CN113105323B - 一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺 - Google Patents
一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种2‑甲基‑3‑甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺,包括以下步骤:2‑甲基‑3‑甲氧基苯甲酸甲酯在碱性水溶液中升温水解,水解反应进行的同时蒸馏出生成的甲醇;水解后的反应液于保温下加入有机溶剂溶解,并加入酸性水溶液进行中和;中和后保温分层,得水层与有机层,有机层水洗;水洗后的有机层升温共沸除水;共沸除水后的有机层中加入催化剂,升温后,滴加酰氯化试剂,保温反应得2‑甲基‑3‑甲氧基苯甲酰氯。本发明在水解完成后的中和过程中,添加有机溶剂,将产物2‑甲基‑3‑甲氧基苯甲酸转移至有机溶剂中,以溶液状态转移至后续反应,减少了后处理的用水量的同时,避免了固体粉尘干燥以及投料过程对工作环境以及工人健康危害。
Description
技术领域
本发明属于有机农药中间体的合成技术领域,涉及甲氧虫酰肼中间体2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯制备工艺,具体为一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺。
背景技术
甲氧虫酰肼是第2代双酰肼类昆虫生长调节剂,由美国罗姆-哈斯(现陶氏益农)公司1990年发现,目前该产品由陶氏益农生产,并在世界各地销售。该产品对鳞翅目害虫具有高度选择杀虫活性,没有渗透作用及韧皮部内吸活性,主要通过胃毒作用致效,同时也具有一定的触杀及杀卵活性。甲氧虫酰肼与环虫酰肼、氯虫酰肼和虫酰肼等其它双酰肼类杀虫剂一样,亦为蜕皮激素激动剂,能够引起鳞翅目幼虫停止取食,加快蜕皮进程,使害虫在成熟前因提早蜕皮而致死。该药与抑制害虫蜕皮的药剂的作用机制相反,可在害虫整个幼虫期用药进行防治。该产品适用作物广泛,如十字花科蔬菜、茄果类蔬菜、瓜类、棉花、苹果、桃、水稻、林木等。
2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯是农药甲氧虫酰肼的重要中间体,现有的合成工艺主要为以2-甲基-3-甲氧基苯甲酸进行酰氯化制备。2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯与叔丁基肼盐酸盐反应得到N-(3-甲氧基-2-甲基苯甲酰基)-N’-叔丁基肼,所得N-(3-甲氧基-2-甲基苯甲酰基)-N’-叔丁基肼中间体再与3,5-二甲基苯甲酰氯反应制备甲氧虫酰肼粗品,所得粗品经重结晶得到甲氧虫酰肼精制品。
然而,上述技术方案存在如下缺点:1)2-甲基-3-甲氧基苯甲酸不易得到,通常由3-硝基-2-甲基苯甲酸,经还原、重氮化、甲氧基化制得。中国专利CN109384667公开了一种以3-硝基邻二甲苯为原料经氧化制备3-硝基-2-甲基苯甲酸,3-硝基-2-甲基苯甲酸经酯化、还原、重氮化、甲氧基化、水解制得2-甲基-3-甲氧基苯甲酸的方法。一般来说,2-甲基-3-甲氧基苯甲酸甲酯水解、中和过滤干燥制备2-甲基-3-甲氧基苯甲酸的过程中,产生大量含盐、含甲醇废水,其中COD高达200,000 mg/Kg以上。而且,一方面固体干燥过程产生形成固体粉尘,对工作环境以及工人健康危害较大;另一方面中和时,部分盐被包裹在2-甲基-3-甲氧基苯甲酸中,难以除去,需要大量水洗。2)酰氯化或及酰化步骤通常在毒性很大的二氯乙烷中进行(如CN 106699596 A, CN 104803879 A, CN 102584573 A等),对环境以及工人健康危害很大,不利于绿色生产。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺,本发明在水解完成后的中和过程中,添加有机溶剂,将产物2-甲基-3-甲氧基苯甲酸转移至有机溶剂中,以溶解状态转移至后续反应,减少了后处理的用水量,同时避免了固体粉尘干燥以及投料过程对工作环境以及工人健康危害。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺,包括以下步骤:
(1)水解:2-甲基-3-甲氧基苯甲酸甲酯在碱性水溶液中升温水解,水解反应进行的同时蒸馏出生成的甲醇;
(2)中和:步骤(1)水解后的反应液保温下加入有机溶剂以及酸性水溶液进行中和;中和后保温分层,得水层与有机层,有机层水洗除盐;
(3)共沸除水:步骤(2)水洗除盐后的有机层升温共沸除水;
(4)酰氯化:步骤(3)共沸除水后的有机层中加入催化剂,升温后,滴加酰氯化试剂,保温反应得2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯溶液。
本发明的进一步改进方案为:
步骤(1)中碱性水溶液所用的碱为碱金属的氢氧化物或碳酸盐。
进一步的,所述碱为氢氧化钠。
进一步的,步骤(1)中所述2-甲基-3-甲氧基苯甲酸甲酯与碱的摩尔比为1:1.01-1.05,所述碱性水溶液的质量浓度为25-35%,所述水解反应温度为90-130℃。
进一步的,步骤(1)的反应器可以为蒸馏釜式或反应精馏塔式,当设备为反应精馏塔或反应后串联精馏塔时,便于精馏纯化回收副产物甲醇。
进一步的,步骤(2)所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸异丙酯、醋酸正丁酯、醋酸仲丁酯、甲基叔丁基醚、2-甲基四氢呋喃、二乙氧基甲烷等、甲基异丁基酮、甲基异丙基酮或二乙基酮中的一种或两种以上混合。
进一步的,步骤(2)所述2-甲基-3-甲氧基苯甲酸甲酯与有机溶剂的重量比为1:1.8-4.6,所述保温分层的温度为50-90℃
进一步的,步骤(2)中所述酸性水溶液为硫酸溶液;所述酸性水溶液的质量浓度为20-40%。
进一步的,步骤(2)所述水层经降温结晶、过滤回收无机盐后,滤液去废水处理系统,所述降温结晶温度为0-20℃,优选的,降温结晶温度为0-10℃。
进一步的,步骤(2)所述有机层水洗除盐所得的水相配制碱性水溶液后,套用回步骤(1),以减少废水的排出。
进一步的,步骤(2)所述有机层水洗除盐的水洗水量不超过步骤(1)中所使用的水量;所述水洗步骤可以通过多次萃取或逆流萃取方式以降低有机层中盐浓度,当采用多次萃取时,多次萃取的水可合并去水解步骤(1)。
进一步的,步骤(3)所述共沸除水的温度为70-95℃;除水后有机体系中含水量<0.1%。
进一步的,步骤(4)中所述催化剂为DMF,所述酰氯试剂为氯化亚砜或草酰氯,所述反应温度为70-80℃。
进一步的,步骤(4)还包含如下步骤:所得2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯溶液经浓缩脱溶回收溶剂后,减压蒸馏得到2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯精制品。
本发明制得的2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯精制品或2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯溶液可直接去进行甲氧虫酰肼的合成步骤制备甲氧虫酰肼原药。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1)本发明所采用的水解过程,进行水解反应的同时回收甲醇,降低水中的甲醇含量,从而可以降低废水中COD;在降低生产成本的同时也减轻了环保压力;
2)本发明在水解反应完成后进行中和的过程中,加入有机溶剂将产生的2-甲基-3-甲氧基苯甲酸萃取进入有机相中;有利于将物料以流体形态转移至共沸除水步骤,使操作更加简便;同时易于通过水洗减少固体中盐含量,以控制产品中的盐含量;
3)本发明以共沸除水代替物料干燥过程,避免了固体粉尘干燥即投料过程对工作环境以及工人健康危害;
4)本发明采用了萃取分层步骤,与现有工艺对比,大大减少了水的使用量,从源头上减少了废水的产生。而且,由于水量减少,本发明中和后所得到的分层水比现有技术的盐度更高,通过简单的降温结晶步骤即可回收其中大量的盐分,减轻了高盐废水处理的压力;
5)本发明所使用的酰氯化溶剂毒性低,相对于现有技术中使用的二氯乙烷更加绿色环保;
综上所述,本发明相对于现有技术具有工艺操作简洁方便,绿色环保得特点,更利于工业化生产,具有更好的经济效益与社会效益。
附图说明
图1为实施例4制得的2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯溶液的液相色谱图;
图2为实施例5制得的甲氧虫酰肼液相色谱图。
具体实施方式
实施例1:
(1)水解:2-甲基-3-甲氧基苯甲酸甲酯(80 g,0.44 mol)、水(50 g)加入反应釜中,升温 90-100℃,滴加液碱(59.8 g,0.45 mol, 1.01 eq.,浓度:30%)溶液,滴加时间0.2h,加毕,外温升至120-130℃,反应同时蒸馏出甲醇(馏出液:16.1 g, 含水量:17.3%);
(2)中和:反应完毕时,降温至50-55℃,加入醋酸乙酯147 g, 保温下,滴加20%硫酸107 g,控制滴加时间0.1-1.0 h;
加毕,保温55-60℃下静置分层;有机层待水洗,水层收集(约214 g),降温至0-5℃结晶、过滤,得十水硫酸钠约47 g,滤液166 g;
有机层加入水50 g,保温50-60℃,分去水层。有机层去共沸除水;
(3)共沸除水: 分层所得有机层,升温蒸馏除水,至浓缩液含水量<0.1%;蒸馏馏出液分层,水层去废水处理,有机层收集;
(4)酰氯化:共沸除水后的有机层,加入DMF 4 g,升温70-80℃;滴加二氯亚砜(55.48 g),保温70-80℃反应至2-甲基-3-甲氧基苯甲酸<0.5%,得2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯溶液。
实施例2:
(1)水解:2-甲基-3-甲氧基苯甲酸甲酯(160 g,0.89 mol)、水(100 g)加入反应釜中,升温 90-100℃,滴加液碱(120.0 g,0.91 mol, 1.03 eq.,浓度:30.5%)溶液,滴加时间0.25 h,加毕,保温100-110℃反应,同时蒸馏出甲醇(馏出液:45.9 g, 含水量:50%);
(2)反应完毕时,降温至75-80℃,加入醋酸异丙酯600 g, 保温下,滴加30%硫酸140 g,控制滴加时间0.1-1.0 h;
加毕,保温55-60℃下静置分层;有机层待水洗,水层收集(约340 g),降温至5-10℃结晶、过滤,得十水硫酸钠约98 g,滤液240 g;
有机层加入水100 g,保温50-60℃,分去水层。有机层去共沸除水;
(3)共沸除水: 分层所得有机层,升温蒸馏除水,至浓缩液含水量<0.1%;馏出液分层,水层去废水处理,有机层收集;
(4)酰氯化:共沸除水后的有机层,加入DMF 6.5 g,升温70-80℃;滴加二氯亚砜(110.5 g),保温70-80℃反应至2-甲基-3-甲氧基苯甲酸<0.5%,得2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯溶液。
实施例3
(1)水解:2-甲基-3-甲氧基苯甲酸甲酯(100 g,0.55 mol)、水(72 g)加入反应釜中,升温 90-100℃,滴加氢氧化钾(109.0 g,0.58mol, 1.05 eq.,浓度:30.0%)溶液,滴加时间0.33 h,加毕,外温保温110-120反应,同时蒸馏出甲醇(馏出液:20 g, 含水量:34%);
(2)反应完毕时,降温至75-80℃,加入甲基异丁酮 460 g, 保温下,滴加30%硫酸86.7 g,控制滴加时间0.5-1.0 h;
加毕,保温50-60℃下静置分层;有机层待水洗,水层收集(约256 g),降温至0-5℃结晶、过滤,得硫酸钾约31 g,滤液226 g;
有机层加入水70 g,保温50-60℃,分去水层。有机层去共沸除水;
(3)共沸除水: 分层所得有机层,升温蒸馏除水,至浓缩液含水量<0.1%;馏出液分层,水层去废水处理,有机层收集;
(4)酰氯化:共沸除水后的有机层,加入DMF 5.0 g,升温70-80℃;滴加二氯亚砜(69.3 g),保温70-80℃反应至2-甲基-3-甲氧基苯甲酸<0.5%,得2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯溶液;
反应液减压蒸馏控制真空≤-0.07MPa,温度≤100℃,浓缩蒸出溶剂;浓缩液继续高真空(80-100 Pa)减压蒸馏,升温至130-140℃蒸馏出2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯,含量约99.6%,收率>95%。
实施例4
(1)水解: 2-甲基-3-甲氧基苯甲酸甲酯(176.2 g, 0.98 mol)、水(80.0 g)加入反应釜中,升温 85-95℃,滴加液碱(133.8 g,1.00 mol, 1.03 eq.,浓度:30%)溶液, 控制滴加时间0.5-1.5 h,加毕,保温90-100℃反应,同时蒸馏出甲醇;
(2)中和:反应完毕,将反应物料趁热保温转移至中和釜,加甲苯700 g,保温80-84℃下,滴加40%硫酸123.6 g,控制滴加时间0.5-1.0 h;
加毕,保温80-84℃下静置分层;有机层去水洗,水层收集(约356 g),降温至0-5℃结晶、过滤,得十水硫酸钠约138 g,滤液231 g;
有机层加水80 g进行第一次水洗, 保温80-84℃下静置分层;水层收集作下批次水解反应水洗用水;
有机层再次加水(80 g)进行水洗, 保温80-84℃下静置分层;水层收集作下批次有机层第一次水洗用水;
(3)共沸除水:水洗后的甲苯层保温进入脱水塔升温至塔底110-130℃,共沸蒸馏除水至浓缩液含水量<0.1%;塔顶馏出液分层,水层去废水处理,甲苯层收集;
(4)酰氯化:共沸除水后的甲苯层,加入DMF 0.5 g,升温70-80℃;滴加二氯亚砜(127.5 g),保温70-80℃反应至2-甲基-3-甲氧基苯甲酸<0.5%,得2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯溶液。
实施例5:制备甲氧虫酰肼
(1)3,5-二甲基苯甲酰氯的制备: 将400 mL甲苯、3,5-二甲基苯甲酸(106.5 g)加入反应瓶中,搅拌,升温至70-80℃,滴加二氯亚砜(84.7 g),滴毕保温反应5 h,反应结束,溶液备用;
(2)N-(3-甲氧基-2-甲基苯甲酰基)-N’-叔丁基肼的制备:将叔丁基肼盐酸盐130g悬浮于500 mL甲苯中,降温搅拌,滴加30% NaOH溶液130.4 g,搅拌30min。于0℃滴加实施例4所得得3-甲氧基-2-甲基苯甲酰氯甲苯溶液,同时于0℃滴加30%氢氧化钠溶液 134 g,控制滴加速度使两者同时滴完,滴毕,搅拌至反应完成。过滤得N-(3-甲氧基-2-甲基苯甲酰基)-N'-叔丁基肼181 g (HPLC:98.8%),干燥备用;
(3)甲氧虫酰肼的合成:将N-(3-甲氧基-2-甲基苯甲酰基)-N'-叔丁基肼(150 g)和400mL甲苯加入反应瓶中,搅拌,降至0℃,滴加步骤1)制备的3,5-二甲基苯甲酰氯甲苯溶液,同时滴加30%氢氧化钠溶液(87.2 g),滴加温度<5℃,控制滴加速度使两者同时滴毕,室温反应2 h,过滤、水洗得白色固体198 g,用乙醇重结晶得白色甲氧虫酰肼140 g (HPLC:99.5%)。
Claims (9)
1.一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺,其特征在于,包括以下步骤:
(1)水解:2-甲基-3-甲氧基苯甲酸甲酯在碱性水溶液中升温水解,水解反应进行的同时蒸馏出生成的甲醇;
(2)中和:步骤(1)水解后的反应液保温下加入有机溶剂以及酸性水溶液进行中和;中和后保温分层,得水层与有机层,有机层水洗除盐;
(3)共沸除水:步骤(2)水洗除盐后的有机层升温共沸除水;
(4)酰氯化:步骤(3)共沸除水后的有机层中加入催化剂,升温后,滴加酰氯化试剂,保温反应得2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯溶液;
步骤(2)所述有机溶剂为甲苯、醋酸乙酯、醋酸异丙酯或甲基异丁基酮中的一种或两种以上混合。
2.根据权利要求1所述的一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺,其特征在于:步骤(1)中碱性水溶液所用的碱为碱金属的氢氧化物或碳酸盐。
3.根据权利要求1所述的一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺,其特征在于:步骤(1)中所述2-甲基-3-甲氧基苯甲酸甲酯与碱的摩尔比为1:1.01-1.05,所述水解反应温度为90-130℃。
4.根据权利要求1所述的一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺,其特征在于:所述2-甲基-3-甲氧基苯甲酸甲酯与有机溶剂的重量比为1:1.8-4.6,所述保温分层的温度为50-90℃,所述共沸除水的温度为70-95℃。
5.根据权利要求1所述的一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺,其特征在于:步骤(2)中所述酸性水溶液为硫酸溶液;所述酸性水溶液的质量浓度为20-40%。
6.根据权利要求1所述的一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺,其特征在于:步骤(2)所述水层经降温结晶、过滤回收无机盐后,滤液去废水处理系统,所述降温结晶温度为0-20℃。
7.根据权利要求1所述的一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺,其特征在于:步骤(2)所述有机层水洗除盐所得的水相配制碱性水溶液后,套用回步骤(1)。
8.根据权利要求1所述的一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺,其特征在于:步骤(4)中所述催化剂为DMF,所述酰氯试剂为氯化亚砜或草酰氯,保温反应温度为70-80℃。
9.根据权利要求1所述的一种2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯的绿色制备工艺,其特征在于:步骤(4)还包含如下步骤:所得2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯溶液经浓缩脱溶回收溶剂后,减压蒸馏得到2-甲基-3-甲氧基苯甲酰氯精制品。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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