CN107226798B - 通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了通过Prins反应合成3‑四氢呋喃甲醇的新工艺,解决了现有技术中的制备工艺中,其原料不仅价格昂贵,抬高了生产成本,而且生产过程中会释放大量的热量及易燃易爆气体氢气,会给生产带来安全风险的问题。本发明包括①在有机溶剂中,2,5‑二氢呋喃在催化剂A的作用下与多聚甲醛和氯化氢反应,得到氯甲基‑2,5‑二氢呋喃;②氯甲基2,5‑二氢呋喃在氢氧化钠溶液中水解得到羟甲基‑2,5‑二氢呋喃,蒸馏得到粗品;③粗品羟甲基‑2,5‑二氢呋喃在催化剂B的作用下被氢气还原得到3‑四氢呋喃甲醇,过滤,滤液精馏得到纯品。本发明具有原材料成本低,三废排放少,工艺简单等优点。

Description

通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺
技术领域
本发明涉及一种烟碱杀虫剂中间体3-四氢呋喃甲醇合成的方法,具体涉及通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺。
背景技术
3-四氢呋喃甲醇是第三代新烟碱杀虫剂呋虫胺的关键中间体,呋虫胺为日本三井化学公司所开发,主要作用于昆虫的神经传递系统,使害虫引发麻醉从而发挥杀虫作用,该药剂具有卓越的内吸收渗透作用,很低的剂量即显示很高的杀虫活性,可用于多种害虫的防治。对哺乳动物、鸟类及水生生物十分安全,对作物无药害,可用于水稻、果树、蔬菜等众多作物。2002年4月,呋虫胺在其本土日本首先登记;同年5月在日本上市,用于果树、水稻和蔬菜。2003年3月,呋虫胺在韩国上市,用于水稻、西瓜和红辣椒。2004年9月17日,呋虫胺在美国获准登记,用于草坪、非作物、住宅和花园,同年在美国上市;2006和2010年,呋虫胺在美国进一步扩大用于蔬菜、马铃薯和葡萄。2012年,呋虫胺在印度登记并上市,用于水稻仅此一年,呋虫胺在印度实现了折合1亿元人民币的销售额,由于呋虫胺的广阔应用前景,其合成具有重要的意义。
对于3-四氢呋喃甲醇的合成,文献报道如下:
世界专利WO2005065689报道了3-四氢呋喃甲醇的合成方法,以丙二酸二乙酯和氯乙酸乙酯为原料,乙醇钠的催化剂反应得到2-乙氧基羰基-丁二酸二乙酯,然后2-乙氧基羰基-丁二酸二乙酯被昂贵的硼氢化试剂硼氢化钠还原,得到2-羟甲基-1,4-丁二醇和大量的副产物硼酸,最后2-羟甲基-1,4-丁二醇脱水关环得到3-四氢呋喃甲醇。其合成路线如下:
日本专利JP7173157报道了以丙二酸二乙酯为主要原料合成3-四氢呋喃甲醇。首先丙二酸二乙酯在乙醇钠的催化下与环氧乙烷反应生成α-乙氧基羰基-γ-丁内酯,然后被硼氢化钾还原,通过精馏分离得到3-四氢呋喃甲醇。合成路线如下:
中国专利CN102276559报道了以γ-丁内酯为起始原料合成α取代γ-丁内酯,然后用硼氢化钠还原得到2-羟甲基-1,4-丁二醇和大量的副产物硼酸,最后2-羟甲基-1,4-丁二醇脱水关环得到3-四氢呋喃甲醇。其合成路线如下:
上述3种合成路线是传统的3-四氢呋喃工艺合成路线,并且还原反应都用到了原料硼氢化钠,该原料不仅价格昂贵,抬高了生产成本,而且生产过程中会释放大量的热量及易燃易爆气体氢气,给生产带来安全风险。因此,开发一种生产成本低和安全度高的3-四氢呋喃甲醇的工艺,成为当下化工生产发展的迫切需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:现有技术中的制备工艺中,其原料不仅价格昂贵,抬高了生产成本,而且生产过程中会释放大量的热量及易燃易爆气体氢气,会给生产带来安全风险的问题,目的在于提供通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,通过该工艺的优化能使原材料成本低,三废排放少,工艺简单,适合工业化生产。
本发明通过下述技术方案实现:
通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,包括:
①在有机溶剂中,2,5-二氢呋喃在催化剂A的作用下与多聚甲醛和氯化氢反应,得到氯甲基-2,5-二氢呋喃;
②氯甲基2,5-二氢呋喃在氢氧化钠溶液中水解得到羟甲基-2,5-二氢呋喃,蒸馏得到粗品;
③粗品羟甲基-2,5-二氢呋喃在催化剂B的作用下被氢气还原得到3-四氢呋喃甲醇,过滤,滤液精馏得到纯品。
本发明的具体合成路线如下:
通过本发明合成路线有优化,不仅仅能有效降低成本,而且在制备过程中避免了氢气的产生,提高安全性能。
进一步,所述氢氧化钠溶液的浓度为40%-50%。
进一步,所述有机溶剂为DMF、庚烷、辛烷、四氢呋喃、甲苯、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚和二甲苯的其中一种或多种。
进一步,所述催化剂A为路易斯酸;所述催化剂B为雷尼镍或钯碳。
进一步,所述催化剂A为无水氯化锌、无水三氯化铝、无水三氟醋酸锌或无水四氯化钛。
进一步,所述氯化氢与多聚甲醛的摩尔比为1:1~3。
更进一步,所述氯化氢与多聚甲醛的摩尔比为1:1.5。
进一步,所述步骤①中的反应温度为50~150℃;所述步骤②中的水解反应温度为80~100℃。
进一步,所述步骤①中的反应温度为100~120℃。
进一步,所述步骤③中氢气还原反应的压力为0.1~0.5MPa。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
本发明工艺具有原材料成本低,三废排放少,工艺简单,适合工业化生产等特点。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,具体制备方法如下:
向1000L的反应釜中加入2,5-二氢呋喃70kg、甲苯280kg、多聚甲醛31.5kg和氯化锌0.8kg,冷冻盐水降温至-5℃,快速搅拌下通入氯化氢气体43.8kg,密闭反应釜,切换蒸汽加热升温至110℃反应6h,常温循环水降温至室温25℃,氮气压滤,滤液加入50%的氢氧化钠水溶液120kg,蒸汽加热升温至90℃,搅拌8h,开启真空由-0.07MPa增加至-0.09MPa,减压蒸馏至釜内液体水含量10%以下,有大量白色固体析出,降温至室温压滤,滤液减压精馏产品,得到3-羟甲基-2,5-二氢呋喃47.3kg,收率47.3%,纯度97.6%。
向500L的高压釜中加入3-羟甲基-2,5-二氢呋喃47.3kg,加入仲丁醇200kg,加入雷尼镍5kg,氢气置换3次,氢气加压0.1MPa,50℃反应5h,降温至室温25℃,氮气压滤,减压精馏,得到3-四氢呋喃甲醇45kg,纯度99.4%,收率93.3%。
实施例2
通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,具体制备方法如下:
向1000L的反应釜中加入2,5-二氢呋喃100kg、乙苯400kg、多聚甲醛47.1kg和氯化锌1.2kg,冷冻盐水降温至-5℃,快速搅拌下通入氯化氢气体62.5kg,密闭反应釜,切换蒸汽加热升温至120℃反应6h,常温循环水降温至室温25℃,氮气压滤,滤液加入50%的氢氧化钠水溶液205.7kg,蒸汽加热升温至90℃,搅拌8h,开启真空由-0.07MPa增加至-0.09MPa,减压蒸馏至釜内液体水含量10%以下,有大量白色固体析出,降温至室温压滤,滤液减压精馏产品,得到3-羟甲基-2,5-二氢呋喃75kg,收率52.5%,纯度97.9%。
向500L的高压釜中加入3-羟甲基-2,5-二氢呋喃75kg,加入叔丁醇210kg,加入钯碳5kg,氢气置换3次,氢气加压0.1MPa,50℃反应5h,降温至室温25℃,氮气压滤,减压精馏,得到3-四氢呋喃甲醇70.63kg,纯度99.5%,收率92.32%。
实施例3
通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,具体制备方法如下:
向1000L的反应釜中加入2,5-二氢呋喃50kg、乙二醇二甲醚200kg、多聚甲醛22.5kg和三氯化铝0.5kg,冷冻盐水降温至-5℃,快速搅拌下通入氯化氢气体28.7kg,密闭反应釜,切换蒸汽加热升温至110℃反应7h,常温循环水降温至室温25℃,氮气压滤,滤液加入50%的氢氧化钠水溶液85.7kg,蒸汽加热升温至95℃,搅拌8h,开启真空由-0.07MPa增加至-0.09MPa,减压蒸馏至釜内液体水含量10%以下,有大量白色固体析出,降温至室温压滤,滤液减压精馏产品,得到3-羟甲基-2,5-二氢呋喃34.9kg,收率48.9%,纯度96.8%。
向500L的高压釜中加入3-羟甲基-2,5-二氢呋喃34.9kg,加入异丙醇140kg,加入雷尼镍3.5kg,氢气置换3次,氢气加压0.2MPa,50℃反应5h,降温至室温25℃,氮气压滤,减压精馏,得到3-四氢呋喃甲醇33.4kg,纯度99.5%,收率93.8%。
实施例4
通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,具体制备方法如下:
向1000L的反应釜中加入2,5-二氢呋喃35kg、乙二醇二乙醚140kg、多聚甲醛16.5kg和三氯化铝0.35kg,冷冻盐水降温至-5℃,快速搅拌下通入氯化氢气体62.5kg,密闭反应釜,切换蒸汽加热升温至120℃反应7h,常温循环水降温至室温25℃,氮气压滤,滤液加入50%的氢氧化钠水溶液80kg,蒸汽加热升温至90℃,搅拌8h,开启真空由-0.07MPa增加至-0.09MPa,减压蒸馏至釜内液体水含量10%以下,有大量白色固体析出,降温至室温压滤,滤液减压精馏产品,得到3-羟甲基-2,5-二氢呋喃27.1kg,收率54.2%,纯度97.5%。
向500L的高压釜中加入3-羟甲基-2,5-二氢呋喃27.1kg,加入仲丁醇135kg,加入钯碳3kg,氢气置换3次,氢气加压0.2MPa,50℃反应5h,降温至室温25℃,氮气压滤,减压精馏,得到3-四氢呋喃甲醇25.7kg,纯度99.5%,收率93.1%。
实施例5
通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,具体制备方法如下:
向1000L的反应釜中加入2,5-二氢呋喃68kg、二甲苯272kg、多聚甲醛30.6kg和三氟醋酸锌0.68kg,冷冻盐水降温至-5℃,快速搅拌下通入氯化氢气体39kg,密闭反应釜,切换蒸汽加热升温至110℃反应8h,常温循环水降温至室温25℃,氮气压滤,滤液加入50%的氢氧化钠水溶液116.6kg,蒸汽加热升温至90℃,搅拌8h,开启真空由-0.07MPa增加至-0.09MPa,减压蒸馏至釜内液体水含量10%以下,有大量白色固体析出,降温至室温压滤,滤液减压精馏产品,得到3-羟甲基-2,5-二氢呋喃45.5kg,收率46.8%,纯度97.6%。
向500L的高压釜中加入3-羟甲基-2,5-二氢呋喃45.5kg,加入叔丁醇180kg,加入雷尼镍4.5kg,氢气置换3次,氢气加压0.3MPa,50℃反应5h,降温至室温25℃,氮气压滤,减压精馏,得到3-四氢呋喃甲醇43.67kg,纯度99.6%,收率94.1%。
实施例6
通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,具体制备方法如下:
向1000L的反应釜中加入2,5-二氢呋喃45kg、庚烷180kg、多聚甲醛21.2kg和三氟醋酸锌0.45kg,冷冻盐水降温至-5℃,快速搅拌下通入氯化氢气体28.2kg,密闭反应釜,切换蒸汽加热升温至120℃反应8h,常温循环水降温至室温25℃,氮气压滤,滤液加入50%的氢氧化钠水溶液102.8kg,蒸汽加热升温至90℃,搅拌8h,开启真空由-0.07MPa增加至-0.09MPa,减压蒸馏至釜内液体水含量10%以下,有大量白色固体析出,降温至室温压滤,滤液减压精馏产品,得到3-羟甲基-2,5-二氢呋喃30.5kg,收率47.4%,纯度98.2%。
向500L的高压釜中加入3-羟甲基-2,5-二氢呋喃30.5kg,加入异丙醇120kg,加入钯碳3kg,氢气置换3次,氢气加压0.4MPa,50℃反应5h,降温至室温25℃,氮气压滤,减压精馏,得到3-四氢呋喃甲醇29.5kg,纯度99.5%,收率94.8%。
实施例7
通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,具体制备方法如下:
向1000L的反应釜中加入2,5-二氢呋喃57kg、辛烷230kg、多聚甲醛25.65kg和四氯化钛0.6kg,冷冻盐水降温至-5℃,快速搅拌下通入氯化氢气体39kg,密闭反应釜,切换蒸汽加热升温至110℃反应8h,常温循环水降温至室温25℃,氮气压滤,滤液加入50%的氢氧化钠水溶液100kg,蒸汽加热升温至90℃,搅拌8h,开启真空由-0.07MPa增加至-0.09MPa,减压蒸馏至釜内液体水含量10%以下,有大量白色固体析出,降温至室温压滤,滤液减压精馏产品,得到3-羟甲基-2,5-二氢呋喃43kg,收率52.8%,纯度97.4%。
向500L的高压釜中加入3-羟甲基-2,5-二氢呋喃43kg,加入叔丁醇170kg,加入雷尼镍4.3kg,氢气置换3次,氢气加压0.4MPa,50℃反应5h,降温至室温25℃,氮气压滤,减压精馏,得到3-四氢呋喃甲醇41.7kg,纯度99.6%,收率95.1%。
实施例8
通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,具体制备方法如下:
向1000L的反应釜中加入2,5-二氢呋喃62kg、DMF250kg、多聚甲醛29.2kg和四氯化钛0.62kg,冷冻盐水降温至-5℃,快速搅拌下通入氯化氢气体38.8kg,密闭反应釜,切换蒸汽加热升温至120℃反应8h,常温循环水降温至室温25℃,氮气压滤,滤液加入50%的氢氧化钠水溶液141.7kg,蒸汽加热升温至90℃,搅拌8h,开启真空由-0.07MPa增加至-0.09MPa,减压蒸馏至釜内液体水含量10%以下,有大量白色固体析出,降温至室温压滤,滤液减压精馏产品,得到3-羟甲基-2,5-二氢呋喃50.8kg,收率57.4%,纯度97.2%。
向500L的高压釜中加入3-羟甲基-2,5-二氢呋喃50.8kg,加入异丙醇200kg,加入钯碳5kg,氢气置换3次,氢气加压0.5MPa,50℃反应5h,降温至室温25℃,氮气压滤,减压精馏,得到3-四氢呋喃甲醇49.5kg,纯度99.5%,收率95.5%。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,其特征在于,包括:
①在有机溶剂中,2,5-二氢呋喃在催化剂A的作用下与多聚甲醛和氯化氢反应,得到氯甲基-2,5-二氢呋喃;
②氯甲基2,5-二氢呋喃在氢氧化钠溶液中水解得到羟甲基-2,5-二氢呋喃,蒸馏得到粗品;
③粗品羟甲基-2,5-二氢呋喃在催化剂B的作用下被氢气还原得到3-四氢呋喃甲醇,过滤,滤液精馏得到纯品;
所述有机溶剂为DMF、庚烷、辛烷、四氢呋喃、甲苯、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚和二甲苯的其中一种或多种;
所述催化剂A为路易斯酸;所述催化剂B为雷尼镍或钯碳;
所述步骤①中的反应温度为50~150℃;所述步骤②中的水解反应温度为80~100℃;
所述步骤③中氢气还原反应的压力为0.1~0.5MPa。
2.根据权利要求1所述的通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,其特征在于,所述氢氧化钠溶液的浓度为40%-50%。
3.根据权利要求1所述的通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,其特征在于,所述催化剂A为无水氯化锌、无水三氯化铝、无水三氟醋酸锌或无水四氯化钛。
4.根据权利要求1所述的通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,其特征在于,所述氯化氢与多聚甲醛的摩尔比为1:1~3。
5.根据权利要求4所述的通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,其特征在于,所述氯化氢与多聚甲醛的摩尔比为1:1.5。
6.根据权利要求1所述的通过Prins反应合成3-四氢呋喃甲醇的新工艺,其特征在于,所述步骤①中的反应温度为100~120℃。
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Denomination of invention: A new process for the synthesis of 3-Tetrahydrofuran methanol by PRINS reaction

Effective date of registration: 20220531

Granted publication date: 20191224

Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Chengdu branch

Pledgor: CHENGDU ORGANOCHEM Co.,Ltd.

Registration number: Y2022510000153

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Date of cancellation: 20230608

Granted publication date: 20191224

Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Chengdu branch

Pledgor: CHENGDU ORGANOCHEM Co.,Ltd.

Registration number: Y2022510000153

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Denomination of invention: A new process for synthesizing 3-tetrahydrofuran methanol through the Prins reaction

Effective date of registration: 20230613

Granted publication date: 20191224

Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Chengdu branch

Pledgor: CHENGDU ORGANOCHEM Co.,Ltd.

Registration number: Y2023510000146

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