲基-N-硝基异脲、甲胺为原料，采用高效催化剂，合成N,O-二甲基-N-硝基异脲，反应收率在80％以上，产品含量高于98％。此方法由于采用高效催化剂产品收率有所提高，但同样存在原料O-甲基-N-硝基异脲及高效催化剂价格昂贵，生产成本高等问题。(N,O-二甲基-N'-硝基异脲的合成工艺[J].农药研究与应用,2011,15(4)：6-8.)
另外，上述方法中由于需要加入氯化钠抑制产品在中性到弱碱性条件下的水解，从而产生大量的含盐废水，提高了“三废”治理难度和成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种原料易得、成本低廉的N,O-二甲基-N-硝基异脲的制备方法，其特征包括氨基化反应、甲基化反应和硝化反应三个步骤：
氨基化反应：以甲基异氰酸酯(MIC)为原料，向甲基异氰酸酯(MIC)中通入氨气进行氨基化反应得到甲基脲，氨基化反应方程式为：
所述甲基异氰酸酯与氨气的摩尔投料比为1︰1～1.06，氨基化反应温度为25～60℃；
甲基化反应：甲基脲在甲基化试剂作用下进行甲基化反应得到硫酸单甲酯，
甲基化反应方程式为：
所述甲基化试剂为硫酸二甲酯，硫酸二甲酯的摩尔用量为甲基异氰酸酯摩尔用量的1～2倍，甲基化反应温度为20～65℃；
硝化反应：在硫酸的作用下，硫酸单甲酯与发烟硝酸反应得到N,O-二甲基-N-硝基异脲，
硝化反应方程式为：
硫酸的摩尔用量为甲基异氰酸酯摩尔用量的2～5倍，发烟硝酸的摩尔用量为甲基异氰酸酯摩尔用量的1～4倍，硝化反应的温度为0～25℃。
本发明提供的N,O-二甲基-N-硝基异脲(以下简称异脲)的制备方法，甲基异氰酸酯经过氨基化反应得到的甲基脲和甲基化反应得到的硫酸单甲酯不需经过纯化直接用于下一步硝化反应。而且在氨基化反应中，采用了廉价且易得的氨气作为氨基化试剂，在硝化反应中硫酸不仅作为催化剂，还作为反应的溶剂，进一步降低了该方法的原料成本，工艺条件温和、易操作，原料来源广泛，生产成本较低，产品品质好、含量高，适合工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
室温下向三口反应瓶中加入23.5g(0.5mol)甲基异氰酸酯，缓慢通入8.5克氨气，通完气体后，25℃保温反应，得到产品甲基脲。向上述反应瓶中加入63g(0.5mol)硫酸二甲酯，升温至65℃，在此温度下保温反应。得到硫酸单甲酯反应液。低温下向上述反应液中缓慢滴加206g(2mol)浓硫酸、99.5g(1.5mol)发烟硝酸；缓慢升温至25℃左右，在此温度下保温反应；将反应液滴入冰水中，过滤，得到42.7g异脲，经高效液相色谱分析含量98.2％，收率63％(甲基异氰酸酯计)。
实施例2
室温下向三口反应瓶中加入23.5g(0.5mol)甲基异氰酸酯，缓慢通入8.5克氨气，通完气体后，30℃保温反应，得到产品甲基脲。向上述反应瓶中加入94.5g(0.75mol)硫酸二甲酯，升温至65℃，在此温度下保温反应。得到硫酸单甲酯反应液。低温下向上述反应液中缓慢滴加206g(2mol)浓硫酸、99.5g(1.5mol)发烟硝酸；缓慢升温至25℃左右，在此温度下保温反应；将反应液滴入冰水中，过滤，得到42.9g异脲，经高效液相色谱分析含量97.9％，收率63.1％(甲基异氰酸酯计)。
实施例3
室温下向三口反应瓶中加入23.5g(0.5mol)甲基异氰酸酯，缓慢通入9.0克氨气，通完气体后，25℃保温反应，得到产品甲基脲。向上述反应瓶中加入126g(1mol)硫酸二甲酯，升温至65℃，在此温度下保温反应。得到硫酸单甲酯反应液。低温下向上述反应液中缓慢滴加206g(2mol)浓硫酸、99.5g(1.5mol)发烟硝酸；缓慢升温至25℃左右，在此温度下保温反应；将反应液滴入冰水中，过滤，得到41g异脲，经高效液相色谱分析含量97.6％，收率60.1％(甲基异氰酸酯计)。
实施例4
室温下向三口反应瓶中加入23.5g(0.5mol)甲基异氰酸酯，缓慢通入8.5克氨气，通完气体后，45℃保温反应，得到产品甲基脲。向上述反应瓶中加入63g(0.5mol)硫酸二甲酯，升温至20℃，在此温度下保温反应。得到硫酸单甲酯反应液。低温下向上述反应液中缓慢滴加206g(2mol)浓硫酸、99.5g(1.5mol)发烟硝酸；缓慢升温至25℃左右，在此温度下保温反应；将反应液滴入冰水中，过滤，得到36.6g异脲，经高效液相色谱分析含量97.2％，收率53.5％(甲基异氰酸酯计)。
实施例5
室温下向三口反应瓶中加入23.5g(0.5mol)甲基异氰酸酯，缓慢通入9.0克氨气，通完气体后，45℃保温反应，得到产品甲基脲。向上述反应瓶中加入63g(0.5mol)硫酸二甲酯，升温至60℃，在此温度下保温反应。得到硫酸单甲酯反应液。低温下向上述反应液中缓慢滴加206g(2mol)浓硫酸、99.5g(1.5mol)发烟硝酸；缓慢升温至25℃左右，在此温度下保温反应；将反应液滴入冰水中，过滤，得到43.9g异脲，经高效液相色谱分析含量98％，收率64.6％(甲基异氰酸酯计)。
实施例6
室温下向三口反应瓶中加入23.5g(0.5mol)甲基异氰酸酯，缓慢通入9.0克氨气，通完气体后，25℃保温反应，得到产品甲基脲。向上述反应瓶中加入63g(0.5mol)硫酸二甲酯，升温至60℃，在此温度下保温反应。得到硫酸单甲酯反应液。低温下向上述反应液中缓慢滴加103g(1mol)浓硫酸、99.5g(1.5mol)发烟硝酸；缓慢升温至25℃左右，在此温度下保温反应；将反应液滴入冰水中，过滤，得到37.2g异脲，经高效液相色谱分析含量97.2％，收率54.4％(甲基异氰酸酯计)。
实施例7
室温下向三口反应瓶中加入23.5g(0.5mol)甲基异氰酸酯，缓慢通入9.0克氨气，通完气体后，缓慢升温至60℃保温反应，得到产品甲基脲。向上述反应瓶中加入63g(0.5mol)硫酸二甲酯，升温至60℃，在此温度下保温反应。得到硫酸单甲酯反应液。低温下向上述反应液中缓慢滴加257.5g(2.5mol)浓硫酸、99.5g(1.5mol)发烟硝酸；缓慢升温至25℃左右，在此温度下保温反应；将反应液滴入冰水中，过滤，得到41.1g异脲，经高效液相色谱分析含量97.7％，收率60.4％(甲基异氰酸酯计)。
实施例8
室温下向三口反应瓶中加入23.5g(0.5mol)甲基异氰酸酯，缓慢通入9.0克氨气，通完气体后，25℃保温反应，得到产品甲基脲。向上述反应瓶中加入63g(0.5mol)硫酸二甲酯，升温至60℃，在此温度下保温反应。得到硫酸单甲酯反应液。低温下向上述反应液中缓慢滴加206g(2mol)浓硫酸、33.2g(0.5mol)发烟硝酸；缓慢升温至25℃左右，在此温度下保温反应；将反应液滴入冰水中，过滤，得到32.7g异脲，经高效液相色谱分析含量97.2％，收率47.8％(甲基异氰酸酯计)。
实施例9
室温下向三口反应瓶中加入23.5g(0.5mol)甲基异氰酸酯，缓慢通入9.0克氨气，通完气体后，25℃保温反应，得到产品甲基脲。向上述反应瓶中加入63g(0.5mol)硫酸二甲酯，升温至60℃，在此温度下保温反应。得到硫酸单甲酯反应液。低温下向上述反应液中缓慢滴加206g(2mol)浓硫酸、132.6g(2mol)发烟硝酸；缓慢升温至25℃左右，在此温度下保温反应；将反应液滴入冰水中，过滤，得到41g异脲，经高效液相色谱分析含量98.3％，收率60.6％(甲基异氰酸酯计)。
实施例10
向三口反应瓶中加入23.5g(0.5mol)甲基异氰酸酯，缓慢通入9.0克氨气，通完气体后，25℃保温反应，得到产品甲基脲。向上述反应瓶中加入63g(0.5mol)硫酸二甲酯，升温至60℃，在此温度下保温反应。得到硫酸单甲酯反应液。低温下向上述反应液中缓慢滴加206g(2mol)浓硫酸、99.5g(1.5mol)发烟硝酸；缓慢升温至0℃左右，在此温度下保温反应；将反应液滴入冰水中，过滤，得到37.8g异脲，经高效液相色谱分析含量97.8％，收率55.6％(甲基异氰酸酯计)。
实施例11
向三口反应瓶中加入23.5g(0.5mol)甲基异氰酸酯，缓慢通入9.0克氨气，通完气体后，25℃保温反应，得到产品甲基脲。向上述反应瓶中加入63g(0.5mol)硫酸二甲酯，升温至60℃，在此温度下保温反应。得到硫酸单甲酯反应液。低温下向上述反应液中缓慢滴加206g(2mol)浓硫酸、99.5g(1.5mol)发烟硝酸；缓慢升温至15℃左右，在此温度下保温反应；将反应液滴入冰水中，过滤，得到41.7g异脲，经高效液相色谱分析含量97.9％，收率61.4％(甲基异氰酸酯计)。

Claims (2)

1.N,O-二甲基-N-硝基异脲的制备方法，其特征在于包括氨基化反应、甲基化反应和硝化反应三个反应步骤：
方程式如下：
2.根据权利要求1所述N,O-二甲基-N-硝基异脲的制备方法，其特征在于氨基化反应是向甲基异氰酸酯(MIC)中通入氨气进行氨基化反应得到甲基脲，甲基异氰酸酯与氨气的摩尔投料比为1︰1～1.06，氨基化反应温度为25～60℃；甲基化反应是甲基脲在甲基化试剂作用下进行甲基化反应得到硫酸单甲酯，甲基化试剂为硫酸二甲酯，硫酸二甲酯的摩尔用量为甲基异氰酸酯摩尔量的1～2倍，甲基化反应温度为20～65℃；硝化反应是在硫酸的作用下，硫酸单甲酯与发烟硝酸反应得到N,O-二甲基-N-硝基异脲，硫酸的摩尔用量为甲基异氰酸酯摩尔用量的2～5倍，发烟硝酸的摩尔用量为甲基异氰酸酯摩尔用量的1～4倍，硝化反应的温度为0～25℃。
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