CN113121465A - 一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2‑氯‑5‑氯甲基噻唑的合成工艺，涉及2‑氯‑5‑氯甲基噻唑合成技术领域；本发明包括在反应器加入过量的硫氰酸钠、水和催化剂C2，在超声剪切和搅拌的条件下缓慢加入2，3‑二氯丙烯，加入完成后停止超声、保持搅拌并将混合溶液缓慢升温到回流，保持温度至反应完全；反应完成后停止搅拌，进行第一次静置分层，完全分层后将一次有机层分离转移到蒸馏釜中，剩余溶液搅拌、超声混匀，第二次静置分层，完全分层后将二次有机层分离转移到蒸馏釜中，减压蒸馏获得中间产物；将中间产物与三氯甲烷加入反应器，在常温条件下搅拌并缓慢滴加足量硫酰氯，滴加结束后，在45‑55℃搅拌至反应完全；本发明工艺简单，原料成本低廉，且产品收率较高。
Description
技术领域
本发明涉及2-氯-5-氯甲基噻唑合成技术领域，具体为一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺。
背景技术
2-氯-5-氯甲基噻唑是合成农药噻虫嗪、噻虫胺、呋虫胺、医药利托那韦的重要中间体。噻虫嗪作为一种全新结构的第二代烟碱类高效低毒杀虫剂，具有用量低、广谱、高效等特点，成为目前农药开发的新热点；同时作为利托那韦的重要中间体需求量也在逐年增加。因此2-氯-5-氯甲基噻唑有极高的应用前景。
2-氯-5-氯甲基噻唑的合成方法有多种，如以2-氯丙烯胺为原料，由胺与甲酸乙酯合成N-(2-氯烯丙基)甲酰胺，再与二氯亚砜回流；或以2-氨基-5-氯甲基噻唑为原料，按桑德迈尔反应进行重氮化的卤素取代反应；或丙烯醛被H2O2氧化为环氧丙醛,与硫脲反应生成2-氨基-5-羟甲基噻唑,再经重氮化,氯取代等；但市面上现有的这些方法，或原料成本较高，或收率较低；公开号为CN104119291A，名称为一种2-氯-5-氯甲基噻唑的制备方法的发明专利中，公开了以硫氰酸钠和2,3-二氯丙烯为原料的制备方法，其原料成本较低，但是其最终收率不够好；因此，亟需一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺来解决这个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，以解决现有合成方法不能同时兼顾原料成本及收率的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，包括以下步骤：
S1：在反应器加入过量的硫氰酸钠、水和催化剂C2，在超声剪切和搅拌的条件下缓慢加入2，3-二氯丙烯，加入完成后停止超声、保持搅拌并将混合溶液缓慢升温到回流，保持温度至反应完全；
S2：反应完成后停止搅拌，进行第一次静置分层，完全分层后将一次有机层分离转移到蒸馏釜中，剩余溶液搅拌、超声混匀，第二次静置分层，完全分层后将二次有机层分离转移到蒸馏釜中，减压蒸馏获得中间产物；
S3：将步骤S2获得的中间产物与三氯甲烷加入反应器，在常温条件下搅拌并缓慢滴加足量硫酰氯，滴加结束后，在45-55℃搅拌至反应完全；
S4：蒸脱三氯甲烷，加入石油醚搅拌冷却结晶，离心过滤得到2-氯-5-氯甲基噻唑。
在上述步骤S1中优选的，升温到回流后，保持温度反应5-7h。
在上述步骤S3中优选的，加完硫酰氯后，在45-55℃搅拌至反应5-7h。
在上述步骤S1中优选的，升温速率3-5℃/min，升温到回流时，温度为90-110℃。
在上述步骤S1中优选的，超声功率200-600W，搅拌采用磁力搅拌器。
在上述步骤S2中优选的，第一次静置分层15-25min，第二次静置分层10-15min；。
在上述步骤S2中优选的，超声功率200-600W，搅拌采用磁力搅拌器。
在上述步骤S2中优选的，中间产物为氯代烯丙基异氰酸酯，其化学式为CH2＝CCl-CH2CNS。
在上述步骤S3中优选的，在加完硫酰氯的同时，开始收集反应生成的HCl和SO2尾气，收集方式为纯水吸收。
优选的，尾气经过管道输送至三级降膜吸收塔吸收，并获得副产物混酸。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，以2，3-二氯丙烯和硫氰酸钠为原料，易于获取，成本较低，且使用的单元操作步骤均为成熟的工艺方法，开发成本低廉。
2、该2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，利用超声剪切和搅拌共同作用加速混匀原料，并且采用一步式缓慢升温到回流，不分段进行反应，步骤较为简化，而且利于整个过程柔和进行，可以避免快速升温导致的反应不充分以及温度难以稳定导致发生副反应，此外，升温到回流时，保持温度为90-110℃，该温度下可以减少副反应的发生，有利于提高原料利用率和产率。
3、该2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，静置分层分两次进行，尤其是第二次静置分层时，极为有利于提高收率，其原因在于第一次静置分层，将体系中的有机层分离后，体系平衡朝向水油分离推动，目标中间产物更多进入有机层，可大大减少损失。
4、该2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，在5℃左右采用石油醚逼晶的提纯方式可达到90％以上收率，最大限度减小损失。
5、该2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，全程时间较短，约12小时内即可完成，加热温度相对较低，且使用设备简单廉价，副产物混酸可增加产品价值，几乎无额外污染，最终原料利用率高，收率较好，且静止分层后的水相中仍含有硫氰酸钠、催化剂和少量中间产物可以回收利用，适合推广进行连续工业化生产。
具体实施方式
一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，包括以下步骤：
S1：在反应器加入过量的硫氰酸钠、水和催化剂C2，在超声剪切和搅拌的条件下缓慢加入2，3-二氯丙烯，加入完成后停止超声、保持搅拌并将混合溶液缓慢升温到回流，保持温度至反应完全；
S2：反应完成后停止搅拌，进行第一次静置分层，完全分层后将一次有机层分离转移到蒸馏釜中，剩余溶液搅拌、超声混匀，第二次静置分层，完全分层后将二次有机层分离转移到蒸馏釜中，减压蒸馏获得中间产物；
S3：将步骤S2获得的中间产物与三氯甲烷加入反应器，在常温条件下搅拌并缓慢滴加足量硫酰氯，滴加结束后，在45-55℃搅拌至反应完全；
S4：蒸脱三氯甲烷，加入石油醚搅拌冷却结晶，离心过滤得到2-氯-5-氯甲基噻唑。
对比例：
在反应器中加入100g硫氰酸钠，2.5g四丁基溴化铵，200mL甲苯，在搅拌下缓慢滴加计量准确的2，3-二氯丙烯108g，在80℃油浴中冷凝回流4h之后直接升温至120℃反应3个小时。待反应结束冷却，在旋转蒸发仪上蒸除溶剂甲苯，得到产物117.5g，收率为81.3％。在反应器中加入上述产物和450mL乙腈，在搅拌下缓慢滴加计量准确的硫酰氯184g,滴加完后搅拌1小时，然后在60℃的油浴中冷凝回流3个小时，称取400g氯化钠加入到抽滤装置，量取50mL的浓硫酸加到恒压漏斗，缓慢滴加到抽虑瓶当中，将产生的氯化氢气体通过导管通入到反应器的液面以下并不断搅拌，冰水浴条件下反应，将析出的2-氯-5-氯甲基噻唑盐酸盐过滤。将过滤出来的产物转入容器，加热的条件下缓慢滴加5％碳酸钠水溶液直至弱碱性，并不断搅拌，产物完全溶解，出现油状的液体后将容器置于冰水浴中，逐渐有黄褐色固体析出，待产物完全析出后抽虑，并不断用水洗涤产物，最后干燥得到亮黄色的晶体2-氯-5-氯甲基噻唑108g，纯度大于99％，总产率为67％。
实施例1：
在反应器加入约850g硫氰酸钠、1.5L纯水和适量催化剂C2，将上述混合物用200w超声设备超声剪切和1000rpm磁力搅拌器搅拌，同时缓慢加入2，3-二氯丙烯1L，加入速率控制在200-300ml/min，加入完成后停止超声、保持搅拌并将混合溶液缓慢升温到回流，升温速率3℃/min，开始回流后温度为93℃，保持该温度反应6h，可观察到淡黄色透明液体转为黑色；反应完成后停止搅拌，进行第一次静置分层，静置15min后，将一次有机层分离转移到蒸馏釜中，剩余溶液用200w超声设备超声剪切和1000rpm磁力搅拌器搅拌5min，进行第二次静置分层，静置15min后，将二次有机层分离转移到上述蒸馏釜中，减压蒸馏获得氯代烯丙基异氰酸酯1337.36g，收率约96％，其中减压蒸馏采用70℃/1kPa快速进行(该条件为可变动，考虑经济性等各方面因素，采用该条件较为合适)；再将获得的氯代烯丙基异氰酸酯与4L三氯甲烷加入反应器，在常温条件下搅拌并缓慢滴加1L硫酰氯，滴加结束后，控制温度在50℃，同时开启三级降膜吸收塔尾气吸收系统，搅拌反应6h；反应完全后蒸脱三氯甲烷，加入石油醚，在5-10℃搅拌冷却结晶，离心过滤得到2-氯-5-氯甲基噻唑1629.81g，纯度为98％，总收率约为91％。
实施例2：
在反应器加入约900g硫氰酸钠、2L纯水和适量催化剂C2，将上述混合物用200w超声设备超声剪切和900rpm磁力搅拌器搅拌，同时缓慢加入2，3-二氯丙烯1L，加入速率控制在100-200ml/min，加入完成后停止超声、保持搅拌并将混合溶液缓慢升温到回流，升温速率3℃/min，开始回流后温度为96℃，保持该温度反应6h，可观察到淡黄色透明液体转为黑色；反应完成后停止搅拌，进行第一次静置分层，静置20min后，将一次有机层分离转移到蒸馏釜中，剩余溶液用200w超声设备超声剪切和1000rpm磁力搅拌器搅拌3min，进行第二次静置分层，静置12min后，将二次有机层分离转移到上述蒸馏釜中，减压蒸馏获得氯代烯丙基异氰酸酯1323.88g，收率约95％，其中减压蒸馏采用70℃/1kPa快速进行；再将获得的氯代烯丙基异氰酸酯与4L三氯甲烷加入反应器，在常温条件下搅拌并缓慢滴加900ml硫酰氯，滴加结束后，控制温度在45℃，同时开启三级降膜吸收塔尾气吸收系统，搅拌反应7h；反应完全后蒸脱三氯甲烷，加入石油醚，在5-10℃搅拌冷却结晶，离心过滤得到2-氯-5-氯甲基噻唑1544.36g，纯度大于98％，总收率超过86％。
实施例3：
在反应器加入约900g硫氰酸钠、2.5L纯水和适量催化剂C2，将上述混合物用500w超声设备超声剪切和1200rpm磁力搅拌器搅拌，同时缓慢加入2，3-二氯丙烯1L，加入速率控制在300ml/min，加入完成后停止超声、保持搅拌并将混合溶液缓慢升温到回流，升温速率8℃/min，开始回流后温度为108℃，保持该温度反应5h，观察到液体转为黑褐色，停止搅拌，进行第一次静置分层，静置30min后，将一次有机层分离转移到蒸馏釜中，剩余溶液用500w超声设备超声剪切和1000rpm磁力搅拌器搅拌3min，进行第二次静置分层，静置15min后，将二次有机层分离转移到上述蒸馏釜中，减压蒸馏获得氯代烯丙基异氰酸酯1282.56g，收率约92％，其中减压蒸馏采用70℃/1kPa快速进行；再将获得的氯代烯丙基异氰酸酯与3.5L三氯甲烷加入反应器，在常温条件下搅拌并缓慢滴加900ml硫酰氯，滴加结束后，控制温度在50℃，同时开启三级降膜吸收塔尾气吸收系统，搅拌反应7h；反应完全后蒸脱三氯甲烷，加入石油醚，在5-10℃搅拌冷却结晶，离心过滤得到2-氯-5-氯甲基噻唑1557.70g，纯度大于98％，总收率超过87％。
实施例4：
在反应器加入约900g硫氰酸钠、3L纯水和适量催化剂C2，将上述混合物用200w超声设备超声剪切和1000rpm磁力搅拌器搅拌，同时缓慢加入2，3-二氯丙烯1L，加入速率控制在200ml/min，加入完成后停止超声、保持搅拌并将混合溶液缓慢升温到回流，升温速率5℃/min，开始回流后温度为92℃，保持该温度反应5h，观察到液体转为黑色不透明；反应完成后停止搅拌，进行第一次静置分层，静置15min后，将一次有机层分离转移到蒸馏釜中，剩余溶液用200w超声设备超声剪切和1000rpm磁力搅拌器搅拌5min，进行第二次静置分层，静置15min后，将二次有机层分离转移到上述蒸馏釜中，减压蒸馏获得氯代烯丙基异氰酸酯1363.31g，收率接近98％，其中减压蒸馏采用72℃/1.05kPa快速进行；再将获得的氯代烯丙基异氰酸酯与5L三氯甲烷加入反应器，在常温条件下搅拌并缓慢滴加1.2L硫酰氯，滴加速度为20ml/min，滴加结束后，控制温度在50℃，同时开启三级降膜吸收塔尾气吸收系统，搅拌反应7h；反应完全后蒸脱三氯甲烷，加入石油醚，在5-10℃搅拌冷却结晶，离心过滤得到2-氯-5-氯甲基噻唑1648.27g，纯度大于99％，总收率约93％。
本发明中催化剂C2无特殊要求，使用其他市面常见加氢催化剂能达到相同目的亦可。
以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在反应器加入过量的硫氰酸钠、水和催化剂C2，在超声剪切和搅拌的条件下缓慢加入2，3-二氯丙烯，加入完成后停止超声、保持搅拌并将混合溶液缓慢升温到回流，保持温度至反应完全；
S2：反应完成后停止搅拌，进行第一次静置分层，完全分层后将一次有机层分离转移到蒸馏釜中，剩余溶液搅拌、超声混匀，第二次静置分层，完全分层后将二次有机层分离转移到蒸馏釜中，减压蒸馏获得中间产物；
S3：将步骤S2获得的中间产物与三氯甲烷加入反应器，在常温条件下搅拌并缓慢滴加足量硫酰氯，滴加结束后，在45-55℃搅拌至反应完全；
S4：蒸脱三氯甲烷，加入石油醚搅拌冷却结晶，离心过滤得到2-氯-5-氯甲基噻唑。
2.根据权利要求1所述的一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，其特征在于：所述步骤S1中，升温到回流后，保持温度反应5-7h。
3.根据权利要求1所述的一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，其特征在于：所述步骤S3中，加完硫酰氯后，在45-55℃搅拌至反应5-7h。
4.根据权利要求1所述的一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，其特征在于：所述步骤S1中，升温速率3-5℃/min，升温到回流时，温度为90-110℃。
5.根据权利要求1所述的一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，其特征在于：所述步骤S1中，超声功率200-600W，搅拌采用磁力搅拌器。
6.根据权利要求1所述的一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，其特征在于：所述步骤S2中，第一次静置分层15-25min，第二次静置分层10-15min；。
7.根据权利要求1所述的一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，其特征在于：所述步骤S2中，超声功率200-600W，搅拌采用磁力搅拌器。
8.根据权利要求1所述的一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，其特征在于：所述步骤S2中，中间产物为氯代烯丙基异氰酸酯，其化学式为CH2＝CCl-CH2CNS。
9.根据权利要求1所述的一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，其特征在于：所述步骤S3中，在加完硫酰氯的同时，开始收集反应生成的HCl和SO2尾气，收集方式为纯水吸收。
10.根据权利要求9所述的一种2-氯-5-氯甲基噻唑的合成工艺，其特征在于：所述尾气经过管道输送至三级降膜吸收塔吸收，并获得副产物混酸。
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