CN109748826A - 一种茚虫威中间体肼基甲酸苄酯的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于农药技术领域，具体为一种茚虫威的关键中间体肼基甲酸苄酯的合成新方法。本发明用碳酸二甲酯替代了氯甲酸甲酯和光气等剧毒性原料，避免了危险化学品的使用，解决了生产操作过程中的安全性问题。采用高效催化剂，控制反应条件，合成了碳酸单苄酯，形成了一种制备肼基甲酸苄酯的新工艺，提高了苯甲醇的利用率，生产效率得到极大的提升。同时合成肼基甲酸苄酯的过程中形成甲醇副产物，替代了文献中的苯甲醇副产物，解决了文献中后处理因脱溶苯甲醇对真空度要求苛刻的问题，便于实现工业化操作。在产品后处理结晶过程中采用了非极性的烷烃类溶剂，降低了产品的溶解度，进一步提高了产品的收率。

Description

一种茚虫威中间体肼基甲酸苄酯的合成方法
技术领域
本发明属于农药技术领域，具体为一种茚虫威的关键中间体肼基甲酸苄酯的合成新方法。
背景技术
茚虫威为美国杜邦公司研发的一种新型、高效、低毒噁二嗪类杀虫剂，具有触杀与胃毒双重功效，有效解决抗性害虫。与其他杀虫剂如菊酯、有机磷、氨基甲酸酯类均无交互抗性，可以很好的解决目前市场上难防的稻纵卷叶螟、二化螟及抗性小菜蛾问题。此外，茚虫威具有极宽的杀虫谱，一药多防，在防治夜蛾类害虫的同时，对盲蝽蟓等还具有很好的抑制作用，因此是一种很好的综合治理工具，可以很好的解决目前多种农药混用后的残留及环境污染问题。茚虫威由于其独特的作用机制、市场前景广阔，2001年在美国、法国、中国等世界许多国家作为“降低风险产品”陆续登记上市，是目前绿色杀虫剂的最新品种，也是我国农业部大面积示范推广的替代高毒、高残留农药品种。2008年其全球销售额达到2亿美元以上。该产品于1991年12月21日在中国申请专利，2011年12月21日专利到期。随着茚虫威专利期的结束，国内多家企业开始了茚虫威产品的合成工艺研究与生产。
肼基甲酸苄酯是合成茚虫威的一种关键中间体，其合成工艺路线国内外报道较少，合成收率偏低，生产成本较高。国内外报道的相关技术路线主要有：
第一，联胺光气法合成肼基甲酸苄酯，该路线以苯甲醇为起始原料，采用光气合成中间体氯甲酸苄酯，然后与水合肼反应生成肼基甲酸苄酯。其合成路线如下所示：
由于该工艺路线需要用到剧毒的光气，生产条件受到限制，不易大规模工业化生产。
第二，氯甲酸甲酯水合肼法，该路线以氯甲酸甲酯为起始原料，与水合肼反应合成中间体肼基甲酸甲酯，然后与苯甲醇发生酯交换制备肼基甲酸苄酯。其合成路线如下所示：
由于该路线用到剧毒的氯甲酸甲酯，该原料刺激性强，对人体健康影响较大，也不适合于工业化生产。
第三，甲酯法，该路线以碳酸二甲酯为起始原料，与水合肼反应合成中间体肼基甲酸甲酯，然后与苯甲醇发生置换制备肼基甲酸苄酯，其合成路线如下所示：
该路线使用的原料碳酸二甲酯较为安全，适宜操作，但是酯交换收率较低，生产成本较高，不适合于工业化生产。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明公开了一种茚虫威关键中间体肼基甲酸苄酯的合成方法，反应路线如下所示：
具体包括以下合成步骤：
(1)向反应容器内加入苯甲醇和碳酸二甲酯，然后加入催化剂，升温精馏反应至体系中无甲醇溢出；
(2)反应结束后，减压蒸馏，除去体系中未反应完全的碳酸二甲酯和苯甲醇，得到中间体碳酸单苄酯；
(3)向中间体碳酸单苄酯体系中加入水合肼，升温精馏反应至中间体碳酸单苄酯反应完全；
(4)反应结束后，减压蒸馏，除去体系中的水和过量的水合肼；
(5)然后向体系中加入结晶溶剂和水，将体系中的固体催化剂溶解后，静置除水，剩余的有机相降温结晶，即得产物肼基甲酸苄酯。
作为优选，所述步骤(1)中苯甲醇和碳酸二甲酯的摩尔比为1:1～1:5，苯甲醇与催化剂的质量比为1:0.01。
作为优选，所述步骤(1)使用的催化剂为甲醇钾、甲醇钠、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或多种。
作为优选，所述步骤(1)中精馏过程中控制塔顶温度为64～90℃，反应温度控制在100～160℃。
作为优选，所述步骤(2)的减压蒸馏终点为160℃，真空度30mmHg。
作为优选，所述步骤(3)中碳酸单苄酯与水合肼的摩尔比为1:1.5～1:3，将体系降温至50℃以下再加入水合肼，升温精馏反应过程中控制反应温度为80～100℃。
作为优选，所述步骤(4)中的减压蒸馏终点为120℃，真空度50mmHg。
作为优选，所述步骤(5)中的结晶溶剂为石油醚或甲基叔丁基醚，降温结晶温度为0～10℃，结晶溶剂的用量为肼基甲酸苄酯质量的1.5倍，结晶溶剂与水的质量比为1:0.5。
作为优选，所述步骤(5)中的固体催化剂通过加水溶解的方式分离除去。
其具体合成步骤详细介绍如下：
首先，将苯甲醇和碳酸二甲酯投入反应瓶中，因为苯甲醇和碳酸二甲酯均为液体，故本反应不需要反应溶剂。然后向体系中加入高效碱性催化剂，升温精馏反应，由于甲醇的沸点为64.8℃，碳酸二甲酯的沸点为90℃，控制塔顶温度为64-90℃，控制此温度既保证了生成的甲醇从体系中快速分离出来，又保证了反应的原料碳酸二甲酯不能大量损失。此外，苯甲醇的沸点为205℃，中间体碳酸单苄酯的沸点为250℃，随着低沸点的碳酸二甲酯逐渐参与反应，体系中的温度逐渐上升，故控制烧瓶中的反应温度为100℃-160℃。
其次，减压蒸馏体系中残余的碳酸二甲酯和苯甲醇，体系中剩余的少量碳酸二甲酯和苯甲醇，利用沸点差，通过减压蒸馏将原料分离出来，蒸馏至160℃，真空度30mmHg，将未反应的苯甲醇蒸净，提高中间体碳酸单苄酯的含量。
然后，将中间体碳酸单苄酯降温至50℃以下加入水合肼，低温下加入水和肼可以防止水合肼的挥发损失。升温至80-100℃精馏反应过程中的甲醇，选用此温度，既可以保证体系中生成的甲醇从体系中分离出来，又不至于温度过高，生成肼基甲酸甲酯等其它杂质，同时通过精馏的方式将甲醇不断的分离出来，促使反应平衡向正方向移动。
为保障中间体碳酸单苄酯反应的充分性，水合肼的配比是过量的，反应完成后需要将过量的水合肼减压蒸馏出来，由于体系中无高沸点的苯甲醇，控制温度120℃，真空度50mmHg 便可将140℃的水合肼蒸净，避免了脱溶过程中的高温对产品造成的分解。
最后向脱溶完成的体系中加入石油醚或甲基叔丁基醚溶解产品，体系中的固体碱性催化剂通过加入水溶解分离出来。有机相降温结晶得到产品。
有益效果
本发明公开了一种肼基甲酸苄酯的制备新方法，该新工艺克服了现有工艺技术的缺陷，其实施的有益效果有以下几点：
(1)用碳酸二甲酯替代了氯甲酸甲酯和光气等剧毒性原料，避免了危险化学品的使用，解决了生产操作过程中的安全性问题。
(2)采用高效催化剂，提高了反应活性，通过优化控制反应条件，合成了碳酸单苄酯，形成了一种制备肼基甲酸苄酯的新工艺，提高了苯甲醇的利用率，生产效率得到极大的提升。
(3)合成肼基甲酸苄酯的过程中形成甲醇副产物，替代了现有技术中的苯甲醇副产物，解决了现有技术中后处理因脱溶苯甲醇对真空度要求苛刻的问题，便于实现工业化操作。
(4)最后在产品后处理结晶过程中采用了非极性的烷烃类溶剂，降低了产品的溶解度，进一步提高了产品的收率。合成的肼基甲酸苄酯含量达到98％以上，收率达到85％以上，生产操作条件简单，易于工业化，大大优于之前的生产工艺。
具体实施方式
实施例一
一种茚虫威关键中间体肼基甲酸苄酯的合成方法，具体包括以下合成步骤：
(1)2000ml干净无水的反应瓶中加入432g(4mol)苯甲醇和360g(4mol)碳酸二甲酯，然后加入4g甲醇钾，升温至90℃，待体系内回流稳定后，控制精馏塔塔顶温度为64℃，开始采集反应过程中的副产物，随着副产物甲醇的不断分离，反应烧瓶内的温度逐渐上升，当反应温度上升至160℃，塔顶无甲醇析出，反应结束。
(2)反应结束后，降温至50℃以下，开始减压蒸馏，蒸馏至160℃，真空度为30mmHg时结束蒸馏。
(3)减压蒸馏结束后，采用冰浴降温至50℃以下，投入375g(6mol)80％含量的水合肼升温至80℃，开始精馏体系中副产的甲醇，随着甲醇的不断分离，反应瓶内的温度逐渐上升，当温度上升至100℃时，无甲醇析出时，停止反应。
(4)反应合格的物料，开始减压蒸馏体系中过量的水合肼，蒸馏至120℃，真空度50mmHg，结束蒸馏。
(5)向烧瓶内加入900g石油醚和450g水，升温至50℃，搅拌全溶后，静止切水，有机相降温至5℃，抽滤得肼基甲酸苄酯，烘干后检测含量为98.5％、收率为89.9％。
实施例二
一种茚虫威关键中间体肼基甲酸苄酯的合成方法，具体包括以下合成步骤：
(1)2000ml干净无水的反应瓶中加入432g(4mol)苯甲醇和540g(6mol)碳酸二甲酯，然后加入4g甲醇钠，升温至90℃，待体系内回流稳定后，控制精馏塔塔顶温度为65℃，开始采集反应过程中的副产物，随着副产物甲醇的不断分离，反应烧瓶内的温度逐渐上升，当反应温度上升至160℃，塔顶无甲醇析出，反应结束。
(2)反应结束后，降温至50℃以下，开始减压蒸馏，蒸馏至160℃，真空度30mmHg 时结束蒸馏。
(3)减压蒸馏结束后，采用冰浴降温至50℃以下，投入500g(8mol)80％含量的水合肼升温至80℃，开始精馏体系中副产的甲醇，随着甲醇的不断分离，反应瓶内的温度逐渐上升，当温度上升至100℃时，无甲醇析出时，停止反应。
(4)反应合格的物料，开始减压蒸馏体系中过量的水合肼，蒸馏至120℃，真空度50mmHg，结束蒸馏。
(5)向烧瓶内加入900g甲基叔丁基醚和450g水，升温至50℃，搅拌全溶后，静止切水，有机相降温至0℃，抽滤得肼基甲酸苄酯，烘干后检测含量为98.8％、收率为86.8％。

Claims (10)

1.一种茚虫威关键中间体肼基甲酸苄酯的合成方法，其特征在于，反应路线如下所示：
2.根据权利要求1所述的茚虫威关键中间体肼基甲酸苄酯的合成方法，其特征在于，具体包括以下合成步骤：
(1)向反应容器内加入苯甲醇和碳酸二甲酯，然后加入催化剂，升温精馏反应至体系中无甲醇溢出；
(2)反应结束后，减压蒸馏，除去体系中未反应完全的碳酸二甲酯和苯甲醇，得到中间体碳酸单苄酯；
(3)向中间体碳酸单苄酯体系中加入水合肼，升温精馏反应至中间体碳酸单苄酯反应完全；
(4)反应结束后，减压蒸馏，除去体系中的水和过量的水合肼；
(5)然后向体系中加入结晶溶剂和水，将体系中的固体催化剂溶解后，静置除水，剩余的有机相降温结晶，即得产物肼基甲酸苄酯。
3.根据权利要求2所述的茚虫威关键中间体肼基甲酸苄酯的合成方法，其特征在于：所述步骤(1)中苯甲醇和碳酸二甲酯的摩尔比为1:1～1:5，苯甲醇与催化剂的质量比为1:0.01。
4.根据权利要求2所述的茚虫威关键中间体肼基甲酸苄酯的合成方法，其特征在于：所述步骤(1)使用的催化剂为甲醇钾、甲醇钠、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的茚虫威关键中间体肼基甲酸苄酯的合成方法，其特征在于：所述步骤(1)中精馏过程中控制塔顶温度为64～90℃，反应温度控制在100～160℃；优选的，所述步骤(1)中精馏过程中控制塔顶温度为64～65℃。
6.根据权利要求2所述的茚虫威关键中间体肼基甲酸苄酯的合成方法，其特征在于：所述步骤(2)的减压蒸馏终点为160℃，真空度30mmHg。
7.根据权利要求2所述的茚虫威关键中间体肼基甲酸苄酯的合成方法，其特征在于：所述步骤(3)中碳酸单苄酯与水合肼的摩尔比为1:1.5～1:3，将体系降温至50℃以下再加入水合肼，升温精馏反应过程中控制反应温度为80～100℃。
8.根据权利要求2所述的茚虫威关键中间体肼基甲酸苄酯的合成方法，其特征在于：所述步骤(4)中的减压蒸馏终点为120℃，真空度50mmHg。
9.根据权利要求2所述的茚虫威关键中间体肼基甲酸苄酯的合成方法，其特征在于：所述步骤(5)中的结晶溶剂为石油醚或甲基叔丁基醚，降温结晶温度为0～10℃，结晶溶剂的用量为肼基甲酸苄酯质量的1.5倍，结晶溶剂与水的质量比为1:0.5。
10.根据权利要求2所述的茚虫威关键中间体肼基甲酸苄酯的合成方法，其特征在于：所述步骤(5)中的固体催化剂通过加水溶解的方式分离除去。
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