CN111303073B - 利用苯并噻唑酮与2-卤代-n-甲基-n-苯基乙酰胺制备农药苯噻草胺的方法 - Google Patents

利用苯并噻唑酮与2-卤代-n-甲基-n-苯基乙酰胺制备农药苯噻草胺的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种利用苯并噻唑酮与2‑卤代‑N‑甲基‑N‑苯基乙酰胺制备苯噻草胺的方法，步骤如下：首先利用CO2作为羰基化试剂合成苯并噻唑酮，然后与碱液反应得到苯并噻唑酮的盐溶液，最后与2‑卤代‑N‑甲基‑N‑苯基乙酰胺反应得到苯噻草胺。本发明为苯噻草胺的工业生产提供了一种新路径，缩短了传统方法的合成路线，本工艺实现了CO2的化学利用，有利于节能减排，更符合绿色化学的理念。

Description

利用苯并噻唑酮与2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备农药苯 噻草胺的方法
技术领域
本发明涉及除草剂技术领域，尤其涉及一种利用苯并噻唑酮与2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备农药苯噻草胺的方法。
背景技术
苯噻草胺是一种效率高、毒性低的除草剂，对禾本科植物去除效果好，并且该药对水稻的生长影响小、安全性高。苯噻草胺在水层当中分散效果好，具有施药适用期长、用量少等特点。苯噻草胺属于苯并噻唑酮类衍生物，目前合成苯噻草胺的工艺方法主要有两种，一种为2-氯苯并噻唑法即以中间体N-甲基-N-苯基-2-羟基乙酰胺和2-氯苯并噻唑通过缩合反应生成苯噻草胺；或以中间体N-甲基-N-苯基-2-乙酰氧基乙酰苯胺和2-氯苯并噻唑通过水解和缩合反应生成苯噻草胺；另一种为苯并噻唑乙基磺酸酯法，即采用苯并噻唑乙基磺酸酯与中间体N-甲基-N-苯基-2-羟基乙酰苯胺进行取代反应，在碱性条件下脱掉磺酰基得到苯噻草胺。以上合成路线中涉及的中间体过多，并且合成中间体2-氯苯并噻唑过程中会产生对环境造成严重污染的二氧化硫等有毒有害的副产物。
随着工业发展及人类活动的增加，以CO2为主的温室气体排放也逐渐增大。CO2排放量的增加不仅破坏了自然界的碳循环平衡，而且使人类面临的生存环境不断恶化。CO2是一种储量丰富、廉价易得的碳资源，因此，将CO2清洁高效地转化为具有高附加值的化学品对解决环境污染、保持生态稳定有着重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种利用苯并噻唑酮与2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺反应制备苯噻草胺的方法，该方法合成路线简短、反应条件温和。
本发明提供一种利用苯并噻唑酮与2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备苯噻草胺的方法，包括以下步骤：
S1，称取邻氨基苯硫酚和Na2S·9H2O混合，加入NMP作为溶剂，然后充入CO2进行搅拌反应，然后萃取、洗涤、干燥、重结晶，得到苯并噻唑酮；
S2，称取苯并噻唑酮加入到碱溶液中，搅拌至苯并噻唑酮完全溶解，得到苯并噻唑酮的盐溶液；
S3，将2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺溶解在有机溶剂中，得到2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺溶液；2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺的结构式为：
Figure BDA0002403355050000021
其中，R为Cl、Br、F或I；
S4，将2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺溶液加入到苯并噻唑酮的盐溶液中，搅拌使其混合均匀，然后进行加热搅拌反应，反应结束后，利用二氯甲烷对反应液进行萃取，收集有机相；
S5，对有机相进行干燥除水，然后过滤、浓缩，获得浓缩液；
S6，对浓缩液进行重结晶，即得到苯噻草胺。
进一步地，苯并噻唑酮、碱溶液、2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺的摩尔用量比为1:1.2:1.0～1:2:1.5。
进一步地，步骤S3中，有机溶剂选用DMF、1,4-二氧六环、N-甲基吡咯烷酮、DMSO、甲醇中的任一种。
进一步地，步骤S4中，加热搅拌反应的温度为40℃～100℃。
进一步地，步骤S2中，碱溶液选用无机碱溶液或有机碱溶液，无机碱溶液选用碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钾等，有机碱溶液选用甲醇钠、乙醇钾或三乙胺等。
进一步地，步骤S6中，重结晶的溶剂组合选用以下组合中的任一种：以乙酸乙酯作为良性溶剂、石油醚作为不良溶剂；以二氯甲烷作为良性溶剂、石油醚作为不良溶剂；以DMF作为良性溶剂、水作为不良溶剂；以甲醇作为良性溶剂、水作为不良溶剂；以1,4-二氧六环作为良性溶剂、水作为不良溶剂。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的方法为苯噻草胺的工业生产提供了一种新路径，与传统的合成方法相比本发明提供的方法更符合绿色化学理念，并且具有反应温度适用范围广、操作简便、合成路线简短、条件温和等优点。
附图说明
图1是本发明利用苯并噻唑酮与2-氯-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备苯噻草胺的方法的流程示意图。
图2是本发明实施例1制得的苯噻草胺的质谱图。
图3是本发明实施例1制得的苯噻草胺的核磁共振氢谱图。
图4是本发明实施例1制得的苯噻草胺的核磁共振碳谱图。
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，下面将结合附图对本发明实施方式进行描述。
实施例1：
(1)制备苯并噻唑酮：
称取124.2mg邻氨基苯硫酚和288.2mgNa2S·9H2O混合，加入3mLNMP(N-甲基吡咯烷酮)作为溶剂，然后充入CO2至压力为5MPa，在60℃下搅拌反应24小时，冷却至室温后，用乙酸乙酯萃取，利用饱和食盐水洗涤，得到有机层，将有机层干燥后减压除去溶剂得粗产物；粗产物经重结晶或柱层析分离(200-300目硅胶，石油醚和乙酸乙酯作洗脱剂)得到苯并噻唑酮；
(2)制备苯噻草胺：
首先将151.2mg(1.0mmol)苯并噻唑酮固体粉末加入至15％的氢氧化钠水溶液(氢氧化钠的用量为80mg，2.0mmol)中，搅拌至苯并噻唑酮粉末全部溶解，得到苯并噻唑酮钠溶液，反应式如下：
Figure BDA0002403355050000041
然后用量筒量取DMF(N，N-二甲基甲酰胺)4mL，向DMF中加入275.5mg(1.5mmol)2-氯-N-甲基-N-苯基乙酰胺，搅拌得到清澈透明、褐色的2-氯-N-甲基-N-苯基乙酰胺溶液；
最后将2-氯-N-甲基-N-苯基乙酰胺溶液加入到苯并噻唑酮钠溶液中，充分搅拌、混合均匀后，在50℃下加热回流反应4h，停止反应后，向反应液中加入稀盐酸，调节反应液的pH值至中性；利用二氯甲烷对反应液进行萃取，收集有机相，用无水硫酸镁干燥有机相，然后过滤、浓缩，得到浓缩液；
以DMF作为良性溶剂、水作为不良溶剂(DMF和水的体积比为1:5)对浓缩液进行重结晶，得到白色晶体苯噻草胺292.4mg，产率为98.0％，反应式如下：
Figure BDA0002403355050000042
上述制备过程的流程示意图见图1。
采用高效液相色谱质谱联用仪和Agilent Technologies 500MHZ核磁共振仪分别测定实施例1制备的苯噻草胺的质谱(见图2)、核磁共振氢谱(见图3)、核磁共振碳谱(见图4)，质谱和核磁数据如下：
1H NMR(500MHz,CDCl3,TMS)δ7.51(t,J＝5Hz,2H),7.44(d,J＝10Hz,1H),7.42–7.38(m,1H),7.35(d,J＝10Hz,2H),7.28(d,J＝5Hz,1H),7.14(d,J＝10Hz,1H),6.85(d,J＝10.0Hz,1H),4.45(s,2H),3.31(s,3H).13C NMR(125MHz,CDCl3,TMS)δ170.1,165.3,142.2,137.1,130.4,128.8,127.2,126.3,123.2,122.6,122.4,110.4,44.3,37.8.MS(ESI):m/zcalcd for C16H14N2O2SNa[M+Na]+＝321.07,found 320.90，熔点为：133-135℃。
实施例2：
实施例2与实施例1的区别仅在于：制备苯噻草胺的过程中，使用不同的有机溶剂溶解2-氯-N-甲基-N-苯基乙酰胺；其余则与实施例1基本相同。
实施例2中利用不同有机溶剂溶解2-氯-N-甲基-N-苯基乙酰胺的产率数据见表1。
表1：不同溶剂溶解2-氯-N-甲基-N-苯基乙酰胺的产率
Figure BDA0002403355050000051
对比实施例1与实施例2的结晶过程，发现以DMF作为溶剂时析出的晶体较多且晶体形状较大；以1,4-二氧六环、N-甲基吡咯烷酮、DMSO、甲醇作为溶剂时析出的晶体较少且晶型较不规则；因此在工业生产时优选使用DMF作为溶剂。
实施例3：
实施例3与实施例1的区别仅在于：制备苯噻草胺过程中加热回流反应的温度和时间不同；其余则与实施例1基本相同。
实施例3中加热回流反应的温度和时间列表见表2：
表2：加热回流反应的不同温度和时间
Figure BDA0002403355050000061
从表2可以看出，过高的温度不利于苯噻草胺的合成，温度过高时生成的副产物较多；对比实施例1可知，反应温度为50℃时，产率较高，反应过程中生成的副产物较少、反应较完全。
实施例4：
实施例4与实施例1的区别仅在于：制备苯噻草胺过程中苯并噻唑酮：氢氧化钠：2-氯-N-甲基-N-苯基乙酰胺的摩尔用量比不同；其余则与实施例1基本相同。
不同摩尔用量比的产率数据见表3；
表3：不同摩尔用量比的产率
Figure BDA0002403355050000062
表3中，摩尔用量比为苯并噻唑酮：氢氧化钠：2-氯-N-甲基-N-苯基乙酰胺的摩尔用量比，对比实施例4与实施例1的产率，说明适量减少2-氯-N-甲基-N-苯基乙酰胺和氢氧化钠的量，能够避免副反应的发生，从而提高产率。
实施例5：
实施例5与实施例1的区别仅在于：制备苯噻草胺过程中使用不同的碱溶液溶解苯并噻唑酮；其余则与实施例1基本相同。
利用不同碱溶液溶解苯并噻唑酮的产率数据见表4；
表4：利用不同碱溶液溶解苯并噻唑酮的产率
Figure BDA0002403355050000071
由表4可知，使用不同碱溶液溶解苯并噻唑酮对产率影响不大。
实施例6：
实施例6与实施例1的区别仅在于：制备苯噻草胺过程中使用不同的溶剂组合对浓缩液进行重结晶；其余则与实施例1基本相同。
利用不同溶剂组合进行重结晶的产率数据见表5；
表5：利用不同溶剂组合进行重结晶的产率
Figure BDA0002403355050000072
由表5可以看出，以DMF作为良性溶剂、水作为不良溶剂进行重结晶的产率较高。
实施例7：
实施例7与实施例1的区别仅在于：利用2-溴-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备苯噻草胺；其余则与实施例1基本相同。
实施例7制备苯噻草胺的产率为96.5％。
实施例8：
实施例8与实施例1的区别仅在于：利用2-碘-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备苯噻草胺；其余则与实施例1基本相同。
实施例8制备苯噻草胺的产率为95.7％。
实施例9：
实施例9与实施例1的区别仅在于：利用2-氟-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备苯噻草胺；其余则与实施例1基本相同。
实施例9制备苯噻草胺的产率为97.3％。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.利用苯并噻唑酮与2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备苯噻草胺的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，称取邻氨基苯硫酚和Na2S·9H2O混合，加入NMP作为溶剂，然后充入CO2进行搅拌反应，然后萃取、洗涤、干燥、重结晶，得到苯并噻唑酮；
S2，称取苯并噻唑酮加入到碱溶液中，搅拌至苯并噻唑酮完全溶解，得到苯并噻唑酮的盐溶液；
S3，将2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺溶解在有机溶剂中，得到2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺溶液；2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺的结构式为：
Figure FDA0003396043760000011
其中，R为Cl、Br、F或I；
S4，将2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺溶液加入到苯并噻唑酮的盐溶液中，搅拌使其混合均匀，然后进行加热搅拌反应，反应结束后，利用二氯甲烷对反应液进行萃取，收集有机相；
S5，对有机相进行干燥除水，然后过滤、浓缩，获得浓缩液；
S6，对浓缩液进行重结晶，即得到苯噻草胺；
其中，苯并噻唑酮、碱溶液、2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺的摩尔用量比为1:1.2:1.1或者1:1.5:1.3。
2.根据权利要求1所述的利用苯并噻唑酮与2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备苯噻草胺的方法，其特征在于，步骤S3中，有机溶剂选用DMF、1,4-二氧六环、N-甲基吡咯烷酮、DMSO、甲醇中的任一种。
3.根据权利要求1所述的利用苯并噻唑酮与2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备苯噻草胺的方法，其特征在于，步骤S4中，加热搅拌反应的温度为40℃～100℃。
4.根据权利要求1所述的利用苯并噻唑酮与2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备苯噻草胺的方法，其特征在于，步骤S2中，碱溶液选用无机碱溶液或有机碱溶液。
5.根据权利要求4所述的利用苯并噻唑酮与2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备苯噻草胺的方法，其特征在于，无机碱溶液选用碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钾中的任一种。
6.根据权利要求4所述的利用苯并噻唑酮与2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备苯噻草胺的方法，其特征在于，有机碱溶液选用甲醇钠、乙醇钾或三乙胺中的任一种。
7.根据权利要求1所述的利用苯并噻唑酮与2-卤代-N-甲基-N-苯基乙酰胺制备苯噻草胺的方法，其特征在于，步骤S6中，重结晶的溶剂组合选用以下组合中的任一种：以乙酸乙酯作为良性溶剂、石油醚作为不良溶剂；以二氯甲烷作为良性溶剂、石油醚作为不良溶剂；以DMF作为良性溶剂、水作为不良溶剂；以甲醇作为良性溶剂、水作为不良溶剂；以1,4-二氧六环作为良性溶剂、水作为不良溶剂。
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