CN104672212A - 串联反应合成吡虫啉的方法 - Google Patents

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Abstract

一种串联反应合成吡虫啉的方法,以2-氯-5-氯甲基吡啶、乙二胺及硝酸胍为原料,将2-氯-5-氯甲基吡啶、硝基胍和一定量溶剂乙醇混合,加入少量离子液体作催化剂,用少量盐酸控制反应过程pH为6左右,加热升温,缓慢滴加适量乙二胺反应,加热一定时间后,停止加热,冷却到室温,提纯、干燥,得到吡虫啉成品。由于采用一锅式串联反应,中间产物2°胺活性高,极易与硝基胍形成杂环,可以防止副产物的生成,合成了高纯度的吡虫啉。与原二步法工艺相比,本发明的制取吡虫啉的方法,反应步骤简单,产品收率和纯度都得到很大提高,收率达到95%以上,反应产物经气相色谱分析纯度达到90%以上。

Description

串联反应合成吡虫啉的方法
技术领域
本发明涉及杀虫剂吡虫啉的合成工艺,一种串联反应合成吡虫啉的方法。
背景技术
吡虫啉学名1-(6-氯吡啶-3-吡啶基甲基)-N-硝基亚咪唑烷,是一种高效、低毒、对环境污染小的杀虫剂,被广泛地应用于水稻、马铃薯、棉花、玉米、甜菜等作物中的病虫害防治,能与某些农药混用达到一次用药防治多种病虫害的目的,具有相当大的应用价值。传统的硝基胍法合成吡虫啉是二步法,以2-氯-5-氯甲基吡啶、乙二胺及硝酸胍为原料,第一步由2-氯-5-氯甲基吡啶和乙二胺在有机溶剂乙氰中亲核取代生成中间体,第二部是该中间体经分离后在水中与硝基胍经环化得到吡虫啉。该工艺使用毒性较大的有机溶剂乙氰,两步合成,步骤复杂、副产物多,该工艺最大的问题是第一步产物2°胺(二级胺)的纯度低影响最终产物的质量。
发明内容
本发明旨在提出一种一步法制备吡虫啉的方法,一种串联反应合成吡虫啉的方法。
这种串联反应合成吡虫啉的方法,以2-氯-5-氯甲基吡啶、乙二胺及硝酸胍为原料,2-氯-5-氯甲基吡啶、硝基胍和一定量的溶剂乙醇混合,加入少量离子液体作催化剂,加入少量盐酸控制反应过程pH为6左右,加热控温,滴加适量乙二胺,进行一锅式串联反应,反应一定时间后,停止加热,冷却到室温,提纯、干燥,得到吡虫啉成品。
这种串联反应合成吡虫啉的方法由于采用一锅式串联反应,反应过程中,乙二胺与2-氯-5-氯甲基吡啶反应生成中间产物N-(2-氯-5-吡啶甲基)乙二胺,N-(2-氯-5-吡啶甲基)乙二胺是2°胺,其活性大于乙二胺,一旦产生即迅速与硝基胍进行成环缩合反应生成吡虫啉。硝基胍极性大,易溶于水,而2-氯-5-氯甲基吡啶不溶于水只能溶于有机溶剂,整个反应过程均为亲核取代反应,离子液体在该亲核取代中作为相转移催化剂。将硝基胍放入体系中相当于N-(2-氯-5-吡啶甲基)乙二胺的捕获剂,快速与硝基胍形成杂环,防止副产物N,N-二-(2-氯-5-吡啶甲基)乙二胺的生成,从而合成了高纯度的吡虫啉。与原二步法工艺相比,本发明的制取吡虫啉的方法反应步骤简单,产品收率和纯度都得到很大提高,收率达到90%以上,反应产物经液相色谱分析纯度达到95%以上。
具体实施方式
这种串联反应合成吡虫啉的方法,以2-氯-5-氯甲基吡啶、乙二胺及硝酸胍为原料,2-氯-5-氯甲基吡啶、硝基胍和一定量溶剂混合,加入少量离子液体,用少量盐酸以控制反应过程pH值为6左右(pH值为4~7),升温下,边搅拌边加入乙二胺,加热一定时间后,停止加热。加入碳酸钾固体除HCl,过滤得黄色澄清液。将溶剂和未反应的无水乙二胺蒸掉,得到浅黄色固体,即吡虫啉粗品。将吡虫啉粗品加入纯水中加热搅拌至近沸,趁热过滤,所得的结晶用纯水洗涤3次,沉淀物干燥后在丙酮中结晶,最后晶体经真空干燥,即得浅黄色晶体。M.p.144.9℃。
这种串联反应合成吡虫啉的方法中,各原料加入的量(以摩尔数计)可以为:n2-氯-5- 氯甲基吡啶∶n乙二胺∶n硝基胍=1∶(2~5)∶(1~1.1),浓度37%的盐酸用量(以重量计)为乙二胺用量的1~10%,反应温度为20~50℃,反应时间为2~3小时。
这种串联反应合成吡虫啉的方法中,所述的离子液体可以为四氟化硼1-甲基-3-丁基咪唑离子液体或单乙酯硫酸氢根N-乙基吡啶离子液体。溶剂乙醇的加入量为:每克“2-氯-5-氯甲基吡啶”加3~8ml乙醇,离子液的加入量以重量计为:乙醇∶离子液=10∶(0.1~1)。
本发明提出的方法是通过串联反应合成吡虫啉的新方法。其反应如下式所示:
串联反应是指在有机反应中,初始产物的结构特性使之在该反应条件下有利于进一步的转化,当k2反应的速率大于k1反应时,将两步反应的原料一锅放入,使它们成为串联反应。串联反应可以阻止k3的反应,使副产物大大下降。本发明的方法中,首先由2-氯-5-氯甲基吡啶和乙二胺反应生成N-(2-氯-5-吡啶甲基)乙二胺,然后利用了高活性的N-(2-氯-5-吡啶甲基)乙二胺与硝基胍反应成杂环,合成吡虫啉,避免了k3反应。离子液在第二步反应中作为相转移催化剂。
离子液为季铵盐类,由有机阳离子和无机阴离子组成,如:
有机阳离子:
无机阴离子:
这种串联反应合成吡虫啉的方法的具体操作过程如下:
(1)在装有温度计、回流冷凝管、恒压滴液漏斗的三口瓶中加入乙醇、2-氯-5-氯甲基吡啶、硝基胍和四氟化硼1-甲基-3-丁基咪唑离子液体或单乙酯硫酸氢根N-乙基吡啶离子液体;加入一定量的盐酸以调节反应过程中pH值为6左右(pH值为4~7);
(2)磁力搅拌,加热;
(3)乙二胺加入恒压滴液漏斗中,缓慢滴加到三口瓶中;
(4)反应完毕后停止加热,冷却到室温,加入碳酸钠中和,过滤得黄色澄清液,用液相色谱分析纯度(以纯样品吡虫啉作标准工作曲线为依据);
(5)旋转蒸发器上蒸去乙二胺和溶剂;
(6)用水重结晶后,再用丙酮重结晶,称重。
实施例1
在三口烧瓶中加入1.62g(10mmol)2-氯-5-氯甲基吡啶、1.04g(10mmol)硝基胍,以及5ml乙醇溶剂和0.5g四氟化硼1-甲基-3-丁基咪唑离子液体,并滴加0.3ml的37%盐酸,加热,搅拌下于45℃下加入3.01g(50mmol)无水乙二胺,pH值为5~6,反应3小时后,停止加热。加入碳酸钾固体1.5克除HCl,过滤得黄色澄清液。将乙醇溶剂,未反应的无水乙二胺蒸掉,得到浅黄色固体,即吡虫啉粗品。将吡虫啉粗品加入纯水中加热搅拌至近沸,趁热过滤,所得的结晶用纯水洗涤3次,沉淀物干燥后在丙酮中结晶,最后晶体经真空干燥,得浅黄色晶体2.35克。经液相色谱分析纯度98%,收率90%。
实施例2
在三口烧瓶中加入1.62g(10mmol)2-氯-5-氯甲基吡啶、1.04g(10mmol)硝基胍,以及6ml乙醇和0.2g单乙酯硫酸氢根N-乙基吡啶离子液体,并滴加0.3ml的37%盐酸,加热,搅拌下于45℃下加入3.01g(50mmol)无水乙二胺,pH值为6~7,反应3小时后,停止加热。加入碳酸钾固体2克除HCl,过滤得黄色澄清液。将乙醇溶剂,未反应的无水乙二胺蒸掉,得到浅黄色固体,即吡虫啉粗品。将吡虫啉粗品加入纯水中加热搅拌至近沸,趁热过滤,所得的结晶用纯水洗涤3次,沉淀物干燥后在丙酮中结晶,最后晶体经真空干燥,得浅黄色晶体2.42克。经液相色谱分析纯度96%,收率91%。
实施例3
在三口烧瓶中加入1.62g(10mmol)2-氯-5-氯甲基吡啶、1.04g(10mmol)硝基胍,以及6ml乙醇溶剂和0.2g单乙酯硫酸氢根N-乙基吡啶离子液体,并滴加0.5ml的37%盐酸,加热,搅拌下于50℃下加入3.01g(50mmol)无水乙二胺,pH值为4~5,反应3小时后,停止加热。加入碳酸钾固体2克除HCl,过滤得黄色澄清液。将乙醇溶剂,未反应的无水乙二胺蒸掉,得到浅黄色固体,即吡虫啉粗品。将吡虫啉粗品加入纯水中加热搅拌至近沸,趁热过滤,所得的结晶用纯水洗涤3次,沉淀物干燥后在丙酮中结晶,最后晶体经真空干燥,得浅黄色晶体2.52克。经液相色谱分析纯度97%,收率93%。
实施例4:
在三口烧瓶中加入1.62g(10mmol)2-氯-5-氯甲基吡啶、1.04g(10mmol)硝基胍,以及8ml乙醇溶剂和0.2g单乙酯硫酸氢根N-乙基吡啶离子液体,并滴加0.3ml的37%盐酸,加热,搅拌下于40℃下加入1.501g(25mmol)无水乙二胺,pH值为5~6,反应2.5小时后,停止加热。加入碳酸钾固体2克除HCl,过滤得黄色澄清液。将乙醇溶剂,未反应的无水乙二胺蒸掉,得到浅黄色固体,即吡虫啉粗品。将吡虫啉粗品加入纯水中加热搅拌至近沸,趁热过滤,所得的结晶用纯水洗涤3次,沉淀物干燥后在丙酮中结晶,最后晶体经真空干燥,得浅黄色晶体2.41克。经液相色谱分析纯度95%,收率90%。

Claims (3)

1.一种串联反应合成吡虫啉的方法,以2-氯-5-氯甲基吡啶、乙二胺及硝酸胍为原料,其特征是2-氯-5-氯甲基吡啶、硝基胍和一定量溶剂乙醇混合,加入少量离子液体作催化剂,用盐酸控制反应过程pH为6左右,加热控温,滴加适量乙二胺,进行一锅式串联反应,反应一定时间后,停止加热,冷却到室温,提纯、干燥,得到吡虫啉成品。
2.如权利要求1所述的串联反应合成吡虫啉的方法,其特征是各原料加入的量以摩尔数计为:n2-氯-5-氯甲基吡啶∶n乙二胺∶n硝基胍=1∶(2~5)∶(1~1.1),反应温度为20~50℃,一锅式串联反应进行时间为2~3小时。
3.如权利要求1或2所述的串联反应合成吡虫啉的方法,其特征是所述的离子液体为四氟化硼1-甲基-3-丁基咪唑离子液体或单乙酯硫酸氢根N-乙基吡啶离子液体,乙醇的加入量为每克2-氯-5-氯甲基吡啶加入3~8ml乙醇,离子液的加入量以重量计为:乙醇∶离子液=10∶(0.1~1)。
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