CN104961705A - 一锅法合成4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮的工艺 - Google Patents

一锅法合成4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一锅法合成4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮的工艺，即首先将丙烯酸甲酯、甲胺水溶液、硫磺混合，通入硫化氢气体反应生成3,3'-二硫代二丙酸甲酯粗品，然后在3,3'-二硫代二丙酸甲酯粗品的基础上通入甲胺气体合成N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺，继而通过氯气与N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺反应得到产品4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮；本申请提供的方法简化了工艺过程，降低了操作成本，而且大大减少了废水生成量，且可以在同一个反应釜内进行迈克尔加成反应、酰胺化、氯化三个反应步骤，省略了中间产物的分离和纯化过程，设备投资小，得到的产品纯度高。

Description

一锅法合成4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮的工艺
技术领域
本发明涉及一种化合物的制备方法，特别是一种起杀菌作用的高纯度的4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮的制备方法。
背景技术
3-异噻唑啉酮类化合物是一种新型的广谱杀菌剂，具有高效、广谱、低毒、在环境中能自然降解等优点，应用范围非常广泛。
4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮(以下简称DCMIT)是3-异噻唑啉酮类化合物中的一种，主要用于涂料、农作物防病害、工业水处理等领域。
文献报道的DCMIT合成方法中，目前最适宜应用于工业化生产的合成路线是以N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺为原料，在溶剂中与氯气反应。
其中N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺又是以丙烯酸甲酯为起始原料，经Michael(迈克尔)加成反应，脱硫还原、酰胺化等步骤合成而得。整个工艺过程存在着操作复杂，分离成本高、环境污染严重、产率低等问题，尤其是高纯度DCMIT的合成方法还未见文献报道。
中国专利CN103880773(2014-06-25)公开了一种以丙烯酸甲酯为起始原料合成DCMIT的生产方法，包括：
(1)丙烯酸甲酯与多硫化铵水溶液反应，得到中间体3,3'-二硫代二丙酸甲酯粗品；
(2)3,3'-二硫代二丙酸甲酯粗品与亚硫酸钠反应得到精制后的中间体3,3'-二硫代二丙酸甲酯；
(3)精制后的中间体3,3'-二硫代二丙酸甲酯与40％甲胺水溶液、浓盐酸反应，经处理后得到N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺；
(4)N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺与乙酸乙酯或乙酸丁酯混合，和氯气分阶段得到反应产物，反应产物加入水处理，再经分层、蒸馏得到以DCMIT为主的产品。
上述生产DCMIT的方法存在如下缺点：
(1)上述生产DCMIT的方法操作复杂，需要在不同的反应釜中进行合成操作；
(2)整个工艺过程产生大量的废水需要处理；
(3)氯化结束后的反应产物要加入水处理，加入水后溶剂乙酸乙酯在强酸性体系会发生酸性水解，带来乙酸乙酯与乙酸、乙醇的分离提纯问题，增加生产成本；
(4)该方法未提及得到的DCMIT的纯度，但从介绍的技术内容可知,整个操作过程没有提纯过程，得到的DCMIT产品的纯度不高。
发明内容
为了克服现有技术领域存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种操作简便的、安全环保的、一锅法合成高纯度的DCMIT工艺，解决现有技术中操作复杂，中间产物需分离和纯化，三废量大，产品纯度不高等问题。
本发明提供的一锅法合成DCMIT的工艺依次包括如下步骤:
1)合成3,3'-二硫代二丙酸甲酯:
将丙烯酸甲酯、甲胺水溶液、硫磺混合，在15-25℃通入硫化氢气体反应生成3,3'-二硫代二丙酸甲酯粗品；
2)合成N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺:
向上述第一步合成得到的反应物中加入溶剂甲醇，在5-15℃下通入一定量的甲胺气体，保持此温度反应24h，得到黄色的N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺的悬浮液，此悬浮液先常压蒸馏，回收含甲胺的甲醇液用于下一批次反应，蒸至不流液后再减压蒸馏，直至不流液为止。然后加入一定量的乙酸乙酯，再进行减压蒸馏，利用乙酸乙酯将体系内的甲醇和水彻底蒸净，形成N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺在乙酸乙酯中的悬浮液。
3)合成DCMIT：
上述第二步合成得到的悬浮液搅拌下控温0-15℃通入定量氯气，反应结束后釜液升温蒸馏，回收乙酸乙酯，再加入含水甲醇和活性炭在60-70℃脱色1h，趁热过滤，滤除硫磺和活性炭，滤液冷却到-10～0℃，此时析出白色针状的DCMIT晶体，过滤，最后经洗涤、干燥得到高纯度DCMIT的产品，液相归一化纯度>99.8％。
本申请中上述步骤1)中所述的甲胺水溶液中甲胺含量为30-40％。
本申请中上述步骤2)中所述的甲胺用量与丙烯酸甲酯的摩尔比为1.1～1.2:1。
本申请中上述步骤3)中所用的氯气与酰胺化产物的摩尔比为8～10:1。
本申请中上述步骤3)中所述的含水甲醇的含水量在10-30％。
本发明的有益效果是：
(1)采用上述方法，简化了工艺过程，降低了操作成本：第一步合成得到3,3'-二硫代二丙酸甲酯粗品无需加入亚硫酸钠进行脱硫还原，因为此步骤得到的粗品中含有3,3'-二硫代二丙酸甲酯约70-80％，含有多硫(主要是三硫)取代的二丙酸甲酯约20-30％，还含有约1％的3-巯基丙酸甲酯。多硫取代的二丙酸甲酯和3-巯基丙酸甲酯在第二步合成过程中变成相对应的酰胺类化合物，在第三步氯化环合过程中均可以和氯气反应生成目的产物DCMIT，故第一步反应产物无需脱硫纯化。
(2)采用上述方法，可大大减少废水生成量：
①第一步合成未加亚硫酸钠还原生成的多硫化物，从而大大减少还原废水的生成量；
②第二步合成用甲胺气体替代甲胺水溶液，避免了大量含甲胺废水的生成。
(3)采用上述方法，可以在同一个反应釜内进行Michael(迈克尔)加成反应、酰胺化、氯化三个反应步骤，省略了中间产物的分离和纯化过程，设备投资小。
(4)采用上述方法，在第三步合成后处理过程中，包括少量的2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮等反应副产物都易溶于含水甲醇，而且利用DCMIT在不同温度下的含水甲醇中的溶解度的差异可以对含DCMIT粗品进行重结晶提纯，从而得到高纯度的DCMIT产品，产品为白色针状晶体，熔点122.5-122.8℃，液相归一化含量>99.8％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。
实施例1：
1)合成3,3'-二硫代二丙酸甲酯
在装配有温度计、搅拌器的1L四口瓶中加入丙烯酸甲酯129g(1.5摩尔)、40％甲胺水溶液5.2g，硫磺90g，控温15-25℃通入硫化氢气体30.1g，得到淡黄色反应混合物；
2)合成N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺
上述反应混合物加入甲醇100g，搅拌下控温5-15℃通入甲胺气体55g(1.77摩尔)，加完保温搅拌24h，得到N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺的甲醇悬浮液。常压蒸馏蒸除甲醇，蒸至不流液后再减压蒸馏，直至釜温达到70℃，压力达到-0.09Mpa不流液为止；釜内加入乙酸乙酯150g，继续蒸馏至釜温达到80℃，压力达到-0.09Mpa不流液为止，然后釜内加入乙酸乙酯300g，配成酰胺化产物在乙酸乙酯中的悬浮液；
3)合成高纯度DCMIT
上述悬浮液搅拌下控温0-15℃条件下通入氯气，液相中控分析，当乙酸乙酯上清液中2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的含量小于1％后停止通气，共通氯气425g，反应结束后，蒸馏回收乙酸乙酯，然后加入含水20％的甲醇液250g和活性炭2g，搅拌保温60-70℃脱色1h，然后趁热过滤，滤除活性炭和硫磺等不溶物，滤液再冷却到-10℃，此时DCMIT针状结晶析出，过滤，滤饼用-10℃冷的甲醇洗涤，再经减压干燥得到白色针状结晶140g(熔点122.5-122.8℃)，HPLC归一化含量99.9％。
实施例2：
1)合成3,3'-二硫代二丙酸甲酯
在装配有温度计、搅拌器的1L四口瓶中加入丙烯酸甲酯129g(1.5摩尔)、40％甲胺水溶液5.2g，硫磺90g，控温15-25℃通入硫化氢气体30.1g，得到淡黄色反应混合物；
2)合成N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺
上述反应混合物加入甲醇100g，搅拌下控温5-15℃通入甲胺气体52g(1.68摩尔)，加完保温搅拌24h，得到N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺的甲醇悬浮液。常压蒸馏蒸除甲醇，蒸至不流液后再减压蒸馏，直至釜温达到70℃，压力达到-0.09Mpa不流液为止；釜内加入乙酸乙酯150g，继续蒸馏至釜温达到80℃，压力达到-0.09Mpa不流液为止，然后釜内加入乙酸乙酯300g，配成酰胺化产物在乙酸乙酯中的悬浮液；
3)合成高纯度DCMIT
上述悬浮液搅拌下控温0-15℃条件下通入氯气，液相中控分析，当乙酸乙酯上清液中2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的含量小于0.5％后停止通气，共通氯气430g，反应结束后，蒸馏回收乙酸乙酯，然后加入含水20％的甲醇液250g和活性炭2g，搅拌保温60-70℃脱色1h，然后趁热过滤，滤除活性炭和硫磺等不溶物，滤液再冷却到-10℃，此时DCMIT针状结晶析出，过滤，滤饼用-10℃冷的甲醇洗涤，再经减压干燥得到白色针状结晶141g(熔点121.9-122.2℃)，HPLC归一化含量99.85％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一锅法合成4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮的工艺，其特征在于，包括如下步骤:
1)合成3,3'-二硫代二丙酸甲酯:
将丙烯酸甲酯、甲胺水溶液、硫磺混合，在15-25℃通入硫化氢气体反应生成3,3'-二硫代二丙酸甲酯粗品；
2)合成N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺:
向步骤1)合成得到的反应物中加入溶剂甲醇，在5-15℃下通入甲胺气体，保持此温度反应24h，得到黄色的N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺的悬浮液；此悬浮液先常压蒸馏，回收含甲胺的甲醇液用于下一批次反应，蒸至不流液后再减压蒸馏，直至不流液为止；然后加入乙酸乙酯，再进行减压蒸馏，形成N,N'-二甲基-3,3'-二硫代二丙酰胺在乙酸乙酯中的悬浮液；
3)合成4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮：
将步骤2)合成得到的悬浮液搅拌，并控温在0-15℃的条件下通入氯气进行反应，反应结束后釜液升温蒸馏，回收乙酸乙酯，再加入含水甲醇和活性炭在60-70℃脱色1h，趁热过滤，滤除硫磺和活性炭，滤液冷却到-10～0℃，此时析出白色针状的4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮晶体，过滤，最后经洗涤、干燥得到高纯度4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮的产品，液相归一化纯度>99.8％。
2.根据权利要求1所述的一锅法合成高纯度4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮的工艺，其特征在于，步骤1)中所述的甲胺水溶液中甲胺含量为30-40％。
3.根据权利要求1所述的一锅法合成高纯度4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮的工艺，其特征在于，步骤2)中所述的甲胺用量与丙烯酸甲酯的摩尔比为1.1～1.2:1。
4.根据权利要求1所述的一锅法合成高纯度4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮的工艺，其特征在于，步骤3)中所用的氯气与酰胺化产物的摩尔比为8～10:1。
5.根据权利要求1所述的一锅法合成高纯度4,5-二氯-2-甲基异噻唑啉酮的工艺，其特征在于，步骤3)中所述的含水甲醇的含水量在10-30％。
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