CN112939843B - 一种n-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种N‑羟甲基‑3,4,5,6‑四氢邻苯二甲酰亚胺的合成方法，将邻苯二甲酰亚胺、四丁基溴化铵加入到水中，加毕滴加甲醛水溶液，滴毕保温反应，反应结束后脱干溶剂以丙酮水溶液重结晶，重结晶后料投入高压釜后加入Pd/C,通氢气保温保压反应，反应结束后脱干溶剂以甲苯重结晶，该方法的两步合成收率可达到80％以上，产品液谱归一含量可达到97.6％。该方法中使用的溶剂经回收处理后可套用于反应系统内，还原催化剂可套用10次以上，本发明工艺过程简单，易操作、反应选择性强，产品收率、质量，能耗低、无含磷、含氮废水产生，生产现场环境得到显著改善，有利于工业化清洁生产。

Description

一种N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺的合成方法
技术领域
本发明涉及一种新的胺菊酯中间体N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺的合成方法。
背景技术
胺菊酯作为一种低毒杀虫剂，被世卫组织推荐用于公共卫生的主要杀虫剂之一，其蚊、蝇等害虫具有快速击倒作用。
N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺作为合成胺菊酯的关键中间体之一，其目前的主要合成方法为以1,2,3,6-邻苯二甲酸酐为原料，与P2O5在200℃反应转位生成3,4,5,6-四氢邻苯二甲酸酐，然后与尿素无溶剂法高温生成3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺，3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺再与甲醛气体或甲醛水溶液反应生成N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺，该工艺反应条件苛刻、不易控制，能耗高，反应转化率低，产品质量差，合成过程有大量的高含磷废水和高含氮废水产生，含磷、氮废水难处理，对水体极易造成巨大的污染，影响水质，不符合清洁化生产要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种以邻苯二甲酰亚胺原料，经羟甲基化、选择性还原合成N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺的一种新方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种胺菊酯中间体N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺的合成方法，包括以下步骤：
(1)N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺(化合物I)的合成：将邻苯二甲酰亚胺、相转移催化剂(PTC)加入到溶剂中，滴加羟甲基化试剂后反应至中控合格，反应结束后料液真空脱除水，余料加入适量丙酮水溶液，重结晶后得结构式为I的N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺；
(2)N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺(化合物II)的合成：将步骤I中所得到的N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺、有机溶剂及选择性加氢催化剂(cat)加入到高压釜中，升温通氢进行还原反应，还原反应结束后泄压，过滤出选择性加氢催化剂，滤液脱出有机溶剂后加入甲苯重结晶，得到结构式为II的N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺；
反应方程式为：
Figure BDA0002310162430000021
上述技术方案中，步骤(1)中，所用的相转移催化剂为四丁基溴化铵(TBAB)、四丁基氯化铵(TBAC)、十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)、苄基三乙基氯化铵(TEBAC)、十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、三辛基甲基氯化铵(Aliquat 336)中的任意一种、两种及以上以任意比例混合而成的混合物；所述的相转移催化剂与邻苯二甲酰亚胺的重量比为0.01-0.3:1。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的溶剂为水，溶剂与邻苯二甲酰亚胺的重量比为3-10:1。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的羟甲基化试剂为甲醛水溶液，甲醛水溶液中甲醛的质量浓度为23-27％；甲醛水溶液中的甲醛与邻苯二甲酰亚胺的摩尔比为1.2-2.5:1(甲醛折百后)。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的反应，反应温度为5-35℃。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的真空脱除水，操作方法为：将合格后料液带真空至-95～-98KPa，脱至终温70℃，破空，脱出水(含少量甲醛)套用至下批合成。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的丙酮水溶液，其中丙酮与水的重量比为1-6:1；丙酮水溶液与邻苯二甲酰亚胺的重量比为2-8:1。
上述技术方案中，步骤(2)中，所使用的有机溶剂为苯、甲苯、庚烷、环己烷、甲基异丁基酮、甲醇、乙醇、甲基四氢呋喃、四氯化碳、1,2-二氯乙烷中的任意一种、两种及以上以任意比例混合而成的混合物；所述的有机溶剂与N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺的重量比为1-8:1。
上述技术方案中，步骤(2)中，所用的选择性加氢催化剂为Pd/C，Pt/C，Raney N中的任意一种、两种及以上以任意比例混合而成的混合物；所述的选择性加氢催化剂与N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺的重量比为0.01-0.3:1。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的氢气与N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺的摩尔比为2-12:1。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的还原反应的温度为80-120℃，压力为0.5-2.5MPa，反应时间为8-10h。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的重结晶用的甲苯与N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺的重量比为1-8:1。
本发明技术方案的优点在于：
1、本发明方法式中的羟甲基化试剂为甲醛水溶液，反应条件温和，反应转化率高。
2、本发明方法式中的相转移催化剂在丙酮、水溶液中具有良好的溶解性，通过丙酮、水重结晶可有效避免催化剂残余对后续反应造成负影响。
3、本发明方法式中的还原试剂为H2，安全、环保、绿色。
4、本发明方法式中的催化剂为Pd/C,Raney Ni,Pt/C，催化剂加氢还原过程中具有优良的选择性，易于回收，可多次重复利用。
5、本发明方法中无含磷、含氮废水产生，反应过程易于操作，适合工业化生产。
6、本发明提供的方法对底物不同官能团具有很好的包容性。
具体实施方式
以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：
实施例1：
一种胺菊酯中间体的合成方法，包括以下步骤：
(1)合成N-羟甲基-邻苯二甲酰亚胺
Figure BDA0002310162430000031
化合物I的合成：将200g邻苯二甲酰亚胺、8.4g四丁基溴化铵、1000g水加入到反应瓶中，然后20-30℃下滴加204.1g 30％甲醛水溶液、滴加结束后20-30℃保温4h，待中控液谱归一邻苯二甲酰亚胺≤1％合格。
将合格后料液带真空至-95～-98KPa，脱至终温70℃，破空，脱出水(含少量甲醛)套用至下批合成。瓶内余料加入600g丙酮水溶液(丙酮：水＝4:1)，加毕升温至56～60℃保温1h，降至0～5℃保温1h抽滤、烘干后收213.9g，收率89.4％，LC含量97.4％，结晶母液升温脱溶回收丙酮套用于重结晶，余料作残液处理。
(2)合成N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺
Figure BDA0002310162430000041
化合物II的合成：将200g N-羟甲基-邻苯二甲酰亚胺、10g Pd/C、800g乙醇加入到高压釜中，投料毕密闭通入34g H2，通毕升温至95-100℃，(此时压力约1.0-1.2MPa)保温、保压反应12h，中控N-羟甲基-邻苯二甲酰亚胺液谱归一小于1.5％合格。
待中控合格后将上述料液降至60-70℃，开排空泄压至0，静置1h后将料液抽出，过滤，滤出催化剂套用至下批合成，滤液带负压脱乙醇，脱毕加入1000g甲苯升温溶解后降温至-5～0℃保温1h后抽滤收N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺186g，收率90.7％，液谱含量97.6％。
实施例2：
一种胺菊酯中间体的合成方法，包括以下步骤：
(1)合成N-羟甲基-邻苯二甲酰亚胺
Figure BDA0002310162430000042
化合物I的合成：将200g邻苯二甲酰亚胺、12.8g Aliquat 336、1200g水加入到反应瓶中，然后10-15℃下滴加244.9g 30％甲醛水溶液、滴加结束后10-15℃保温4h，待中控液谱归一邻苯二甲酰亚胺≤1％合格。
将合格后料液带真空至-95～-98KPa，脱至终温70℃，破空，脱出水(含少量甲醛)套用至下批合成。瓶内余料加入600g丙酮水溶液(丙酮：水＝3:1)，加毕升温至56～60℃保温1h，降至0～5℃保温1h抽滤、烘干后收219.9g，收率91.3％，LC含量96.2％，结晶母液升温脱溶回收丙酮套用于重结晶，余料作残液处理。
(2)合成N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺
Figure BDA0002310162430000051
化合物II的合成：将200g N-羟甲基-邻苯二甲酰亚胺、10g Pt/C、1000g乙醇加入到高压釜中，投料毕密闭通入27g H2，通毕升温至105-110℃，(此时压力约1.5-1.8MPa)保温、保压反应12h，中控N-羟甲基-邻苯二甲酰亚胺液谱归一小于1.5％合格。
待中控合格后将上述料液降至60-70℃，开排空泄压至0，静置1h后将料液抽出，过滤，滤出催化剂套用至下批合成，滤液带负压脱乙醇，脱毕加入1000g甲苯升温溶解后降温至-5～0℃保温1h后抽滤收N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺192.2g，收率93.7％，液谱含量98.2％。
实施例3：
加氢催化剂套用实验：
将200g N-羟甲基-邻苯二甲酰亚胺、10g Pt/C、1000g乙醇加入到高压釜中，投料毕密闭通入27g H2，通毕升温至105-110℃，(此时压力约1.5-1.8MPa)保温、保压反应12h，中控N-羟甲基-邻苯二甲酰亚胺液谱归一小于1.5％合格。
待中控合格后将上述料液降至60-70℃，开排空泄压至0，静置1h后将料液抽出，过滤，滤出催化剂套用至下批合成，滤液带负压脱乙醇，脱毕加入1000g甲苯升温溶解后降温至-5～0℃保温1h后抽滤收N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺。
催化剂套用实验
Figure BDA0002310162430000052
Figure BDA0002310162430000061
上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺的合成：将邻苯二甲酰亚胺、相转移催化剂加入到溶剂中，滴加羟甲基化试剂后反应至中控合格，反应结束后料液真空脱除水，余料加入适量丙酮水溶液，重结晶后得结构式为I的N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺；
所用的相转移催化剂为四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、苄基三乙基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、三辛基甲基氯化铵中的任意一种、两种及以上以任意比例混合而成的混合物；所述的相转移催化剂与邻苯二甲酰亚胺的重量比为0.01-0.3:1；
(2)N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺的合成：将步骤I中所得到的N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺、有机溶剂及选择性加氢催化剂加入到高压釜中，升温通氢进行还原反应，还原反应结束后泄压，过滤出选择性加氢催化剂，滤液脱出有机溶剂后加入甲苯重结晶，得到结构式为II的N-羟甲基-3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺；
所用的选择性加氢催化剂为Pd/C，Pt/C，Raney Ni中的任意一种、两种及以上以任意比例混合而成的混合物；所述的选择性加氢催化剂与N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺的重量比为0.01-0.3:1；
反应方程式为：
Figure FDA0003469686100000011
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的溶剂为水，溶剂与邻苯二甲酰亚胺的重量比为3-10:1。
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的羟甲基化试剂为甲醛水溶液，甲醛水溶液中甲醛的质量浓度为23-27％；甲醛水溶液中的甲醛与邻苯二甲酰亚胺的摩尔比为1.2-2.5:1。
4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的反应，反应温度为5-35℃；所述的真空脱除水，操作方法为：将合格后料液带真空至-95～-98KPa，脱至终温70℃，破空，脱出水套用至下批合成。
5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的丙酮水溶液，其中丙酮与水的重量比为1-6:1，丙酮水溶液的用量与邻苯二甲酰亚胺的重量比为2-8:1。
6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(2)中，所使用的有机溶剂为苯、甲苯、庚烷、环己烷、甲基异丁基酮、甲醇、乙醇、甲基四氢呋喃、四氯化碳、1,2-二氯乙烷中的任意一种、两种及以上以任意比例混合而成的混合物；所述的有机溶剂与N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺的重量比为1-8:1。
7.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的氢气与N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺的摩尔比为2-12:1；所述的重结晶用的甲苯与N-羟甲基邻苯二甲酰亚胺的重量比为1-8:1。
8.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的还原反应的温度为80-120℃，压力为0.5-2.5MPa，反应时间为8-10h。
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