CN111909127A - 一种8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种8‑叔丁基‑2‑氯甲基‑1,4‑二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法，包括：将对叔丁基环己酮与环氧氯丙烷溶于非质子溶剂中，在路易斯酸的催化作用下，反应得到8‑叔丁基‑2‑氯甲基‑1,4‑二氧杂螺[4,5]癸烷。该方法以价格更便宜的环氧氯丙烷替代了传统路线中的3‑氯代甘油，降低了产物的生产成本；该方法的反应条件温和、反应选择性较高、副反应杂质少，产物能达到较高的纯度和收率，适合大规模工业化生产应用。

Description

一种8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成 方法
技术领域
本发明属于农药中间体合成领域，具体涉及一种8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法。
背景技术
螺环菌胺(spiroxamine)是拜耳公司开发成功的取代胺类杀菌剂，别名为螺噁茂胺或螺恶茂胺，化学名称为[8-叔丁基-1,4-二氧螺[4,5]癸烷-2-基]甲基(乙基)(丙基)胺，英文名称为8-tert-butyl-1,4-dioxoaspiro[4,5]decan-2-ylmethyl(ethyl)(propyl)amine，CAS号118134-30-8，分子式C18H35NO2，分子量297.476。
螺环菌胺作用机理与特点：甾醇生物合成抑制剂，主要抑制C-14脱甲基化酶的合成。主要应用在小麦和大麦。防治对象：小麦白粉病和各种锈病；大麦云纹病和条纹病。对作物安全性：推荐剂量下对作物安全,无药害。螺环菌胺是一种新型、内吸性的叶面杀菌剂，对白粉病特别有效，作用速度快且持效期长，兼具保护和治疗作用；既可以单独使用，又可以和其它杀菌剂混配以扩大杀菌谱。在我国市场有广阔前景，因而其合成方法的研究具有重要意义。
合成螺环菌胺的重要中间体为下式III所示的8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷，一般利用式I所示的对叔丁基环己酮与式II所示的3-氯代甘油为原料，在催化剂作用下缩合脱水反应得到，具体反应式如下：
Figure BDA0002051948840000021
针对上述反应式的合成路线，现有技术已有以下报道：
(1)专利DE3719326A1和DE19529090A1均报道了上述反应路线合成式III所示化合物的方法，反应试剂和条件为对甲苯磺酰氯、吡啶和二氯乙烷，但是该合成方法的原料成本较高，增加了产物的成本。
(2)公开号为CN105817228A的中国发明专利申请文献也报道了上述反应路线合成式III所示化合物的方法，将式I所示的对叔丁基环己酮与式II所示的3-氯代甘油在带水剂环己烷中，以粉煤灰做催化剂合成式III化合物，反应转化率约为90％，该合成方法的反应收率纯度不够理想。
因此，由于上述传统合成路线存在诸多不足，例如原料价格高、反应时间长、能耗高、副反应产生杂质多等，因此，有必要对8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法做进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种螺环菌胺中间体8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法，该方法降低了产物的生产成本、提高了产物收率、简化了后处理步骤，适合大规模工业化生产应用。
为实现发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法，包括：将式I所示的对叔丁基环己酮与式IV所示的环氧氯丙烷溶于非质子溶剂中，在路易斯酸的催化作用下，反应得到式III所示的8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷，具体反应式如下：
Figure BDA0002051948840000031
本发明方法以环氧氯丙烷替代3-氯代甘油，与对叔丁基环己酮在路易斯酸的催化下反生环加成反应制得8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷，不仅简化了反应步骤，还能在较温和的反应条件下，使产物达到较高的收率和纯度，适合工业化大规模生产，具有较强的应用价值。
所述的反应温度为0℃～150℃，反应时间为0.5～24小时。作为优选，所述的反应温度为50℃～120℃，反应时间为2～10小时。所述的对叔丁基环己酮与环氧氯丙烷的摩尔比为1:0.8～2，进一步优选为1:1～1.5。
在上述优选反应温度、反应时间以及原料摩尔比的条件下，反应更完全，副反应杂质较少，产物的收率和纯度更高。
所述路易斯酸选自四氯化锡、三氟化硼乙醚、四氯化钛、三氯化铝、氯化锌或氯化铁中的至少一种。
作为优选，所述路易斯酸为液态强路易斯酸四氯化锡或三氟化硼乙醚，优选的路易斯酸在上述环加成反应过程中具有更好的催化效率，能达到较好的催化效果，能大大缩短反应时间，减少副反应的发生，提高了产物的收率和纯度。
所述的路易斯酸与对叔丁基环己酮的质量比为0.01～0.1:1，优选为0.03～0.07:1。
所述的非质子溶剂选自甲苯、二甲苯、正己烷、正庚烷、石油醚或环己烷中的任意一种。所述的非质子溶剂与对叔丁基环己酮的质量比为1～10:1。
作为优选，所述的非质子溶剂为甲苯或二甲苯，非质子溶剂与对叔丁基环己酮的质量比为2～6:1，本发明的反应原料在此优选用量的溶剂中进行反应，反应选择性较高、副反应杂质较少，产物的纯度和收率均较高。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明方法所用原料环氧氯丙烷比传统路线的3-氯代甘油更便宜，因此降低了产物的生产成本；
(2)本发明方法的反应条件更温和，反应时间短，无需长时间的脱水过程，节约了能耗，提高了原子利用率，更经济，简化了生产过程，适合工业化大规模生产应用；
(3)本发明方法的反应选择性较高、副反应杂质少，不仅简化了后处理步骤，还能使产物粗品收率达到97.6％，GC纯度达到95.7％，达到了较高的纯度和收率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明，但并不将本发明局限于此。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
实施例1
在带冷凝装置的三口瓶中加入对叔丁基环己酮(Ⅰ)15.4克(0.1mol)和环氧氯丙烷(Ⅳ)10.2克(0.11mol)，加入甲苯60克，通氮气置换保护，磁力搅拌快速滴加入0.77克四氯化锡，放热，在油浴加热100℃反应4小时，气相检测反应完全，冷却至室温，向反应体系中加入50毫升水，水洗三次，静置分液，甲苯层无水硫酸钠干燥两小时，过滤，减压蒸干甲苯，得到黄色油状产品8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷粗品25克，粗品收率97.6％，GC纯度95.7％。
实施例2
在带冷凝装置的三口瓶中加入对叔丁基环己酮(Ⅰ)15.4克(0.1mol)和环氧氯丙烷(Ⅳ)10.2克(0.11mol)，加入甲苯60克，通氮气置换保护，磁力搅拌快速滴加入0.77克三氟化硼乙醚，放热反应，油浴加热100℃反应5小时，气相检测反应完全，冷却至室温，向反应体系中加入50毫升水，水洗三次，静置分液，甲苯层无水硫酸钠干燥两小时，过滤，减压蒸干甲苯，得到棕色油状产品8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷粗品24.5克，粗品收率95.7％，GC纯度95.9％。
实施例3
在带冷凝装置的三口瓶中加入对叔丁基环己酮(Ⅰ)15.4克(0.1mol)和环氧氯丙烷(Ⅳ)11.0克(0.12mol)，加入甲苯60克，通氮气置换保护，磁力搅拌快速加入0.77克氯化锌固体，油浴加热110℃反应12小时，气相检测反应结束，冷却至室温，向反应体系中加入50毫升水，水洗三次，静置分液，甲苯层无水硫酸钠干燥两小时，过滤，减压蒸干甲苯，得到黄色油状产品8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷粗品18.5克，粗品收率72.2％，GC纯度93.9％
实施例4
在带冷凝装置的三口瓶中加入对叔丁基环己酮(Ⅰ)15.4克(0.1mol)和环氧氯丙烷(Ⅳ)10.2克(0.11mol)，加入甲苯60克，通氮气置换保护，磁力搅拌快速加入0.77克四氯化钛，油浴加热110℃反应5小时，气相检测反应结束，冷却至室温，向反应体系中加入50毫升水，水洗三次，静置分液，甲苯层无水硫酸钠干燥两小时，过滤，减压蒸干甲苯，得到黄色油状产品8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷粗品23.6克，粗品收率92％，GC纯度93.9％
实施例5
在带冷凝装置的三口瓶中加入对叔丁基环己酮(Ⅰ)15.4克(0.1mol)和环氧氯丙烷(Ⅳ)10.2克(0.11mol)，加入甲苯60克，通氮气置换保护，磁力搅拌快速滴加入0.16克四氯化锡，放热，在油浴加热100℃反应8小时，气相检测反应未完全，对叔丁基环己酮还有23％，继续反应至12小时，检测无变化，冷却至室温，向反应体系中加入50毫升水，水洗三次，静置分液，甲苯层无水硫酸钠干燥两小时，过滤，减压蒸干甲苯，得到黄色油状产品8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷粗品17.7克，粗品收率69.1％，GC纯度85.6％。
实施例6
在带冷凝装置的三口瓶中加入对叔丁基环己酮(Ⅰ)15.4克(0.1mol)和环氧氯丙烷(Ⅳ)10.2克(0.11mol)，加入甲苯60克，通氮气置换保护，磁力搅拌快速滴加入1.54克四氯化锡，放热剧烈，在油浴加热100℃反应2小时，气相检测反应完全，反应杂质增多，冷却至室温，向反应体系中加入50毫升水，水洗三次，静置分液，甲苯层无水硫酸钠干燥两小时，过滤，减压蒸干甲苯，得到黄色油状产品8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷粗品24.3克，粗品收率94.9％，GC纯度91.2％。
实施例7
在带冷凝装置的三口瓶中加入对叔丁基环己酮(Ⅰ)15.4克(0.1mol)和环氧氯丙烷(Ⅳ)10.2克(0.11mol)，加入甲苯60克，通氮气置换保护，磁力搅拌快速滴加入0.16克三氟化硼乙醚，放热反应，油浴加热100℃反应12小时，气相检测未反应完全，冷却至室温，向反应体系中加入50毫升水，水洗三次，静置分液，甲苯层无水硫酸钠干燥两小时，过滤，减压蒸干甲苯，得到棕色油状产品8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷粗品16.2克，粗品收率63.2％，GC纯度85.6％。
对比例
在带冷凝装置和分水器的三口瓶中加入对叔丁基环己酮(Ⅰ)15.4克(0.1mol)和3-氯代甘油17.8克(0.16mol)，加入甲苯60克，加入固体酸催化剂0.5克，油浴加热140℃，使甲苯回流，经分水器分水，分水反应10小时，分水器里面甲苯澄清，取样气相检测反应完全，叔丁基环己酮剩余少于0.5％，冷却至室温，静置分层，下层过量的甘油和催化剂分出，套用到下釜，向反应体系中加入50毫升水，水洗三次，静置分液，常压蒸甲苯至蒸不出，减压拉干甲苯，得到棕色油状产品8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷粗品24.3克，粗品收率94.9％，GC纯度95％。

Claims (8)

1.一种8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法，包括：将式I所示的对叔丁基环己酮与式IV所示的环氧氯丙烷溶于非质子溶剂中，在路易斯酸的催化作用下，反应得到式III所示的8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷，具体反应式如下：
Figure FDA0002051948830000011
2.根据权利要求1所述的8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法，其特征在于，所述的反应温度为0℃～150℃，反应时间为0.5～24小时。
3.根据权利要求1所述的8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法，其特征在于，所述反应温度为50℃～120℃，反应时间为2～10小时。
4.根据权利要求1所述的8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法，其特征在于，所述的对叔丁基环己酮与环氧氯丙烷的摩尔比为1:0.8～2。
5.根据权利要求1所述的8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法，其特征在于，所述的路易斯酸选自四氯化锡、三氟化硼乙醚、四氯化钛、三氯化铝、氯化锌或氯化铁中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法，其特征在于，所述的路易斯酸与对叔丁基环己酮的质量比为0.01～0.1:1。
7.根据权利要求1所述的8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法，其特征在于，所述的非质子溶剂选自甲苯、二甲苯、正己烷、正庚烷、石油醚或环己烷中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的8-叔丁基-2-氯甲基-1,4-二氧杂螺[4,5]癸烷的合成方法，其特征在于，所述的非质子溶剂与对叔丁基环己酮的质量比为1～10:1。
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