CN109651432B - 一种制备o,o-二甲基-s-(n-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农药技术领域，具体涉及一种制备O,O‑二甲基‑S‑(N‑甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的方法。本发明首次以氯乙酰氯、亚磷酸二甲酯为原料制备O,O‑二甲基‑S‑(N‑甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯，制备出的产品产率、纯度高，制备过程不产生废液，制备工艺简单，反应的母液(例如步骤(1)、(3)的母液)不需要处理并且可以循环使用6‑8次，并且在进一步提高产品收率的同时，产品仍保持较高的纯度，使产品的质量得到保证。使用本发明方法，通过反应体系的优化和反应细节的选择，每一步反应均能达到较高的收率。此外，使用本发明方法，在反应完成后，经过简单的后处理步骤，得到的产品含水量可低至0.032％，解决了产品因含水量高而分解的问题。
Description
技术领域
本发明属于农药技术领域，具体涉及一种制备O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的方法。
背景技术
O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯(简称氧化乐果)是一种高效低毒的有机磷杀虫杀螨剂，特别适用于防治刺吸性害虫，广泛用于红蜘蛛、蚜虫、棉蚜、粉虱、蓟马、蚧壳虫、青虫的防治。目前氧化乐果的生产方法有异氰酸甲酯法、硫代硫酸钠法和三氯化磷后胺解法，我国目前普遍采用三氯化磷后胺解法，该生产方法具有原料易得，生产比较安全等优点，但是此合成方法会产生大量的废氨水、废甲醇、废氯乙酸甲酯、废氯仿等废液，制备工艺复杂，产品纯度低(80-88％)。而且，O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯会因水的存在而分解，目前生产的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯存在含水量高的问题，产品的含水量为1-3％。
因此，开发出一种工艺简单、收率高、产品纯度高的制备方法具有重要的理论和实际应用价值。
发明内容
为改善上述技术问题，本发明提供一种制备O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)氯乙酰氯与甲胺进行反应，得到2-氯-N-甲基乙酰胺；
(2)亚磷酸二甲酯与硫、甲醇钠进行反应，得到O,O-二甲基硫代磷酸钠；
(3)2-氯-N-甲基乙酰胺与O,O-二甲基硫代磷酸钠进行反应，得到O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯。
根据本发明的实施方案，步骤(1)中，
氯乙酰氯与甲胺的摩尔比为1:(1-4)，优选为1:(1.2-4)，例如1:1.2、1:1.5、1:2、1:4；
所述甲胺优选为甲胺水溶液，所述甲胺水溶液的质量分数可以为20％-60％，优选为30％-50％，例如40％；
所述反应优选进一步加入溶剂，所述溶剂优选为水；
根据本发明的实施方案，所述溶剂与氯乙酰氯的用量比可以为(80-365):1mL/mol，优选为(100-345):1mL/mol，例如345:1mL/mol、171:1mL/mol、104:1mL/mol、128:1mL/mol；
所述反应的温度为(-20℃)-0℃，例如-15℃；
所述反应的时间为2-10小时，例如5小时；
所述反应具体为：氯乙酰氯添加至甲胺中，添加方式优选为滴加；
添加氯乙酰氯的温度可以为(-20℃)-(-10℃)，例如-20℃、-17℃、-15℃；
根据本发明的实施方案，所述反应可以为：氯乙酰氯添加至甲胺水溶液中；
根据本发明的实施方案，所述反应还包括后处理步骤；所述后处理步骤包括：将得到的产物用溶剂萃取，干燥；
所述萃取使用的溶剂可以为卤代烃类溶剂，例如二氯甲烷；
根据本发明的实施方案，进一步的，可以将步骤(1)反应的母液循环利用，优选地，循环利用6-8次，所述母液循环利用后可进一步提高收率；
进行母液重复利用时，所述母液与氯乙酰氯的用量比可以为(200-290):1mL/mol，优选为(228-260):1mL/mol，例如228:1mL/mol、260:1mL/mol。
根据本发明的实施方案，步骤(2)中，
亚磷酸二甲酯与硫与甲醇钠的摩尔比为1:(1-3):(1-3)，例如1:1:1；
优选地，所述甲醇钠可以采用市售原料(如固体甲醇钠或甲醇钠的甲醇溶液)或通过反应制备得到；
进一步地，所述甲醇钠可通过钠与甲醇制备得到；所述甲醇与钠的用量比可以为(320-505):1mL/mol，优选为(350-475):1mL/mol，例如450:1mL/mol；优选的，可以将钠加入过量甲醇。
更优选的，所述步骤(2)中的甲醇钠采用甲醇钠的甲醇溶液形式。
所述反应的温度可以为45-55℃，例如50℃；
所述反应的时间可以为3-7小时，例如5小时；
作为实例，所述反应可以具体为：将钠加入甲醇中，优选分批次加入；加毕，待温度降至一定温度(例如45℃以下，如40℃)时加入亚磷酸二甲酯与甲醇，加毕后反应一段时间(例如10-30分钟，如20分钟)，加入硫，优选分批次加入；加毕后进行反应；
优选地，将钠加入甲醇后，优选滴加亚磷酸二甲酯与甲醇所形成的溶液；
所述先加入的甲醇与后加入的甲醇的体积比可以为(3-7):1，例如5:1；所述先加入的甲醇与亚磷酸二甲酯的用量比可以为(300-450):1mL/mol，优选为(350-400):1mL/mol，例如375:1mL/mol；所述后加入的甲醇与亚磷酸二甲酯的用量比可以为(25-125):1mL/mol，优选为(50-100):1mL/mol，例如75:1mL/mol；
根据本发明的实施方案，所述反应还包括后处理步骤；所述后处理步骤包括：除去未反应的反应物、除溶剂、洗涤、干燥的步骤；
作为实例，未反应的硫可以通过过滤除去；溶剂可以通过旋蒸除去；洗涤所使用的溶剂可以为水与丙酮的混合溶剂。
根据本发明的实施方案，步骤(3)中，
所述O,O-二甲基硫代磷酸钠与2-氯-N-甲基乙酰胺的摩尔比可以为1:(0.5-1.5)，优选为1:(0.9-1)，例如1:1、1:0.9；
所述反应可以在溶剂中进行，所述溶剂可以选自有机溶剂，优选为醇类溶剂，例如甲醇；
所述溶剂与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比可以为(500-645):1mL/mol，优选为(545-600):1mL/mol，例如545:1mL/mol、600:1mL/mol；
所述反应可以加入碘化物，所述碘化物可以选自碘化钠、碘化钾，例如碘化钾；
所述碘化物与O,O-二甲基硫代磷酸钠的摩尔比可以为(0.01-0.09):1，优选为(0.01-0.05):1，例如0.025:1、0.045:1、0.05:1；
所述反应的温度可以为55-75℃，例如65℃；
所述反应的时间可以为8-12小时，例如10小时；
根据本发明的实施方案，所述反应还包括后处理步骤；所述后处理步骤包括：过滤滤除反应生成的盐、除溶剂的步骤；
作为实例，溶剂可以通过旋蒸除去。
根据本发明的实施方案，可将步骤(3)反应的母液进一步循环利用，优选地，循环利用6-8次，所述母液循环后可进一步提高收率；
进行母液重复利用时，所述母液与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比可以为(590-675):1mL/mol，优选为(620-645):1mL/mol，例如620:1mL/mol、645:1mL/mol；
进行母液重复利用时，还包括向母液中加入溶剂使母液与溶剂的总量达到指定值的步骤；母液与溶剂的总量与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比可以为(570-695):1mL/mol，优选为(640-665):1mL/mol，例如650:1mL/mol；加入的溶剂与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比可以为(10-50):1mL/mol，优选为(20-40):1mL/mol，例如30:1mL/mol；所述溶剂具有上述定义。
作为实例，所述制备O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的方法包括以下步骤：
(1)将1当量的氯乙酰氯滴加到1-4当量的20％-60％(质量分数)的甲胺水溶液和水中，保持滴加温度在(-20℃)-(-10℃)，在(-20℃)-0℃下反应2-10小时，反应结束后，萃取，干燥，得到2-氯-N-甲基乙酰胺；
所述水与氯乙酰氯的用量比为(80-365):1mL/mol；所述萃取优选采用二氯甲烷；
(2)将1-3当量的金属钠加入到甲醇中，加毕，待温度降至45℃以下时加入1当量的亚磷酸二甲酯与甲醇形成的溶液，滴加完毕后反应10-30分钟，加入1-3当量的硫粉，加毕后45-55℃反应3-7个小时，反应结束后过滤，蒸除溶剂，洗涤，干燥，得到O,O-二甲基硫代磷酸钠；
所述先加入的甲醇与后加入的甲醇的体积比为(3-7):1；所述先加入的甲醇与亚磷酸二甲酯的用量比为(300-450):1mL/mol；所述后加入的甲醇与亚磷酸二甲酯的用量比为(25-125):1mL/mol；所述洗涤优选采用水和丙酮(例如体积比为1:5的水和丙酮)；
(3)将1当量的O,O-二甲基硫代磷酸钠、0.5-1.5当量的2-氯-N-甲基乙酰胺、0.01-0.05当量的碘化物和溶剂混合，55-75℃下反应8-12个小时，反应结束后，过滤，蒸除溶剂，得到O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯；
优选地，所述溶剂选自醇类溶剂；
所述溶剂与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比为(500-645):1mL/mol。
本发明的有益效果
1、本发明首次采用氯乙酰氯、亚磷酸二甲酯为原料制备O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯，相较于直接的氯乙酰甲胺法，工艺简单，绿色环保，产品纯度高，且发明人经过多次中试以上大规模生产实验发现，由于选择了自氯乙酰氯、亚磷酸二甲酯为起始原料，经三步合成目标产品的路线，反应试剂可实现大规模的重复利用，反应过程中的母液(例如步骤(1)、(3)的母液)不需要处理即可循环使用6-8次，并且在进一步提高产品收率和节约反应试剂成本的同时，产品仍保持较高的纯度，使产品的质量得到保证。
2、氯乙酰甲胺法即先胺解法，采用氯乙酸甲酯与甲胺的水溶液或甲胺的醇溶液反应制备氯乙酰甲胺，此工艺步骤会产生废甲醇、废乙醇和废氯乙酸甲酯，即使采用回收后再套用，也需要较大的能源消耗，并且产生环境污染；氯乙酸甲酯在甲胺水溶液反应时，在碱性条件下氯乙酸甲酯与水发生分解，生成氯乙酸，使反应产率降低，副产物增多，导致最终产品O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的纯度和收率都较低。本发明方法改善了氯乙酰甲胺法的缺点，本发明的路线更加适用于工业化大生产，本发明方法采用较低温下搅拌反应，经过简单的抽滤、干燥即可得到O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯产品，反应母液不需要处理就能重复使用6-8次，本发明工艺具有生产工艺简单、绿色环保、操作简单等优点。
3、使用本发明方法，通过反应体系的优化和反应细节的选择，每一步反应均能达到较高的收率。尤其是第三步反应中，针对反应试剂和条件的反复试验研究和优化，发现O,O-二甲基硫代磷酸钠在甲醇中的溶解度大于在丙酮、甲苯、乙酸乙酯、乙腈等中的溶解度，使用甲醇为反应溶剂反应效果更好；通过加入碘化物，可以将反应原料2-氯-N-甲基乙酰胺中氯取代基部分置换为碘取代基，2-碘-N-甲基乙酰胺反应活性高于2-氯-N-甲基乙酰胺反应活性，起到催化作用，可以提高反应速率，降低反应温度，减少反应时间，同时得到了高收率和高纯度的产品。
4、本发明方法制备得到的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的产品纯度高，产品纯度高达95.66％以上，最高可达到96.72％，比现有工业大生产使用的工艺(通常采用三氯化磷后胺解法)制备的产品纯度(86％)提高近10个百分点，比氯乙酰甲胺法制备出的产品纯度(90％)提高近7个百分点。此外，使用本发明方法，在反应完成后，经过简单的抽滤和蒸除溶剂步骤，得到的产品含水量可小于0.1％，含水量可低至0.032％，解决了产品因含水量高而分解的问题，与氯乙酰甲胺法(即先胺解法)和三氯化磷后胺解法相比，本发明方法不产生废氨水、废甲醇、废氯乙酸甲酯、废氯仿等废液，避免了废液对环境的污染，是绿色的制备工艺，还具有明显的经济效益、社会效益和环境效益。
附图说明
图1为本发明制备O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的反应式。
图2为本发明制备出的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的红外光谱图。
图3为本发明实施例4制备出的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的气相色谱-质谱联用分析图。其中，色谱图中，保留时间为2.121min的峰面积为573496，保留时间为3.865min的峰面积为16916306。保留时间为2.121min的峰面积(573496)占总峰面积(573496+16916306)的比例为3.28％，保留时间为3.865min的峰面积(16916306)占总峰面积(573496+16916306)的比例为96.72％。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例1
(1)2-氯-N-甲基乙酰胺的制备
将11.5mL(0.145mol)的氯乙酰氯滴加到55mL(0.58mol)的40％(质量分数)的甲胺水溶液和50mL的水中，保持滴加温度在-20℃，在-15℃下反应5小时，反应结束后用二氯甲烷萃取三次，用无水氯化钙干燥，抽滤滤除干燥剂、旋蒸除去溶剂，得到无色固体，通过减压蒸馏收集84-90℃(真空度为10mmHg)的馏分即为2-氯-N-甲基乙酰胺，得到13.86克白色晶体，收率为88.9％；熔点：45-46℃；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):6.61(br,1H),4.06(s,2H),2.87(d,3H)。
(2)O,O-二甲基硫代磷酸钠的制备
将9.28g(0.4mol)的金属钠分批次加入到150mL的无水甲醇中，加毕，待温度降至40℃时开始滴加44g(0.4mol)的亚磷酸二甲酯的甲醇溶液(30mL)，滴加完毕后反应20分钟，分批次加入12.8g(0.4mol)的硫粉，加毕后50℃反应5个小时，待自然降至室温后，过滤除去未反应硫，旋蒸除去溶剂，即得到白色的O,O-二甲基硫代磷酸钠固体，用体积比为1:5的水和丙酮洗涤一次，60℃真空干燥10个小时，得到白色针状晶体O,O-二甲基硫代磷酸钠63.22克，收率96.31％；熔点：195.2-196.6℃；1H NMR(400MHz,CD3OD)δ(ppm):3.62(d,6H)。
(3)O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的制备
将32.82g(0.2mol)的O,O-二甲基硫代磷酸钠、21.5g(0.2mol)的2-氯-N-甲基乙酰胺、1.66g(0.01mol)的碘化钾和120mL的甲醇加入到250mL的三颈瓶中，65℃下反应10个小时后停止加热，待自然降至室温后，过滤滤除反应生成的盐，旋蒸除去溶剂，即得到淡黄色的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯39.52克，收率92.68％；经GC测试纯度为95.66％；产品含水量为0.05％。IR(ATR,cm-1):3298.2,3086.1,2999.3,2953,1653,1556.5,1456.2,1411.8,1321.2,1242.1,1180.4,1010.7,829.3,792.7,765.7,694.3,628.7；1H NMR(400MHz,DMSO-D6)δ(ppm):8.47(s,3H),3.43-3.39(m,2H),3.17-3.13(m,2H)；MS(EI)m/z:213[M+](5),156(100),110(96),79(25),58(18),28(78),18(90)。
实施例2
(1)2-氯-N-甲基乙酰胺的制备
将15.92mL(0.2mol)的氯乙酰氯滴加到34.1mL(0.4mol)的40％(质量分数)的甲胺水溶液和34.1mL的水中，保持滴加温度在-17℃，在-15℃下反应5小时，反应结束后用二氯甲烷萃取三次，用无水氯化钙干燥，抽滤滤除干燥剂、旋蒸除去溶剂，得到无色固体，通过减压蒸馏收集84-90℃(真空度为10mmHg)的馏分即为2-氯-N-甲基乙酰胺，得到19.51克白色晶体，收率为90.79％；熔点：45-46℃；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):6.61(br,1H),4.06(s,2H),2.87(d,3H)。
(2)O,O-二甲基硫代磷酸钠的制备
将9.28g(0.4mol)的金属钠分批次加入到150mL的无水甲醇中，加毕，待温度降至40℃时开始滴加44g(0.4mol)的亚磷酸二甲酯的甲醇溶液(30mL)，滴加完毕后反应20分钟，分批次加入12.8g(0.4mol)的硫粉，加毕后50℃反应5个小时，待自然降至室温后，过滤除去未反应硫，旋蒸除去溶剂，即得到白色的O,O-二甲基硫代磷酸钠固体，用体积比为1:5的水和丙酮洗涤一次，60℃真空干燥10个小时，得到白色针状晶体O,O-二甲基硫代磷酸钠63.22克，收率96.31％；熔点：195.2-196.6℃；1H NMR(400MHz,CD3OD)δ(ppm):3.62(d,6H)。
(3)O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的制备
将32.82g(0.2mol)的O,O-二甲基硫代磷酸钠、21.5g(0.2mol)的2-氯-N-甲基乙酰胺、1.66g(0.01mol)的碘化钾和120mL的甲醇加入到250mL的三颈瓶中，65℃下反应10个小时后停止加热，待自然降至室温后，过滤滤除反应生成的盐，旋蒸除去溶剂，即得到淡黄色的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯39.52克，收率92.68％；经GC测试纯度为95.66％；产品含水量为0.05％。IR(ATR,cm-1):3298.2,3086.1,2999.3,2953,1653,1556.5,1456.2,1411.8,1321.2,1242.1,1180.4,1010.7,829.3,792.7,765.7,694.3,628.7；MS(EI)m/z:213[M+](5),156(100),110(96),79(25),58(18),28(78),18(90)。
实施例3
(1)2-氯-N-甲基乙酰胺的制备
将15.92mL(0.2mol)的氯乙酰氯滴加到20.7mL(0.24mol)的40％(质量分数)的甲胺水溶液和20.7mL的水中，保持滴加温度在-15℃，在-15℃下反应5小时，反应结束后用二氯甲烷萃取三次，用无水氯化钙干燥，抽滤滤除干燥剂、旋蒸除去溶剂，得到无色固体，通过减压蒸馏收集84-90℃(真空度为10mmHg)的馏分即为2-氯-N-甲基乙酰胺，得到19.29克白色晶体，收率为89.76％；熔点：45-46℃；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):6.61(br,1H),4.06(s,2H),2.87(d,3H)。
(2)O,O-二甲基硫代磷酸钠的制备
将9.28g(0.4mol)的金属钠分批次加入到150mL的无水甲醇中，加毕，待温度降至40℃时开始滴加44g(0.4mol)的亚磷酸二甲酯的甲醇溶液(30mL)，滴加完毕后反应20分钟，分批次加入12.8g(0.4mol)的硫粉，加毕后50℃反应5个小时，待自然降至室温后，过滤除去未反应硫，旋蒸除去溶剂，即得到白色的O,O-二甲基硫代磷酸钠固体，用体积比为1:5的水和丙酮洗涤一次，60℃真空干燥10个小时，得到白色针状晶体O,O-二甲基硫代磷酸钠63.22克，收率96.31％；熔点：195.2-196.6℃；1H NMR(400MHz,CD3OD)δ(ppm):3.62(d,6H)。
(3)O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的制备
将32.82g(0.2mol)的O,O-二甲基硫代磷酸钠、21.5g(0.2mol)的2-氯-N-甲基乙酰胺、1.66g(0.01mol)的碘化钾和120mL的甲醇加入到250mL的三颈瓶中，65℃下反应10个小时后停止加热，待自然降至室温后，过滤滤除反应生成的盐，旋蒸除去溶剂，即得到淡黄色的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯39.52克，收率92.68％；经GC测试纯度为95.66％；产品含水量为0.05％。IR(ATR,cm-1):3298.2,3086.1,2999.3,2953,1653,1556.5,1456.2,1411.8,1321.2,1242.1,1180.4,1010.7,829.3,792.7,765.7,694.3,628.7；MS(EI)m/z:213[M+](5),156(100),110(96),79(25),58(18),28(78),18(90)。
实施例4
(1)2-氯-N-甲基乙酰胺的制备
将15.92mL(0.2mol)的氯乙酰氯滴加到25.6mL(0.3mol)的40％(质量分数)的甲胺水溶液和25.6mL的水中，保持滴加温度在-15℃，在-15℃下反应5小时，反应结束后用二氯甲烷萃取三次，用无水氯化钙干燥，抽滤滤除干燥剂、旋蒸除去溶剂，得到无色固体，通过减压蒸馏收集84-90℃(真空度为10mmHg)的馏分即为2-氯-N-甲基乙酰胺，得到20.28克白色晶体，收率为94.37％；熔点：45-46℃；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):6.61(br,1H),4.06(s,2H),2.87(d,3H)。
(2)O,O-二甲基硫代磷酸钠的制备
将9.28g(0.4mol)的金属钠分批次加入到150mL的无水甲醇中，加毕，待温度降至40℃时开始滴加44g(0.4mol)的亚磷酸二甲酯的甲醇溶液(30mL)，滴加完毕后反应20分钟，分批次加入12.8g(0.4mol)的硫粉，加毕后50℃反应5个小时，待自然降至室温后，过滤除去未反应硫，旋蒸除去溶剂，即得到白色的O,O-二甲基硫代磷酸钠固体，用体积比为1:5的水和丙酮洗涤一次，60℃真空干燥10个小时，得到白色针状晶体O,O-二甲基硫代磷酸钠63.22克，收率96.31％；熔点：195.2-196.6℃；1H NMR(400MHz,CD3OD)δ(ppm):3.62(d,6H)。
(3)O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的制备
将36.1g(0.22mol)的O,O-二甲基硫代磷酸钠、21.5g(0.2mol)的2-氯-N-甲基乙酰胺、1.66g(0.01mol)的碘化钾和120mL的甲醇加入到250mL的三颈瓶中，65℃下反应10个小时后停止加热，待自然降至室温后，过滤滤除反应生成的盐，旋蒸除去溶剂，即得到淡黄色的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯35.98克，收率84.38％；经GC测试纯度为96.72％；产品含水量为0.032％。IR(ATR,cm-1):3298.2,3086.1,2999.3,2953,1653,1556.5,1456.2,1411.8,1321.2,1242.1,1180.4,1010.7,829.3,792.7,765.7,694.3,628.7；MS(EI)m/z:213[M+](5),156(100),110(96),79(25),58(18),28(78),18(90)。
实施例5
(1)2-氯-N-甲基乙酰胺的制备
将15.92mL(0.2mol)的氯乙酰氯滴加到25.6mL(0.3mol)的40％(质量分数)的甲胺水溶液和25.6mL的水中，保持滴加温度在-15℃，在-15℃下反应5小时，反应结束后用二氯甲烷萃取三次，用无水氯化钙干燥，抽滤滤除干燥剂、旋蒸除去溶剂，得到无色固体，通过减压蒸馏收集84-90℃(真空度为10mmHg)的馏分即为2-氯-N-甲基乙酰胺，得到20.28克白色晶体，收率为94.37％；熔点：45-46℃；1HNMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):6.61(br,1H),4.06(s,2H),2.87(d,3H)。
(2)O,O-二甲基硫代磷酸钠的制备
将9.28g(0.4mol)的金属钠分批次加入到150mL的无水甲醇中，加毕，待温度降至40℃时开始滴加44g(0.4mol)的亚磷酸二甲酯的甲醇溶液(30mL)，滴加完毕后反应20分钟，分批次加入12.8g(0.4mol)的硫粉，加毕后50℃反应5个小时，待自然降至室温后，过滤除去未反应硫，旋蒸除去溶剂，即得到白色的O,O-二甲基硫代磷酸钠固体，用体积比为1:5的水和丙酮洗涤一次，60℃真空干燥10个小时，得到白色针状晶体O,O-二甲基硫代磷酸钠63.22克，收率96.31％；熔点：195.2-196.6℃；1H NMR(400MHz,CD3OD)δ(ppm):3.62(d,6H)。
(3)O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的制备
将32.82g(0.2mol)的O,O-二甲基硫代磷酸钠、19.35g(0.18mol)的2-氯-N-甲基乙酰胺、1.66g(0.01mol)的碘化钾和120mL的甲醇加入到250mL的三颈瓶中，65℃下反应10个小时后停止加热，待自然降至室温后，过滤滤除反应生成的盐，旋蒸除去溶剂，即得到淡黄色的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯37.28克，收率87.43％；经GC测试纯度为96.35％；产品含水量为0.039％。IR(ATR,cm-1):3298.2,3086.1,2999.3,2953,1653,1556.5,1456.2,1411.8,1321.2,1242.1,1180.4,1010.7,829.3,792.7,765.7,694.3,628.7；MS(EI)m/z:213[M+](5),156(100),110(96),79(25),58(18),28(78),18(90)。
实施例6
(1)2-氯-N-甲基乙酰胺的制备
将15.92mL(0.2mol)的氯乙酰氯滴加到25.6mL(0.3mol)的40％(质量分数)的甲胺水溶液和25.6mL的水中，保持滴加温度在-15℃，在-15℃下反应5小时，反应结束后用二氯甲烷萃取三次，用无水氯化钙干燥，抽滤滤除干燥剂、旋蒸除去溶剂，得到无色固体，通过减压蒸馏收集84-90℃(真空度为10mmHg)的馏分即为2-氯-N-甲基乙酰胺，得到20.28克白色晶体，收率为94.37％；熔点：45-46℃；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):6.61(br,1H),4.06(s,2H),2.87(d,3H)。
(2)O,O-二甲基硫代磷酸钠的制备
将9.28g(0.4mol)的金属钠分批次加入到150mL的无水甲醇中，加毕，待温度降至40℃时开始滴加44g(0.4mol)的亚磷酸二甲酯的甲醇溶液(30mL)，滴加完毕后反应20分钟，分批次加入12.8g(0.4mol)的硫粉，加毕后50℃反应5个小时，待自然降至室温后，过滤除去未反应硫，旋蒸除去溶剂，即得到白色的O,O-二甲基硫代磷酸钠固体，用体积比为1:5的水和丙酮洗涤一次，60℃真空干燥10个小时，得到白色针状晶体O,O-二甲基硫代磷酸钠63.22克，收率96.31％；熔点：195.2-196.6℃；1H NMR(400MHz,CD3OD)δ(ppm):3.62(d,6H)。
(3)O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的制备
将32.82g(0.2mol)的O,O-二甲基硫代磷酸钠、21.5g(0.2mol)的2-氯-N-甲基乙酰胺、0.83g(0.005mol)的碘化钾和120mL的甲醇加入到250mL的三颈瓶中，65℃下反应10个小时后停止加热，待自然降至室温后，过滤滤除反应生成的盐，旋蒸除去溶剂，即得到淡黄色的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯36.48克，收率85.55％；经GC测试纯度为95.66％；产品含水量为0.05％。IR(ATR,cm-1):3298.2,3086.1,2999.3,2953,1653,1556.5,1456.2,1411.8,1321.2,1242.1,1180.4,1010.7,829.3,792.7,765.7,694.3,628.7；MS(EI)m/z:213[M+](5),156(100),110(96),79(25),58(18),28(78),18(90)。
实施例7
(1)2-氯-N-甲基乙酰胺的制备反应母液的循环利用实验
将15.92mL(0.2mol)的氯乙酰氯滴加到25.6mL(0.3mol)的40％(质量分数)的甲胺水溶液和实施例4中2-氯-N-甲基乙酰胺的制备反应母液(45.6mL)中，保持滴加温度在-15℃，在-15℃下反应5小时，反应结束后用二氯甲烷萃取三次，用无水氯化钙干燥，抽滤滤除干燥剂、旋蒸除去溶剂，得到无色固体，通过减压蒸馏收集84-90℃(真空度为10mmHg)的馏分即为2-氯-N-甲基乙酰胺，得到20.78克白色晶体，收率为96.65％；熔点：45-46℃；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):6.61(br,1H),4.06(s,2H),2.87(d,3H)。
(2)O,O-二甲基硫代磷酸钠的制备
将9.28g(0.4mol)的金属钠分批次加入到150mL的无水甲醇中，加毕，待温度降至40℃时开始滴加44g(0.4mol)的亚磷酸二甲酯的甲醇溶液(30mL)，滴加完毕后反应20分钟，分批次加入12.8g(0.4mol)的硫粉，加毕后50℃反应5个小时，待自然降至室温后，过滤除去未反应硫，旋蒸除去溶剂，即得到白色的O,O-二甲基硫代磷酸钠固体，用体积比为1:5的水和丙酮洗涤一次，60℃真空干燥10个小时，得到白色针状晶体O,O-二甲基硫代磷酸钠63.22克，收率96.31％；熔点：195.2-196.6℃；1H NMR(400MHz,CD3OD)δ(ppm):3.62(d,6H)。
(3)O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的制备反应母液的循环利用实验
将实施例1中O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的制备反应母液(124mL)补加甲醇至130毫升，加入32.82g(0.2mol)的步骤(2)制备的O,O-二甲基硫代磷酸钠、21.5g(0.2mol)的步骤(1)制备的2-氯-N-甲基乙酰胺和1.66g(0.01mol)的碘化钾，65℃下反应10个小时后停止加热，待自然降至室温后，过滤滤除反应生成的盐，旋蒸除去溶剂，即得到淡黄色的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯40.75克，收率95.56％；经GC测试纯度为95.16％；产品含水量为0.047％。IR(ATR,cm-1):3298.2,3086.1,2999.3,2953,1653,1556.5,1456.2,1411.8,1321.2,1242.1,1180.4,1010.7,829.3,792.7,765.7,694.3,628.7；MS(EI)m/z:213[M+](5),156(100),110(96),79(25),58(18),28(78),18(90)。
实施例8
(1)2-氯-N-甲基乙酰胺的制备反应母液的循环利用实验
将15.92mL(0.2mol)的氯乙酰氯滴加到25.6mL(0.3mol)的40％(质量分数)的甲胺水溶液和已重复使用6次的实施例4中2-氯-N-甲基乙酰胺的制备反应母液(52mL)中，保持滴加温度在-15℃，在-15℃下反应5小时，反应结束后用二氯甲烷萃取三次，用无水氯化钙干燥，抽滤滤除干燥剂、旋蒸除去溶剂，得到无色固体，通过减压蒸馏收集84-90℃(真空度为10mmHg)的馏分即为2-氯-N-甲基乙酰胺，得到20.92克白色晶体，收率为97.3％；熔点：45-46℃；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):6.61(br,1H),4.06(s,2H),2.87(d,3H)。
(2)O,O-二甲基硫代磷酸钠的制备
将9.28g(0.4mol)的金属钠分批次加入到150mL的无水甲醇中，加毕，待温度降至40℃时开始滴加44g(0.4mol)的亚磷酸二甲酯的甲醇溶液(30mL)，滴加完毕后反应20分钟，分批次加入12.8g(0.4mol)的硫粉，加毕后50℃反应5个小时，待自然降至室温后，过滤除去未反应硫，旋蒸除去溶剂，即得到白色的O,O-二甲基硫代磷酸钠固体，用体积比为1:5的水和丙酮洗涤一次，60℃真空干燥10个小时，得到白色针状晶体O,O-二甲基硫代磷酸钠63.22克，收率96.31％；熔点：195.2-196.6℃；1H NMR(400MHz,CD3OD)δ(ppm):3.62(d,6H)。
(3)O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的制备反应母液的循环利用实验
将已重复使用6次的实施例1中O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的制备反应母液(129mL)补加甲醇至130毫升，加入32.82g(0.2mol)的步骤(2)制备的O,O-二甲基硫代磷酸钠、21.5g(0.2mol)的步骤(1)制备的2-氯-N-甲基乙酰胺和1.66g(0.01mol)的碘化钾，65℃下反应10个小时后停止加热，待自然降至室温后，过滤滤除反应生成的盐，旋蒸除去溶剂，即得到淡黄色的O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯40.98克，收率96.1％；经GC测试纯度为95.22％；产品含水量为0.044％。IR(ATR,cm-1):3298.2,3086.1,2999.3,2953,1653,1556.5,1456.2,1411.8,1321.2,1242.1,1180.4,1010.7,829.3,792.7,765.7,694.3,628.7；MS(EI)m/z:213[M+](5),156(100),110(96),79(25),58(18),28(78),18(90)。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。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 (19)
1.一种制备O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)氯乙酰氯与甲胺进行反应，得到2-氯-N-甲基乙酰胺；
(2)亚磷酸二甲酯与硫、甲醇钠进行反应，得到O,O-二甲基硫代磷酸钠；
(3)2-氯-N-甲基乙酰胺与O,O-二甲基硫代磷酸钠进行反应，得到O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯；
步骤(1)中，所述氯乙酰氯与甲胺的摩尔比为1:(1-4)；所述反应的温度为(-20℃)-0℃；所述反应的时间为2-10小时；
步骤(2)中，所述亚磷酸二甲酯与硫与甲醇钠的摩尔比为1:(1-3):(1-3)；所述反应的温度为45-55℃；所述反应的时间为3-7小时；
步骤(3)中，所述O,O-二甲基硫代磷酸钠与2-氯-N-甲基乙酰胺的摩尔比为1:(0.5-1.5)；所述反应的温度为55-75℃；所述反应的时间为8-12小时。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，
氯乙酰氯与甲胺的摩尔比为1:(1.2-4)；
所述甲胺为甲胺水溶液，所述甲胺水溶液的质量分数为20％-60％；
所述反应进一步加入溶剂；
所述溶剂与氯乙酰氯的用量比为(80-365):1mL/mol。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，氯乙酰氯与甲胺的摩尔比为1:1.2、1:1.5、1:2、1:4；
所述甲胺水溶液的质量分数为30％-50％；
所述溶剂为水；
所述溶剂与氯乙酰氯的用量比为(100-345):1mL/mol。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)反应具体为：氯乙酰氯添加至甲胺中；
添加氯乙酰氯的温度为(-20℃)-(-10℃)；
所述萃取使用的溶剂为卤代烃类溶剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，氯乙酰氯滴加至甲胺水溶液中；
所述反应还包括后处理步骤；所述后处理步骤包括：将得到的产物用溶剂萃取，干燥；
所述萃取为二氯甲烷。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)反应的母液循环利用的次数为6-8次；
进行母液重复利用时，所述母液与氯乙酰氯的用量比为(200-290):1mL/mol。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进行母液重复利用时，所述母液与氯乙酰氯的用量比为(228-260):1mL/mol。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，
亚磷酸二甲酯与硫与甲醇钠的摩尔比为1:1:1；
所述甲醇钠通过钠与甲醇制备得到；所述甲醇与钠的用量比为(320-505):1mL/mol。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，
所述甲醇与钠的用量比为(350-475):1mL/mol；
所述反应温度为50℃；
所述反应时间为5小时。
10.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述反应具体为：将钠加入甲醇中；加毕，待温度降至45℃以下时加入亚磷酸二甲酯与甲醇，加毕后反应10-30分钟，加入硫；加毕后进行反应；
将钠加入甲醇后，滴加亚磷酸二甲酯与甲醇所形成的溶液；
所述先加入的甲醇与后加入的甲醇的体积比为(3-7):1；所述先加入的甲醇与亚磷酸二甲酯的用量比为(300-450):1mL/mol；所述后加入的甲醇与亚磷酸二甲酯的用量比为(25-125):1mL/mol。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述先加入的甲醇与后加入的甲醇的体积比为5:1；所述先加入的甲醇与亚磷酸二甲酯的用量比为(350-400):1mL/mol；所述后加入的甲醇与亚磷酸二甲酯的用量比为(50-100):1mL/mol；
所述反应还包括后处理步骤；所述后处理步骤包括：除去未反应的反应物、除溶剂、洗涤、干燥的步骤；
未反应的硫通过过滤除去；溶剂通过旋蒸除去；洗涤所使用的溶剂为水与丙酮的混合溶剂。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，
所述O,O-二甲基硫代磷酸钠与2-氯-N-甲基乙酰胺的摩尔比为1:(0.9-1)；
所述反应在溶剂中进行，所述溶剂选自有机溶剂；
所述溶剂与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比为(500-645):1mL/mol。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，
所述O,O-二甲基硫代磷酸钠与2-氯-N-甲基乙酰胺的摩尔比为1:1、1:0.9；
所述有机溶剂为醇类溶剂；
所述溶剂与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比为(545-600):1mL/mol。
14.根据权利要求1或12所述的方法，其特征在于，所述反应加入碘化物，所述碘化物选自碘化钠、碘化钾；
所述碘化物与O,O-二甲基硫代磷酸钠的摩尔比为(0.01-0.09):1。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述碘化物与O,O-二甲基硫代磷酸钠的摩尔比为(0.01-0.05):1；
所述反应还包括后处理步骤；所述后处理步骤包括：过滤滤除反应生成的盐、除溶剂的步骤。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤(3)反应的母液循环利用的次数为6-8次；
进行母液重复利用时，所述母液与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比为(590-675):1mL/mol；
进行母液重复利用时，还包括向母液中加入溶剂使母液与溶剂的总量达到指定值的步骤；母液与溶剂的总量与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比为(570-695):1mL/mol；加入的溶剂与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比为(10-50):1mL/mol。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进行母液重复利用时，所述母液与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比为(620-645):1mL/mol；
进行母液重复利用时，还包括向母液中加入溶剂使母液与溶剂的总量达到指定值的步骤；母液与溶剂的总量与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比为(640-665):1mL/mol；加入的溶剂与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比为(20-40):1mL/mol。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯的方法包括以下步骤：
(1)将1当量的氯乙酰氯滴加到1-4当量的20％-60％质量分数的甲胺水溶液和水中，保持滴加温度在(-20℃)-(-10℃)，在(-20℃)-0℃下反应2-10小时，反应结束后，萃取，干燥，得到2-氯-N-甲基乙酰胺；
(2)将1-3当量的金属钠加入到甲醇中，加毕，待温度降至45℃以下时加入1当量的亚磷酸二甲酯与甲醇形成的溶液，滴加完毕后反应10-30分钟，加入1-3当量的硫粉，加毕后45-55℃反应3-7个小时，反应结束后过滤，蒸除溶剂，洗涤，干燥，得到O,O-二甲基硫代磷酸钠；
所述先加入的甲醇与后加入的甲醇的体积比为(3-7):1；所述先加入的甲醇与亚磷酸二甲酯的用量比为(300-450):1mL/mol；所述后加入的甲醇与亚磷酸二甲酯的用量比为(25-125):1mL/mol；所述洗涤采用水和丙酮；
(3)将1当量的O,O-二甲基硫代磷酸钠、0.5-1.5当量的2-氯-N-甲基乙酰胺、0.01-0.05当量的碘化物和溶剂混合，55-75℃下反应8-12个小时，反应结束后，过滤，蒸除溶剂，得到O,O-二甲基-S-(N-甲基氨基甲酰甲基)硫代磷酸酯；
所述溶剂与O,O-二甲基硫代磷酸钠的用量比为(500-645):1mL/mol。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述水与氯乙酰氯的用量比为(80-365):1mL/mol；所述萃取采用二氯甲烷；
所述溶剂选自醇类溶剂。
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