CN111269194B - 一种茚虫威关键中间体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化学合成领域,涉及一种茚虫威关键中间体的制备新方法,所述的关键中间体合成方法中的环合反应过程中采用多聚甲醛类物质代替了原来的二乙氧基甲烷,反应过程中避免了副产物乙醇的生成,不但有效的抑制了乙酯杂质的产生,而且消除了混合溶剂的产生,降低了环保压力,在提高中间体品质的同时,大大降低了生产成本,为生产高品质的茚虫威奠定了良好的基础。
Description
技术领域
本发明涉及化学合成领域,具体提供了一种茚虫威关键中间体,特别是7- 氯茚并[1,2-e][1,3,4]恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯的制备方法。
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。随着茚虫威化合物专利期的结束,国内多家企业开始了茚虫威产品的合成工艺研究与生产,其关键中间体7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯的合成是制备茚虫威的关键。目前国内多采用5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮先与肼基甲酸苄酯在酸性催化条件下缩合反应形成中间体,然后与二乙氧基甲烷闭环生成目标产物。其合成过程如下所示:
第一步缩合反应为可逆反应,通过将反应过程中的水分分离出来,促使反应向正方向移动,但在进行第二步环合反应的过程中由于乙醇分离不及时,少量乙醇在酸性反应条件下继续与产物发生酯交换副反应,形成以下杂质:
由于该副反应的存在,使得关键中间体7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]恶二嗪 -2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯的合成收率及含量均较低,严重影响茚虫威的生产成本;因此如何避免上述中间体合成过程中的副反应,提高关键中间体合成的收率及品质成为本领域亟待解决的问题之一。
此外现有工艺生产过程中还会副产大量的乙醇和二氧基甲烷的混合溶剂,由于乙醇和二乙氧基甲烷完全共沸,分离难度较大,该混合溶剂难以利用,生产成本较高,同时产生了较大的环保压力。
发明内容
本发明针对上述技术存在的空白,提供了一种茚虫威关键中间体的制备新方法,所述的关键中间体合成方法中的环合反应过程中采用多聚甲醛类物质代替了原来的二乙氧基甲烷,反应过程中避免了副产物乙醇的生成,不但有效的抑制了乙酯杂质的产生,而且消除了混合溶剂的产生,降低了环保压力,在提高中间体品质的同时,大大降低了生产成本,为生产高品质的茚虫威奠定了良好的基础。
本发明的具体技术方案如下:
一种茚虫威关键中间体的制备方法,所述的中间体为7-氯茚并 [1,2-e][1,3,4]恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯,其在环合制备上述物质时采用的环合试剂为多聚甲醛,这类原料在反应过程中能够提供闭环反应的亚甲基,闭环反应形成目标产物,其反应方程式如下:
更进一步的,具体制备步骤如下:
(3)将5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮、肼基甲酸苄酯、催化剂、甲苯投入反应瓶中,升温回流带水,反应至原料5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮<1%,反应合格,得到缩合中间体料液;
其中5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮:肼基甲酸苄酯:催化剂=1:1.05-1.25:0.03-0.1;
(4)将多聚甲醛投入到甲苯溶剂中,搅拌均匀成悬浮液或溶液,控制多聚甲醛的质量分数为5-10%;
(3)缩合中间体物料反应合格后,维持体系回流状态不变,将上述溶解好的多聚甲醛甲苯液缓慢滴加到缩合中间体的回流体系中进行环合反应,反应过程中产生的水分,通过甲苯共沸分离脱出,甲苯与水沉降分离,环合反应时间为2-4小时,待环合反应体系中的含水<0.05wt%时,反应结束;
(4)反应结束后,反应液水洗去除酸性催化剂,然后负压脱溶回收反应溶剂甲苯,最后加入结晶溶剂重结晶过滤得关键中间体7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯;
上述后处理操作如加入结晶溶剂重结晶过滤等可参照现有工艺技术完成;
其中步骤(1)中的催化剂为对甲基苯磺酸、甲基磺酸、乙二酸、草酸、三氯乙酸中的一种;优选为三氯乙酸或乙二酸;
步骤(2)中的多聚甲醛选自低聚合度n=5-8,所述的甲苯溶剂还可以采用苯或二甲苯代替,但是优选采用甲苯;且甲苯与水沉降分离后,甲苯可回用;
步骤(3)中多聚甲醛的用量摩尔配比为,多聚甲醛:5-氯-2-甲氧羰基-2- 羟基-1-茚酮=1.2-1.5:1,其中多聚甲醛以甲醛计,多聚甲醛为甲醛的聚合物分子量为30n,计算配比时以甲醛分子量30进行计算;
更进一步的步骤(3)中溶解好的多聚甲醛甲苯液的滴加及反应时间为2-5 小时,优选为3小时。反应温度为90-110℃,优选为95-100℃;
步骤(4)所述的结晶溶剂为甲基叔丁基醚、乙醇、甲醇中的一种;更进一步的优选为甲基叔丁基醚。
上述反应过程中首先将5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮和肼基甲酸苄酯以及催化剂和甲苯投入到反应瓶中,升温回流带水,反应过程中生成的水通过甲苯共沸的形式携带出来,然后在分水器内分离沉降,促使反应快速向目标产物生成。
然后向另外一个反应瓶中投入多聚甲醛,然后加入甲苯,升温至50-60℃,使物料充分的悬浮,最后将获得的悬浮多聚甲醛溶液缓慢的滴加到上步的缩合中间体中,控制反应温度在95-100℃,多聚甲醛在高温下逐渐解聚成甲醛,避免了甲醛气体的不方便使用,解聚出的甲醛与缩合物中间体进行反应,反应过程中产生的水分又被反应溶剂甲苯共沸从体系中分离出来,甲苯与水的混合物在分水器进行沉降分离,水分分离,甲苯回用。边滴加边反应,分离反应产生的水分,待滴加完成之后,继续反应从而分离体系中的水分,直至体系中没有水分可以分离出来,反应结束。而在后续的结晶过程中使用了性能优良的结晶溶剂,有效的溶解了体系中的少量杂质,得到了高含量的中间体;其中较原来的二乙氧基甲烷工艺相比,产品中由于乙醇酯交换导致的杂质含量从5%下降至0.1%以下,产品含量从94%提高至97%以上,收率从85%提高至95%以上。且环合反应过程中回流温度稳定可控,利于工业化实施。
综上所述,本发明环合反应过程中采用多聚甲醛类物质代替了原来的二乙氧基甲烷,反应过程中避免了副产物乙醇的生成,不但有效的抑制了乙酯杂质的产生,而且消除了乙醇和二乙氧基甲烷混合溶剂的产生,降低了环保压力,在提高中间体品质的同时,大大降低了生产成本,为生产高品质的茚虫威奠定了良好的基础。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式,对本发明的上述内容做进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围;
本发明的反应路线,主要参考了浙江大学2014年度授予的硕士学位论文《新颖高效手性杀虫剂茚虫威的合成工艺及其多晶型研究》公开的合成路线;本发明中未明确指出的技术方案可参考这一现有技术。
实施例1
一种茚虫威关键中间体,7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯的制备方法,其具体步骤为:
(1)在1000mL的干净四口烧瓶中投入48g(0.2mol)5-氯-2-甲氧羰基-2- 羟基-1-茚酮、40g(0.24mol)肼基甲酸苄酯、0.9g(0.01mol)乙二酸、300g甲苯,升温至110℃回流带水,取样检测原料剩余0.08%,反应合格得到缩合中间体料液。
(2)在另一500mL反应瓶内投入7.2g(0.24mol)多聚甲醛和100g甲苯,升温至55℃,搅拌悬浮均匀。
(3)将准备好的多聚甲醛悬浮液缓慢滴入上步缩合中间体料液中,滴加过程中控制反应瓶内温度为95-97℃,通过分水器分离反应过程中产生的水分,控制滴加及反应时间为3小时,检测反应体系中的含水为0.03%。
(4)向反应液中加入200mL水洗去除酸性催化剂,然后升温负压脱溶回收反应溶剂甲苯,脱溶至100℃,真空度-0.095MPa结束,最后加入100g甲基叔丁基醚,升温回流溶解后,降温至0℃过滤得关键中间体7-氯茚并[1,2-e][1,3,4] 恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯。以5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮计,含量97.3%、收率95.4%。
实施例2
一种茚虫威关键中间体,7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯的制备方法,其具体步骤为:
(1)在1000mL的干净四口烧瓶中投入48g(0.2mol)5-氯-2-甲氧羰基-2- 羟基-1-茚酮、40g(0.24mol)肼基甲酸苄酯、1.63g(0.01mol)三氯乙酸、300g 甲苯,升温至110℃回流带水,取样检测原料剩余0.05%,反应合格得到缩合中间体料液。
(2)在另一500mL反应瓶内投入9g(0.3mol)多聚甲醛和100g甲苯,升温至60℃,搅拌悬浮均匀。
(3)将准备好的多聚甲醛悬浮液缓慢滴入上步缩合中间体料液中,滴加过程中控制反应瓶内温度为96-98℃,通过分水器分离反应过程中产生的水分,控制滴加及反应时间为2.5小时,检测体系中的含水为0.04%。
(4)向反应液中加入200mL水洗去除酸性催化剂,然后升温负压脱溶回收反应溶剂甲苯,脱溶至100℃,真空度-0.095MPa结束,最后加入100g甲基叔丁基醚,升温回流溶解后,降温至0℃过滤得关键中间体7-氯茚并[1,2-e][1,3,4] 恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯。以5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮计,含量97.6%、收率95.7%。
实施例3
一种茚虫威关键中间体,7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯的制备方法,其具体步骤为:
(1)在1000mL的干净四口烧瓶中投入48g(0.2mol)5-氯-2-甲氧羰基-2- 羟基-1-茚酮、40g(0.24mol)肼基甲酸苄酯、0.9g(0.01mol)乙二酸、300g回收甲苯,升温至110℃回流带水,取样检测原料剩余0.08%,反应合格得到缩合中间体料液。
(2)在另一500mL反应瓶内投入9g(0.3mol)多聚甲醛和100g甲苯,升温至60℃,搅拌悬浮均匀。
(3)将准备好的多聚甲醛悬浮液缓慢滴入上步缩合中间体料液中,滴加过程中控制反应瓶内温度为96-98℃,通过分水器分离反应过程中产生的水分,控制滴加及反应时间为2.5小时,检测体系中的含水为0.04%。
(4)向反应液中加入200mL水洗去除酸性催化剂,然后升温负压脱溶回收反应溶剂甲苯,脱溶至100℃,真空度-0.095MPa结束,最后加入100g甲醇,升温回流溶解后,降温至0℃过滤得关键中间体7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]恶二嗪 -2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯。以5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮计,含量97.1%、收率95.1%。
比较例1
一种茚虫威关键中间体,7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯的制备方法,其具体步骤为:
(1)在1000mL的干净四口烧瓶中投入48g(0.2mol)5-氯-2-甲氧羰基-2- 羟基-1-茚酮、40g(0.24mol)肼基甲酸苄酯、0.9g(0.01mol)乙二酸、300g甲苯,升温至110℃回流带水,取样检测原料剩余0.08%,反应合格得到缩合中间体料液。
(2)将缩合中间体料液降温至40-50℃,然后向其中加入83.2g(0.8mol) 二乙氧基甲烷搅拌混合均匀。
(3)将准备好的中间体料液缓慢滴入含有少量甲苯的精馏反应瓶中,滴加过程中控制反应瓶内温度为110-112℃,同时精馏塔顶温度为80℃,精馏分离乙醇和二乙氧基甲烷的共沸物,控制反应时间为6小时,反应结束共计产生乙醇和二乙氧基甲烷的共沸物120g,该共沸物无法实现工艺回用。
(4)向反应液中加入200mL水洗去除酸性催化剂,然后升温负压脱溶回收反应溶剂甲苯,脱溶至100℃,真空度-0.095MPa结束,最后加入100g甲基叔丁基醚,升温回流溶解后,降温至0℃过滤得关键中间体7-氯茚并[1,2-e][1,3,4] 恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯。以5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮计,含量94.3%、收率85.4%。
比较例2
一种茚虫威关键中间体,7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯的制备方法,其具体步骤为:
(1)在1000mL的干净四口烧瓶中投入48g(0.2mol)5-氯-2-甲氧羰基-2- 羟基-1-茚酮、40g(0.24mol)肼基甲酸苄酯、1.63g(0.01mol)三氯乙酸、300g 甲苯,升温至110℃回流带水,取样检测原料剩余0.05%,反应合格得到缩合中间体料液。
(2)将缩合中间体料液降温至40-50℃,然后向其中加入83.2g(0.8mol) 二乙氧基甲烷搅拌混合均匀。
(3)将准备好的中间体料液缓慢滴入含有少量甲苯的精馏反应瓶中,滴加过程中控制反应瓶内温度为110-112℃,同时精馏塔顶温度为80℃,精馏分离乙醇和二乙氧基甲烷的共沸物,控制反应时间为5小时,反应结束共计产生乙醇和二氧基甲烷的共沸物为120g,该共沸物无法实现工艺回用。
(4)向反应液中加入200mL水洗去除酸性催化剂,然后升温负压脱溶回收反应溶剂甲苯,脱溶至100℃,真空度-0.095MPa结束,最后加入100g甲基叔丁基醚,升温回流溶解后,降温至0℃过滤得关键中间体7-氯茚并[1,2-e][1,3,4] 恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯。以5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮计,含量94.6%、收率85.7%。
从以上对比实施例中可以看出,环合反应过程中采用多聚甲醛新原料代替了原来的二乙氧基甲烷,反应过程中没有乙醇副产物产生,有效的避免了乙酯杂质的产生,同时反应过程中没有乙醇和二乙氧基甲烷的混合溶剂产生,制得的关键中间体含量及收率均有明显的提高,含量从94%提高至97%以上,收率从85%提高至95%以上,反应时间较之现有技术有一定的缩短,且产生的废液极少,大大减轻了环保处理的压力。
Claims (5)
1.一种茚虫威关键中间体的制备方法,所述的中间体为7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯,其特征在于,在环合制备上述物质时采用的环合试剂为多聚甲醛;
具体制备步骤如下:
(1)将5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮、肼基甲酸苄酯、催化剂、甲苯投入反应瓶中,升温回流带水,反应至原料5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮<1%,反应合格,得到缩合中间体料液;其中催化剂为对甲基苯磺酸、甲基磺酸、乙二酸、三氯乙酸中的一种;
(2)将多聚甲醛投入到甲苯溶剂中,搅拌均匀成悬浮液或溶液,控制多聚甲醛的质量分数为5-10%;
(3)缩合中间体物料反应合格后,维持体系回流状态不变,将上述溶解好的多聚甲醛甲苯液缓慢滴加到缩合中间体的回流体系中进行环合反应,反应过程中产生的水分,通过甲苯共沸分离脱出,甲苯与水沉降分离,环合反应时间为2-4小时,待环合反应体系中的含水<0.05wt%时,反应结束;
(4)反应结束后,反应液水洗去除酸性催化剂,然后负压脱溶回收反应溶剂甲苯,最后加入结晶溶剂重结晶过滤得关键中间体7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]恶二嗪-2,4a(3H,5H)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯;
步骤(3)中多聚甲醛的用量摩尔配比为,多聚甲醛:5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮=1.2-1.5:1,其中多聚甲醛的聚合度n=5-8;
其反应方程式如下:
2.根据权利要求1所述的茚虫威关键中间体的制备方法,其特征在于,步骤(1)中的原料摩尔比5-氯-2-甲氧羰基-2-羟基-1-茚酮:肼基甲酸苄酯:催化剂=1:1.05-1.25:0.03-0.1。
3.根据权利要求1所述的茚虫威关键中间体的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述的反应温度为90-110℃。
4.根据权利要求1所述的茚虫威关键中间体的制备方法,其特征在于,步骤(3)中的环合反应时间为3小时。
5.根据权利要求1所述的茚虫威关键中间体的制备方法,其特征在于,步骤(4)所述的结晶溶剂为甲基叔丁基醚、乙醇、甲醇中的一种。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 256500 Boxing Economic Development Zone, Shandong, Binzhou Applicant after: Shandong Jingbo Agrochemical Technology Co.,Ltd. Address before: 256500 Boxing Economic Development Zone, Shandong, Binzhou Applicant before: JINGBO AGROCHEMICALS TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
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