CN112500350A - 一种芳基吡唑腈的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本方案公开了一种芳基吡唑腈的制备方法，将2,6‑二氯‑4‑三氟甲基苯胺在酸性条件下与亚硝酸钠进行重氮化反应，得到的重氮物随即与2,3二氰基丙酸乙酯发生偶联反应，偶联反应结束后，调节到弱酸性条件下环合，再调节到弱碱性条件下脱羧，脱羧结束后，中和到中性，过滤除盐，再经脱溶、精馏、精制等过程，得到芳基吡唑腈、脲烷和碳酸二乙酯。该方法通过改进制备工艺，使得重氮化反应和偶联反应几乎同时进行，这样偶联反应所释放出的一分子酸使整个反应的用酸量减少一半以上，合成后产生的废无机盐也减少一半以上。
Description
技术领域
本发明涉及化学物质合成技术领域，特别涉及一种芳基吡唑腈的制备方法。
背景技术
芳基吡唑腈化学名称为5-氨基-3-氰基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)吡唑，又称作吡唑环，其结构式如下：
芳基吡唑腈是氟虫腈、乙虫腈、丁烯氟虫腈等N－苯基吡唑类农药的专用中间体。氟虫腈、乙虫腈等N－苯基吡唑类农药作用原理，是通过γ-氨基丁酸调节的氯通道干扰氯离子的通道，破坏正常中枢神经系统的活性，致使昆虫死亡。由于这种独特的作用机制，使这一类农药具有不同于常规杀虫剂的显著特点：该系列杀虫剂对包括半翅目、鳞翅目、缨翅目、鞘翅目等害虫以及对环戊二烯类、菊酯类、氨基甲酸酯类杀虫剂产生抗药性的害虫都具有极高的敏感性，同时兼具有长效性(持效期一般为2～4周，最长达6周)，高活性(使用剂量低，每公顷只需几十克有效成分便可控制刺吸式或咀嚼式口器害虫)等特点。该类农药最先进入市场的是氟虫腈。氟虫腈1989年由法国的罗纳普朗克公司开发，1993年进入农药市场，又名锐劲特，通用名为Fipronil，商品名为Regent，化学名为5-氨基-3-氰基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基-苯基)-4-三氟甲基亚硫酰基吡唑。氟虫腈进入农药市场以来以其出色的杀虫效果深受欢场欢迎，连续多年全球年销售量在杀虫剂农药中位居前十名之内，成为最畅销的农药品种之一。其他如乙虫腈(乙虫清)、丁烯氟虫腈也是优秀的杀虫剂，芳基吡唑腈是这一类杀虫剂的重要中间体。
现有的芳基吡唑腈的合成采用2,6-二氯4-三氟甲基苯胺重氮化，得到的重氮盐与2,3-二氰基丙酸乙酯偶联，偶联物经环合、脱羧得到芳基吡唑腈，但现有的合成工艺，如CN201710605773.6中的工艺会产生大量的酸性和碱性废水，增大了后续的结晶分离干燥等步骤的处理难度。
发明内容
本方案的一个目的在于提供一种芳基吡唑腈的制备方法，该方法通过改进制备工艺，使得重氮化反应和偶联反应几乎同时进行，这样偶联反应所释放出的一分子酸使整个反应的用酸量减少一半以上，合成后产生的废无机盐也减少一半以上。
为达到上述目的，本方案如下：
一种芳基吡唑腈的制备方法，该方法包括：
2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺与亚硝酸钠的重氮化反应在含有2,3-二氰基丙酸乙酯的溶液中进行，待反应进行到一定程度加入亚硝酸淬灭剂，获得偶联物反应液。
优选的，该方法还包括：
先将2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺溶于无水乙醇与氯化氢乙醇的混合溶剂中形成2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺酸乙醇溶液，再与亚硝酸钠进行重氮化反应。
优选的，将2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺溶于无水乙醇与氯化氢乙醇的混合溶剂中时，2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺与无水乙醇的摩尔比为1:10～100；2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺与混合溶剂中的氯化氢的摩尔比为1:1.0～5；优选地，2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺与混合溶剂中的氯化氢的摩尔比为1:1.1～1.5。
优选的，所述含有2,3-二氰基丙酸乙酯的溶液的为将2,3-二氰基丙酸乙酯溶于氯化氢乙醇形成的溶液。
优选的，重氮化反应的温度为-5～35℃，优选重氮化反应温度为15～25℃。
优选的，所述反应进行到一定程度加入亚硝酸淬灭剂为待反应溶液中2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺的含量小于等于0.5wt％后，加入淬灭剂淬灭过量亚硝酸钠。
优选的，该方法还包括：
将获得的偶联产物加入到无水乙醇中，调节溶液pH值，使偶联产物发生环合反应；
继续调节溶液的pH值，使环合反应产物发生脱羧反应，获得含有芳基吡唑腈的混合溶液；
对含有芳基吡唑腈的混合溶液进行后续处理，得到芳基吡唑腈。
优选的，所述环合反应和脱羧反应中调节溶液pH值使其升高加入的碱性物质为无水氨。
优选的，反应过程中所加入的全部无水氨与2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺的摩尔比为1.5～3.5:1。
优选的，所述环合反应的溶液pH值为4.5～6.5；所述脱羧反应的溶液pH值为9～12。
本方案的有益效果如下：
相比于其他生产工艺，本方案将重氮反应和偶联反应几乎同时进行，使合成反应的危险性降低，同时在不影响芳基吡唑腈质量和收率的情况下，通过反应条件控制，使副产物限定为脲烷和碳酸二乙酯，可以通过多级精馏和重结晶，分别得到脲烷和碳酸二乙酯产品；整个反应所使用的酸比现有的制备工艺减少一半以上，无机盐产生量也减少，实现了芳基吡唑腈生产中固废、废液的减量化和资源化利用。本工艺生产芳基吡唑腈的合成过程中不使用水，重氮化、环合过程产生的无机盐可以通过过滤(压滤)方式除去，只需要在脱溶结束后加入少量水洗去残留的无机盐即可，极大的减少了废水的产生量，符合绿色生产理念。
具体实施方式
下面对本方案的实施方式作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅是本方案的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本方案中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
对于现有技术中合成芳基吡唑腈的反应产物中含有到了酸性和碱性废水，合成副产物的结晶分离难于进行的现象，本方案提出了一种合成芳基吡唑腈的改进工艺。通过控制反应条件减少反应中的酸的用量，同时得到易于处理的反应副产物。
本方案的构思为，将2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺在酸性条件下与亚硝酸钠进行重氮化反应，得到的重氮物随即与2,3二氰基丙酸乙酯发生偶联反应，偶联反应结束后，调节到弱酸性条件下环合，再调节到弱碱性条件下脱羧，脱羧结束后，中和到中性，过滤除盐，再经脱溶、精馏、精制等过程，得到芳基吡唑腈、脲烷和碳酸二乙酯，合成及副产物产生的方程式如下：
本方案中，重氮化反应、偶联反应中的酸性物质为氯化氢或氯化氢乙醇，反应溶剂为无水乙醇；环合脱羧溶剂为乙醇，调节溶液碱性所用的碱性物质为无水氨。本工艺方案通过工艺条件控制，重氮化生成的重氮盐随即与2，3-二氰基丙酸乙酯进行偶联反应，减少了副反应，使主要副产物为碳酸二乙酯和脲烷，通过常规工艺方法可以将产生的副产物分离并制成副产品，采用本方案进行合成后产生的有机废液减少80％以上；本方案的合成过程中不加入水，偶联物溶解在无水乙醇溶剂中，重氮化生成的氯化钠和脱羧生成的氯化铵在溶剂中析出，合成后通过固液分离除去，残留的少量无机盐在脱溶后加入甲苯、氯苯等有机溶剂溶解产品后，加少量水洗涤即可除去。整个合成工艺过程产生的废水量比现有合成过程减少90％以上。在普通重氮化合成中，一般1摩尔(当量)伯胺需要消耗2摩尔(当量)酸性物质，合成时需要加入过量的酸，通常酸与伯胺的摩尔比在2.5：1以上。本方案中，由于重氮化和偶联几乎同时进行，偶联时释放出一分子酸，使酸的用量可以减少一半以上，合成后产生的废无机盐也减少一半以上。
本方案的步骤如下：
(1)将2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺、2,3-二氰基丙酸乙酯分别溶于氯化氢乙醇中，将2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺溶液滴加到到2,3-二氰基丙酸乙酯溶液中，同时加入亚硝酸钠，在酸性条件下与亚硝酸钠发生重氮化后，形成的重氮物随即与2,3-二氰基丙酸乙酯发生偶联反应，待合成液中2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺含量≤0.5％后，加入氨基磺酸或氨基磺酸钠淬灭过量亚硝酸钠，得到偶联物反应液；
(2)将步骤(1)产生的偶联物滴加到无水乙醇中，同时通入无水氨，控制一定pH值，在弱酸性条件下进行环合，得到环合反应液；
(3)环合结束后向步骤(2)所述环合反应液继续通入无水氨，在碱性条件下脱羧，得到芳基吡唑腈脱羧合成液；
(4)脱羧结束后，向步骤(3)中加入酸乙醇，中和至中性，降温，通过过滤或离心、压滤，滤饼为氯化钠、氯化铵等无机盐，可将滤饼干燥回收乙醇后作为固废处理；
(5)将步骤(4)滤液减压蒸馏，至基本蒸干，加入有机溶剂和水，搅拌升温至全部溶解后，静置分相排出水相，有机相转移至结晶器降温结晶，分离结晶物，干燥后得芳基吡唑腈；
(6)将步骤(5)脱溶蒸馏出来的物料经过多级精馏，一级精馏塔顶采出物为95％以上乙醇，可以通过萃取精馏、共沸精馏、分子筛吸附、膜分离、减压精馏等工艺得到无水乙醇循环使用；一级精馏塔底采出物主要为含碳酸二乙酯、脲烷和少量水、乙醇的混合物，进入二级精馏塔精馏。二级精馏塔塔顶采出物为水、乙醇和少量碳酸二乙酯、脲烷的混合物，可以返回一级精馏塔精馏，塔底采出物为碳酸二乙酯、脲烷和少量杂质的混合物，进入三级精馏塔精馏。三级精馏塔塔顶采出为碳酸二乙酯，塔底采出经重结晶，可得脲烷产品。
在一个实施例中，将2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺溶于无水乙醇与氯化氢乙醇的混合溶剂中时2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺与无水乙醇的摩尔比为1：10-100。
在一个实施例中，重氮偶联反应时，2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺溶于无水乙醇与氯化氢乙醇的混合溶剂中时，2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺与混合溶剂中的氯化氢的摩尔比为1：1.0～5，优选为1：1.1～1.5。
在一个实施例中，进行重氮化反应的温度为-5～35℃，优选为15～25℃。
在一个实施例中，亚硝酸淬灭剂为氨基磺酸或氨基磺酸钠，不使用其他淬灭剂。
在一个实施例中，环合时pH值为4.5～6.5。
在一个实施例中，脱羧时pH值为9～12。
在一个实施例中，反应过程中加入的全部无水氨的用量为无水氨与2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺的摩尔比1.5～3.5：1。
相比于其他生产工艺，本方案将重氮反应和偶联反应几乎同时进行，使合成反应的危险性降低，同时在不影响芳基吡唑腈质量和收率的情况下，通过反应条件控制，使副产物限定为脲烷和碳酸二乙酯，可以通过多级精馏和重结晶，分别得到脲烷和碳酸二乙酯产品；整个反应所使用的酸比现有的制备工艺减少一半以上，无机盐产生量也减少，实现了芳基吡唑腈生产中固废、废液的减量化和资源化利用。本工艺生产芳基吡唑腈的合成过程中不使用水，重氮化、环合过程产生的无机盐可以通过过滤(压滤)方式除去，只需要在脱溶结束后加入少量水洗去残留的无机盐即可，极大的减少了废水的产生量，符合绿色生产理念。
下面结合实施例，对本方案进行详细的说明。
实施例1
本实施例中以质量百分比表示各物质的含量。
(1)以30％商品酸乙醇(氯化氢乙醇)加无水乙醇配置成质量百分比浓度为5.6％的氯化氢乙醇。
(2)向容积为1000L的搪玻璃釜a中加入质量百分比浓度为5.6％的氯化氢乙醇400kg(乙醇8.21kmol，氯化氢0.61kmol)，搅拌加入2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺200kg(99.52％，0.86kmol)，搅拌至完全溶解，配置2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺酸乙醇溶液；
向容积为2000L的装有电动固体加料器的搪玻璃釜b加入质量百分比浓度为5.6％的氯化氢乙醇400kg(乙醇8.21kmol，氯化氢0.61kmol)，加入2,3-二氰基丙酸乙酯135kg(98.2％，0.87kmol)，搅拌，降温至10℃左右；
(3)将亚硝酸钠63.5kg(98.16％，0.9kmol)装入到电动固体加料器内，开启a釜底阀，启动计量泵；启动固体加料器，同时向b釜中加入2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺酸乙醇和亚硝酸钠；调节控制2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺酸乙醇流量，将流量控制在6.5～6.8L/min，亚硝酸钠的流量控制在520～540g/min，温度保持在15～25℃，2小时左右加料结束；保温，至检测2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺酸含量小于0.5％，反应结束；加入氨基磺酸钠淬灭过量亚硝酸，共加入氨基磺酸钠5.1千克，淀粉碘化钾试纸检测不变色；
(3)向容积为2000L的搪玻璃釜c中加入无水乙醇300kg(6.52kmol)，搅拌，降温至10℃左右，步骤(2)结束后，将步骤(2)反应液滴加到c釜中，同时通入无水氨，调节滴加速度、通氨速度，控制pH值4.5～6.5，滴加结束在pH值5.5～6.5保温，至偶联物含量小于0.5％反应结束；
(4)步骤(3)结束后，继续向c釜中通入氨气，保持pH值10～11，检测4位酯(环合未脱羧的中间体)含量小于0.2％，反应结束；
(5)步骤(4)反应结束后，向c釜中滴加30％酸乙醇(氯化氢乙醇)至pH值7左右；降温至0℃，保温1小时，压滤，滤液压入脱溶釜，滤饼用30℃无水乙醇洗涤一次，洗涤液并入脱溶釜，滤饼去真空干燥，得废盐93.6kg；
(6)步骤(5)的滤液和洗涤液减压蒸馏，最终至-0.099MPa、73.5℃条件下，得到淡黄色酥松粉末固体278.7kg，蒸馏冷凝液体1140.9kg。分别用HPLC外标法、面积归一法检测所得到的固体，芳基吡唑腈含量为92.26％、95.85％，计算芳基吡唑腈转化率为(以2，6-二氯4-三氟甲基苯胺计算)92.94％；用GC检测蒸馏冷凝液，各组分含量如下：乙醇91.29％，碳酸二乙酯6.02％，脲烷2.17％，其他0.52％，卡尔费休检测水分1.31％；
(7)向容积为1000L的搪玻璃釜加氯苯750kg，水30kg，加入步骤(6)的固体物料，升温至70℃，静置，排出水相40.6kg(废水)，有机相冷却至0～-5℃，离心分离，滤饼干燥，得淡黄色结晶粉末220.6kg，HPLC外标法检测，芳基吡唑腈含量98.75％；将离心母液减压蒸馏浓缩，蒸出氯苯620kg，釜液冷却至0～-5℃，再次离心分离，滤饼干燥，得淡黄色结晶粉末32.1kg，HPLC外标法检测，芳基吡唑腈含量97.69％，将该离心母液减压蒸馏回收氯苯后，棕色固体13.6kg，检测芳基吡唑腈含量39.2％，作为固废处置。
(8)步骤(6)减压蒸馏冷凝液进行三级精馏，一级精馏塔顶采出98.6％乙醇1018kg；二级精馏塔顶采出3.2kg(含乙醇57.41％，二乙酯42.13％，水0.47％)，三级精馏塔顶采出碳酸二乙酯63.7kg(含量99.93％)，三级塔塔底采出28.1kg，用无水乙醇重结晶，得99.2％脲烷24.6kg。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种芳基吡唑腈的制备方法，其特征在于，该方法包括：
2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺与亚硝酸钠的重氮化反应在含有2,3-二氰基丙酸乙酯的溶液中进行，待反应进行到一定程度加入亚硝酸淬灭剂，获得偶联物反应液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该方法还包括：
先将2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺溶于无水乙醇与氯化氢乙醇的混合溶剂中形成2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺酸乙醇溶液，再与亚硝酸钠进行重氮化反应。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，将2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺溶于无水乙醇与氯化氢乙醇的混合溶剂中时，2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺与无水乙醇的摩尔比为1:10～100；2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺与混合溶剂中的氯化氢的摩尔比为1:1.0～5；优选地，2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺与混合溶剂中的氯化氢的摩尔比为1:1.1～1.5。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有2,3-二氰基丙酸乙酯的溶液的为将2,3-二氰基丙酸乙酯溶于氯化氢乙醇形成的溶液。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，重氮化反应的温度为-5～35℃，优选重氮化反应温度为15～25℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应进行到一定程度加入亚硝酸淬灭剂为待反应溶液中2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺的含量小于等于0.5wt％后，加入淬灭剂淬灭过量亚硝酸钠。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该方法还包括：
将获得的偶联产物加入到无水乙醇中，调节溶液pH值，使偶联产物发生环合反应；
继续调节溶液的pH值，使环合反应产物发生脱羧反应，获得含有芳基吡唑腈的混合溶液；
对含有芳基吡唑腈的混合溶液进行后续处理，得到芳基吡唑腈。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述环合反应和脱羧反应中调节溶液pH值使其升高加入的碱性物质为无水氨。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，反应过程中所加入的全部无水氨与2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺的摩尔比为1.5～3.5:1。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述环合反应的溶液pH值为4.5～6.5；所述脱羧反应的溶液pH值为9～12。
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