CN106478547B - 一种2-甲砜基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机合成领域，属于农药合成技术，特别涉及一种2‑(甲砜基)‑5‑(三氟甲基)‑1,3,4‑噻二唑的合成方法。本发明以2‑(甲硫基)‑5‑(三氟甲基)‑1,3,4‑噻二唑为原料，选用相转移催化剂与钨酸钠作为反应的催化剂制得目标产物。该方法优化了反应环境，不加入有机溶剂前提下，大大提高了反应效率，从而提高了产物的纯度和收率，降低了反应温度，减少双氧水高温回流带水的危险性，从而提高了反应的安全性。
Description
技术领域
本发明属于有机合成反应领域，涉及农药中间体的合成技术，特别涉及除草剂氟噻草胺中间体2-甲砜基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑的合成方法。
背景技术
氟噻草胺，化学名称：4'-氟-N-异丙基-2-[5-(三氟苷)-1,3,4-噻重氮-2-亚胺]乙酰胺。物理性质：纯品为白色晶体。2-甲砜基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑是合成氟噻草胺的中间体，并且是收率最低的步骤，提升收率、品质有利于增强。氟噻草胺作为一种芳氧酰胺类除草剂，主要通过抑制细胞分裂和生长而发挥作用，可有效防除众多一年生禾本科杂草，此外，该除草剂对动物毒性低，在环境中易降解。
专利CN1126748C报道，制备2-甲砜基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑，选用硼酸、醋酸，缺点是硼酸具有较强的危害性，引起环境污染。
专利CN1113061C报道，制备2-甲砜基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑，选用钼酸钠和硫酸的混合物作为催化剂，双氧水在80℃下向体系中滴加，反应后期采用共沸带水的方法除水。
姜玉田在《农药》杂志报道，双氧水滴加完后升温回流带水，得到的2-甲砜基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑为淡黄色鳞片状晶体，经甲苯提纯获得白色结晶。
上述工艺存在很多缺点：
(1)均选优污染环境较严重的物料，例如硼酸、硫酸；
(2)工艺危险性较大，残留的双氧水通过共沸带水，具有一定的安全隐患；
(3)操作相对复杂。
由于上述缺点的存在，不利于氟噻草胺的规模化工业生产。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种氟噻草胺中间体2-甲砜基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑的合成方法，选用相转移催化剂与钨酸钠作为反应的催化剂，大大提高反应效率，最终提升产品纯度，改善产品外观，提高合成收率，安全风险大大降低。
本发明所述的一种2-(甲砜基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑的合成方法，其具体步骤为：向反应器中，加入2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑、相转移催化剂、钨酸钠、乙酸，开启搅拌和升温，升温至52-58℃，开始滴加双氧水，滴加完毕，保温至反应完全，降温抽滤，干燥，得到2-(甲砜基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑。
其具体反应路线为：
2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑为不溶于水的液态化合物，本发明不再加入有机溶剂，使用双氧水作为反应物，双氧水的还原产物为水，将副产物水作为反应溶剂，安全、环保、成本低。2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑与双氧水不互溶，加入相转移催化剂，大大促进反应转化。整个体系反应溶剂为含有少量醋酸的水体系。
关于钨酸钠的作用，钨元素属于过渡金属，钨酸钠中的钨能够提供空轨道，以形成催化活性中心、配位点，能够促进双氧水发生还原反应。该反应中原料2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑与双氧水不互溶，体系为两相，加入相转移催化剂，实现反应的活化作用，大大降低界面张力，反应活性组分与相转移催化结合为离子对后很容易分步在两相界面上，从而大大降低表面张力，从而提高反应速率；相转移催化剂与钨酸钠的有机结合，从两方面催化反应效率，从而实现在较温和的温度下，实现高效转化为目标产品。考虑到经济、方便，选用钨酸钠。钨酸钠的用量为2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑质量的0.03％-0.07％。
加入乙酸，实际上也是起到提高氧化能力的作用，双氧水在相转移催化剂、钨酸钠的作用下，将乙酸氧化为过氧乙酸，过氧乙酸将2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑氧化为2-(甲砜基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑，过氧乙酸的还原产物为乙酸，从而实现氧化循环使用。本发明中，以纯物质计，乙酸的用量为2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑质量的6％-10％。
双氧水在高温下会发生分解，反应温度过高，不仅大量的双氧水分解导致大量的2-(甲硫基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑剩余，而且作为高温氧化反应，有着极大的安全隐患。反应温度低于50℃，该反应需要保温24小时，仅仅转化50％，合成周期长，而且反应后期转化不完，因此，本发明反应温度为52-58℃。本发明中，以纯物质的摩尔比计，双氧水：2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑＝3.0-3.5:1。双氧水用量过大，浪费，用量少于3倍，反应周期大大延长，尤其是后期反应不完。
保温的目的是将先生成2-甲亚砜基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑，继续氧化生成2-(甲砜基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑，反应更加彻底。本发明中，采用HPLC跟踪实验，一般保温5-6小时，反应完成。
反应完成后，降温至-2-2℃，生成的产物不溶于水，从水相中析出过滤，不仅纯度高达99％左右，而且外观是雪白色鳞片状晶体。经抽滤，干燥，得到2-(甲砜基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑。
本发明中，所用的相转移催化剂为四甲基溴化铵或四丁基氯化铵或苄基三乙基溴化铵或PEG400或其混合物。相转移催化剂的用量为2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑质量的0.1％-0.5％。重量比过大，产品中残留的相转移催化剂大，重量比过小，反应催化活性小，大量原料反应不完。
本发明2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑的合成方法与现有技术相比，其优势在于：
(1)不采用硫酸、硼酸等污染环境的物料，减少对环境的污染。
(2)选用相转移催化剂与钨酸钠组成的混合催化剂，大大提升反应效率，降低反应温度，缩短反应周期。
(3)本发明使用了相转移催化剂与钨酸钠，且双氧水在52-58℃下向体系中滴加，极大的提高了反应活性，并较少双氧水的分解，污染性较少。目前报道的体系均是采用甲苯作为反应溶剂，本发明不使用甲苯，加入略高于理论量的双氧水，双氧水产物是水，水作为反应的溶剂，从本质上减少2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑在甲苯溶剂中的溶解度，极大的提高了后处理的分离收率。后处理简易化，并提升产品品质。反应完毕后，降温析晶即可得到外观雪白色鳞片状固体。
附图说明
图1为本发明所得的2-(甲砜基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑核磁谱图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做详细说明，但保护范围不被此限制。
实施例1
向装有机械搅拌、恒压滴液漏斗、温度计的250ml四口瓶中，加入50.1g(0.25mol，含量99％)2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑、3.1g乙酸、0.02g钨酸钠、0.15g四丁基氯化铵，搅拌升温至53℃，开始滴加90.7g(0.8mol，含量30％)双氧水，滴加完毕后54℃保温5h，降温至0℃，抽滤，干燥，得到雪白色鳞片状的结晶：2-(甲砜基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑，纯度98.9％，收率96.3％。
实施例2
向装有机械搅拌、恒压滴液漏斗、温度计的500ml四口瓶中，加入100.2g(0.5mol，含量99％)2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑、10g乙酸、0.05g钨酸钠、0.11g四丁基氯化铵，搅拌升温至52℃，开始滴加168g(1.5mol，含量30％)双氧水，滴加完毕后55℃保温5h，降温至-2℃，抽滤，干燥，得到雪白色鳞片状的结晶：2-(甲砜基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑，纯度99.1％，收率96.3％。
实施例3
向装有机械搅拌、恒压滴液漏斗、温度计的1000ml四口瓶中，加入200.4g(1mol，含量99％)2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑、15g乙酸、0.1g钨酸钠、0.4g苄基三乙基溴化铵，搅拌升温至55℃，开始滴加336g(3mol，含量30％)双氧水，滴加完毕后55℃保温6h，降温至1℃，抽滤，干燥，得到雪白色鳞片状的结晶：2-(甲砜基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑，纯度99.0％，收率96.4％。
实施例4
向装有机械搅拌、恒压滴液漏斗、温度计的5L四口瓶中，加入1000g(4.94mol，含量99％)2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑、80g乙酸、0.7g钨酸钠、5gPEG400，搅拌升温至58℃，开始滴加1792g(15.8mol，含量30％)双氧水，滴加完毕后58℃保温6h，降温至-5℃，抽滤，干燥，得到雪白色鳞片状的结晶：2-(甲砜基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑，纯度98.8％，收率96.4％。
实施例5
向装有机械搅拌、恒压滴液漏斗、温度计的10L玻璃反应釜中，加入2022g(10mol，含量99％)2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑、180g乙酸、1g钨酸钠、6gPEG400，搅拌升温至55℃，开始滴加3380g(30mol，含量30％)双氧水，滴加完毕后55℃保温4h，降温至-2℃，抽滤，干燥，得到雪白色鳞片状的结晶：2-(甲砜基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑，纯度99.0％，收率96.2％。
实施例6
向装有机械搅拌、恒压滴液漏斗、温度计的50L玻璃反应釜中，加入10111g(50mol，含量99％)2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑、900g乙酸、5g钨酸钠、40g四甲基溴化铵，搅拌升温至55℃，开始滴加17000g(150mol，含量30％)双氧水，滴加完毕后55℃保温5h，降温至0℃，抽滤，干燥，得到雪白色鳞片状的结晶：2-(甲砜基)-5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑，纯度99.1％，收率96.3％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术方案做任何形式的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施案例作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种2-甲砜基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑的合成方法，其特征在于：其具体步骤为：向反应器中，加入2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑、相转移催化剂、钨酸钠、乙酸，开启搅拌和升温，升温至52-58℃，开始滴加双氧水，滴加完毕，保温至反应完全，降温抽滤，干燥，得到2-甲砜基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑；
相转移催化剂的用量为2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑质量的0.1％-0.5％；
钨酸钠的用量为2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑质量的0.03％-0.07％；
以纯物质的摩尔比计，双氧水：2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑＝3.0-3.5:1。
2.根据权利要求1所述的一种2-甲砜基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑的合成方法，其特征在于：所用的相转移催化剂为四甲基溴化铵或四丁基氯化铵或苄基三乙基溴化铵或PEG400或其混合物。
3.根据权利要求1所述的一种2-甲砜基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑的合成方法，其特征在于：以纯物质计，乙酸的用量为2-甲硫基-5-三氟甲基-1,3,4-噻二唑质量的6％-10％。
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