CN108752205A - 一种(r)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂的工业化生产改进工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可用做阻根剂的(R)‑2‑(4‑氯‑2‑甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂的工业化生产改进工艺，该生产工艺的特征在于：甲苯做溶剂，三乙胺作缚酸剂，吡啶类为催化剂时，L‑乳酸乙酯与对甲苯磺酰氯发生磺化，得到相应的磺酰酯中间产物。在氢氧化钠促进下，磺酰酯中间产物与4‑氯邻甲酚醚化，得到芳香醚酯化合物。在特定的温度压力下，该类醚酯化合物与正辛醇进行酯交换，得到(R)‑2‑(4‑氯‑2‑甲基苯氧)丙酸辛酯。本发明提供的生产改进工艺得到的(R)‑2‑(4‑氯‑2‑甲基苯氧)丙酸辛酯光学含量高，原料的光学损失较小，收率高，可直接用于耐根穿刺防水卷材的工艺生产使用。本生产工艺具有较大的应用前景。

Description

一种(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂的工业化生 产改进工艺
技术领域
本发明涉及有机合成工业化生产领域，更具体地，涉及一种(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧) 丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺。
背景技术
随着全球气候变暖，温室效应的提高，目前国家大力提倡“海绵城市”建设和绿色建筑，绿色屋面在建筑物设计中代表着一种重要元素，引领着今后绿色环保建筑的潮流。耐根穿刺防水卷材在此建筑潮流中发挥着不可或缺的作用，化学阻根剂在耐根穿刺材料的生产和使用中有着举足轻重的地位，工业生产上对此需求量也是与日俱增。现市场上可用的化学阻根剂几乎被德国朗盛、奥地利碧谢霍夫曼等几个全球较大的化工产品生产公司所垄断。
据研究报道，(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯在合适的剂量下对根系较为发达的常绿灌木和小乔木根系的主根生长具有一定的抑制效果，起到培养侧根系生长的作用，可将此应用到屋面种植技术和耐根穿刺防水卷材中。经过文献调研，有关该手性化合物的实验室合成研究凤毛麟角，对其工业化生产工艺的尝试更是微乎其微，于是寻求简便、环保、低成本、高产率的合成这类化合物的工业化生产工艺既是挑战又是机遇。
先前在实验室以手性L-乳酸乙酯为原料，经过磺化、醚化和酯交换最终以较高产率合成了可用作阻根剂的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯。但在实验室制备方法的基础上进行工艺放大生产时发现：磺化反应后处理蒸馏溶剂甲苯时耗时较长，对磺酰酯中间产物的手性有一定的影响；醚化反应进行到一定时间后原料有剩余的情况下，体系中会出现其他不明杂质，影响芳香醚酯化合物的收率和纯度；酯交换反应进行到一定程度后，原料芳香醚酯化合物转化速度变慢，使得整个酯交换过程延长，影响最终产物的收率和纯度。因此，探究更有利于工业化生产的工艺方案对满足(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯的市场需求和推广显得至关重要。
发明内容
有鉴于此，本发明为克服基于实验室制备方法应用到工业生产中遇到的至少一种问题，提供一种(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺，该生产工艺反应条件温和、成本低廉、工艺操作简便，从而在一定程度上推动了该化合物实现大规模生产的远景。
为了解决上述存在的技术问题，本专利采用下述技术方案：
一种(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺，包括如下步骤：
S1.将L-乳酸乙酯与对甲苯磺酰氯在溶剂甲苯中，缚酸剂三乙胺、催化剂吡啶类化合物促进下进行磺化反应，经过分液、水洗、蒸馏后得到(S)-2-对甲苯磺酰丙酸乙酯；
S2.以DMF作溶剂，将步骤S1制得的(S)-2-对甲苯磺酰丙酸乙酯与4-氯邻甲酚在氢氧化钠促进下进行醚化反应，经过萃取、碱洗、水洗、蒸馏后得到(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸乙酯；
S3.将步骤S2制得的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸乙酯与正辛醇进行酯交换反应，经过蒸馏后得到(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯。
本工业化生产改进工艺于甲苯中，三乙胺和吡啶类化合物促进下，以廉价的L-乳酸乙酯为手性原料与对甲苯磺酰氯经过磺化，再经过一系列工业上常规的分液，水洗，蒸馏后得到的(S)-2-对甲苯磺酰丙酸乙酯与4-氯邻甲酚在氢氧化钠的促进下醚化，经萃取，碱洗，水洗，蒸馏后可得纯度较高的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸乙酯，该手性化合物进一步与正辛醇进行酯交换，蒸馏后以较高收率直接得到最终的工业产物(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯。该生产工艺操作条件简便，对设备要求一般，工业废气废水少，绿色环保。
进一步地，步骤S1中，所述催化剂为DMAP(4-二甲氨基吡啶)，所述催化剂的用量为0.5-0.8mol％。更优选地，所述催化剂的用量为0.5-0.7mol％。最优选地，所述催化剂的用量为0.6mol％。
进一步地，步骤S1中，溶剂甲苯的气相检测含量≤20％时停止蒸馏得到(S)-2-对甲苯磺酰丙酸乙酯，粗产物(S)-2-对甲苯磺酰丙酸乙酯中溶剂甲苯有一定的残余量也满足后续工艺要求，还能降低蒸馏过程对手性产物(S)-2-对甲苯磺酰丙酸乙酯的手性的影响。
进一步地，步骤S2中，反应过程中取样气相检测测得反应物含量降低速度小且pH值<9时，补加氢氧化钠，补加氢氧化钠的质量是投料时氢氧化钠质量的3～20％；更优选地，补加氢氧化钠的质量是投料时氢氧化钠质量的5～15％；最优选地，补加氢氧化钠的质量是投料时氢氧化钠质量的10％。
进一步地，步骤S2中，醚化反应后用正庚烷进行萃取。工业化生产时发现使用石油醚萃取时，反应液变浑浊，分层不明显，不但延长后处理时间，损失产物，体系杂质还会变多。采用正庚烷萃取能够提高纯度和收率。
进一步地，步骤S3中，将温度升至110～120℃后将体系压力升至-0.05～-0.1MPa，再将步骤S2制得的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸乙酯与正辛醇进行酯交换反应，可缩短酯交换反应时间。
进一步地，步骤S3中，蒸馏时将温度升至140℃，此温度下蒸馏时间不超过27h对产物的光学活性无明显影响。更优选地，所述蒸馏为减压蒸馏，减压蒸馏时温度由110℃慢慢升到130℃，此温度下蒸馏时间不超过27h对产物的光学活性也无明显影响。
本专利与现有技术相比较有如下有益效果：本工业化生产改进工艺与之前实验室制备方法相比较解决了如下工业化生产中遇到的问题：手性L-乳酸乙酯与对甲苯磺酰氯进行磺化时，加入催化剂能大大缩短反应时间；醚化时对磺化的产物溶剂残余量要求放宽，可节约时间成本，同时降低蒸馏过程对产物手性的影响；醚化反应工业上放大生产时出现的时间延长，杂质增加可通过加入氢氧化钠解决，提高醚化产物的纯度；酯交换反应在放大量生产时时间会延长，通过适当的对反应体系加压可缩短反应时间，提高转化率，最终以较高收率得到 (R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯。整个工艺流程反应条件温和，操作简便，成本低廉，具有较大的应用前景。
附图说明
图1是磺化反应的工业化生产工艺流程示意图；
图2是醚化反应的工业化生产工艺流程示意图；
图3是酯交换反应的工业化生产工艺流程示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。下面结合具体实施例对本专利做进一步详细说明。
实施例1
一种(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺，如图1～3所示，包括如下步骤：
S1.(S)-2-对甲苯磺酰丙酸乙酯的合成工艺：
于2000L反应釜中，加入766kg甲苯、220kg TsCl、140kg L-乳酸乙酯、0.85kgDMAP，控温至25～30℃下滴加140kg三乙胺(放热反应，三乙胺易挥发，抽入三乙胺时应采用憋压抽料)，溶液变浑浊，常温下继续搅拌反应，约8小时后取样气相检测体系中TsCl含量＜1％反应合格。
反应完成后，往反应釜中加水220L，搅拌分层，分去下层水相，上层有机相再用110L 水洗涤2次，将所得的有机相减压蒸馏回收甲苯，回收甲苯温度控制小于80℃。当气相检测甲苯残留量≤20％时，停止蒸馏，降温，产物装桶，可得270kg淡黄色产物。
S2.(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸乙酯的合成工艺：
于2000L反应釜中，加入787.2kg DMF、173.6kg4-氯邻甲酚(放热，需加热熔后再抽入釜内)，控温25～30℃分次加入48.7kg氢氧化钠(放热)，加完后，控温25～30℃下滴加276.2kg 步骤S1制得的(S)-2-对甲苯磺酰丙酸乙酯，滴完常温下搅拌反应4～5h取样检测气相，同时测 pH值，若原料含量降低很慢，且pH值＜9时，则补加投料时所加氢氧化钠量的5％(2.45kg)，继续反应12h后，中控，原料(S)-2-对甲苯磺酰丙酸乙酯含量＜1％，反应合格，停止反应。
反应完成后，于搅拌下控温25～30℃加入水720kg将反应液稀释后(放热，须控温至 25～30℃)，往反应液中加入206L正庚烷萃取，分液分出下层无机相，上层有机相转移后，下层无机相返回到釜中再用206L正庚烷萃取一次，分液合并有机相约700L。有机相用3％氢氧化钠溶液洗涤3次，每次103kg，至气相检测有机相中无4-氯邻甲酚，有机相再用200L水洗涤后检测pH值为中性。将所得的有机相减压蒸馏回收正庚烷，回收正庚烷温度控制＜70℃。待气相检测正庚烷残留量＜1％时，停止蒸馏，冷却降至室温，产物装桶，可得192kg淡黄色产物。
S3.(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯的合成工艺：
于装有分水器的500L反应釜内，加入160kg步骤S2制得的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧) 丙酸乙酯、4.16kg T-12、150kg正辛醇，控制温度至110～120℃，搅拌反应0.5h后，开启真空度为-0.05～-0.1MPa左右，确保大部分乙醇被蒸出，促进反应的正向进行，反应约2～3h若在 -0.05～-0.07MPa下无馏分蒸出，取样气相中控，至(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸乙酯含量＜1％，反应合格，停止反应。减压蒸馏回收正辛醇，减蒸温度110～130℃，真空度＜-0.1MPa，直至气相检测正辛酯含量≥90％。合格后，开冷却水降温，降至室温后装桶，最终得黄色液体产物(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，步骤S1中DMAP的用量为0.70kg，其他同实施例1。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，步骤S1中DMAP的用量为0.99kg，其他同实施例1。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，步骤S1中DMAP的用量为1.13kg，其他同实施例1。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于，步骤S2中，反应过程中补加氢氧化钠的用量为1.46kg，其他同实施例1。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于，步骤S2中，反应过程中补加氢氧化钠的用量为4.87kg，其他同实施例1。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于，步骤S2中，反应过程中补加氢氧化钠的用量为6.33kg，其他同实施例1。
实施例8
本实施例与实施例1的区别在于，步骤S2中，反应过程中补加氢氧化钠的用量为7.31kg，其他同实施例1。
实施例9
本实施例与实施例1的区别在于，步骤S2中，反应过程中补加氢氧化钠的用量为9.74kg，其他同实施例1。
实施例10
本实施例与实施例1的区别在于，步骤S3中，蒸馏时控制温度至120℃，其他同实施例1。
实施例11
本实施例与实施例1的区别在于，步骤S3中，蒸馏时控制温度至140℃，其他同实施例1。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，步骤S1中，不使用催化剂，其他同实施例1。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，步骤S2中，往反应液中加入石油醚代替正庚烷进行萃取，其他同实施例1。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，步骤S2中，不额外添加氢氧化钠，其他同实施例1。
测定方法：
1.产物产率的测定
通过称量法测定步骤S1、S2及S3每一步反应的反应物及生成物的重量并通过计算测得各制备步骤的产物产率。
2.产物有效含量的测定
通过气相色谱仪进行跟踪检测，归一法测定各组分的含量。
3.产物光学含量的测定
选用数字旋光仪分别测定步骤S1、S2及S3目标产物的旋光度，光活性物质的旋光度与其浓度、测试温度、光波波长等因素密切相关。但是，在一定条件下，每一种光活性物质的旋光度为一常数，用比旋光度[α]表示：
其中，α为旋光仪测试值；c为样品溶液浓度，以lmL溶液所含样品克数表示；l为盛液管长度，单位为dm；λ为光源波长，通常采用钠光源，以D表示；t为测试温度。
测试条件：20℃下，所有待测液浓度均为0.01g/mL的无水乙醇溶液，盛液管长度为2dm，使用钠光源进行测试。
光学纯度(P)定义为：实测产物比旋光度与光学纯标准对照品的比旋光度之比
标准样品的比旋光度与产物(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯比旋光度的测试在相同的条件下进行，据以上方法测得的[α]D标样＝+16.0°。
表1：实施例1～11及对比例1～3的测定结果
根据表1数据可知，以上实施例的反应条件都较为温和，产物光学含量较高，产率较高。从实施例1～4以及对比例1的实验数据可知，步骤S1中催化剂的使用对反应的进行起着关键作用，催化剂DMAP的用量影响步骤S1反应产物的产率、有效含量和比旋光度，以实施例1催化剂DMAP用量为0.6mol％时得到产物的各项数据为最佳；从实施例1、5～9以及对比例3的实验数据可知，步骤S2反应过程中补加氢氧化钠能够有效提高产物的产率、有效含量和比旋光度，尤其以实施例6为最佳；从实施例1、10～11可知，步骤S3中蒸馏过程的温度影响产物有效含量和比旋光度的平衡；从实施例1和对比例2的实验数据可知，工业化生产过程中步骤S2选用正庚烷作为萃取剂有利于提高产物纯度和收率。
显然，本专利的上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利所作的举例，而并非是对本专利的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将L-乳酸乙酯与对甲苯磺酰氯在溶剂甲苯中，缚酸剂三乙胺、催化剂吡啶类化合物促进下进行磺化反应，经过分液、水洗、蒸馏后得到(S)-2-对甲苯磺酰丙酸乙酯；
S2.以DMF作溶剂，将步骤S1制得的(S)-2-对甲苯磺酰丙酸乙酯与4-氯邻甲酚在氢氧化钠促进下进行醚化反应，经过萃取、碱洗、水洗、蒸馏后得到(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸乙酯；
S3.将步骤S2制得的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸乙酯与正辛醇进行酯交换反应，经过蒸馏后得到(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯。
2.根据权利要求1所述的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺，其特征在于，步骤S1中，所述催化剂为DMAP，所述催化剂的用量为L-乳酸乙酯用量的0.5-0.8mol％。
3.根据权利要求1所述的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺，其特征在于，步骤S1中，溶剂甲苯的气相检测含量≤20％时停止蒸馏得到(S)-2-对甲苯磺酰丙酸乙酯。
4.根据权利要求1所述的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺，其特征在于，步骤S2中，反应过程中取样气相检测测得反应物含量降低速度小且pH值<9时，补加氢氧化钠，补加氢氧化钠的质量是投料时氢氧化钠质量的3～20％。
5.根据权利要求4所述的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺，其特征在于，步骤S2中，补加氢氧化钠的质量是投料时氢氧化钠质量的5～15％。
6.根据权利要求5所述的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺，其特征在于，步骤S2中，补加氢氧化钠的质量是投料时氢氧化钠质量的10％。
7.根据权利要求1所述的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺，其特征在于，步骤S2中，醚化反应后用正庚烷进行萃取。
8.根据权利要求1所述的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺，其特征在于，步骤S3中，将温度升至110～120℃后将体系压力升至-0.05～-0.1MPa，再将步骤S2制得的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸乙酯与正辛醇进行酯交换反应。
9.根据权利要求1所述的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺，其特征在于，步骤S3中，蒸馏时温度升至140℃。
10.根据权利要求1所述的(R)-2-(4-氯-2-甲基苯氧)丙酸辛酯阻根剂工业化生产改进工艺，其特征在于，步骤S3中，所述蒸馏为减压蒸馏，减压蒸馏时温度由110℃慢慢升到130℃。
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