CN113717086A - 一种绿色环保的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法 - Google Patents

一种绿色环保的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于有机合成技术领域,更具体地涉及一种绿色环保的4‑异硫代氰酰基‑2‑(三氟甲基)苯甲腈的制备方法,包括三步:缩合反应、水解反应和脱氨反应。本发明采用乙酸乙酯代替有毒溶剂进行缩合反应,安全环保,同时还可回收再利用,降低成本;水解后利用甲苯打浆可有效提高1‑(4‑氰基‑3‑(三氟甲基)苯基)硫脲的精度和纯度,收率高;通过吸氨试剂吸收反应产生的氨气,可提高反应速率和收率;该制备方法采用三步合成,方法简单,操作安全环保,产品收率和纯度高。

Description

一种绿色环保的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制 备方法
技术领域
本发明属于有机合成技术领域,更具体地涉及一种绿色环保的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法。
背景技术
4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈是合成恩杂鲁胺关键中间体,传统的工艺是以3-三氟甲基-4-氰基苯胺为原料,与硫光气反应制备而成;除此之外还有用到二硫化碳和三光气来代替硫光气,但是这些物质显然都具有很强的毒性,对环境和生产人员具有很大的危害,限制了大规模的工业化生产。另外,专利CN108191727B在脱氨反应中利用酸式盐硫酸氢钠和硫酸氢钾吸收氨气,但是反应产物易溶于水,不易滤除,同时,该方法析晶温度在零下3-零下8℃,对设备要求更高,因此寻找一种绿色环保、方法简单的制备方法势在必行。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种绿色环保的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法。该制备方法采用三步合成,方法简单,操作安全,产品收率和纯度高;采用乙酸乙酯代替有毒溶剂进行缩合反应,安全环保;水解后利用甲苯打浆可有效提高1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲的精度和纯度,收率高;通过吸氨试剂吸收反应产生的氨气,可提高反应速率和收率。
为了实现上述的目的,本发明提供一种绿色环保的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法,包括以下步骤:
(1)缩合反应:将硫氰酸铵加入到乙酸乙酯中搅拌溶解,控制温度为30-40℃,滴加苯甲酰氯,搅拌2-3h,然后滴加3-三氟甲基-4-氰基苯胺的乙酸乙酯溶液,反应4-5h,减压蒸除乙酸乙酯,加入水打浆1-2h后过滤、水洗,得到N-((4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)氨基甲酰基)苯甲酰胺湿品;
所述缩合反应的反应方程式为:
Figure BDA0003218527810000021
其中,所述硫氰酸铵的添加量应大于理论计算用量;EA为乙酸乙酯。
本技术方案中以乙酸乙酯为溶剂,反应温度低,低毒性,使用安全,对环境和操作人员无危害;反应完成后通过减压蒸馏,不但可以回收乙酸乙酯,实现溶剂的再利用,同时还可以减少反应物料的损耗,反应速度快,产品收率高。
(2)水解反应:将步骤(1)所得N-((4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)氨基甲酰基)苯甲酰胺湿品加入到9-11%的碱金属氢氧化物溶液中,搅拌升温至65-70℃,水解5-6h,反应结束后降至室温,使用浓酸调节pH至7-8,随后加入甲苯打浆1-2h后过滤,先后用甲苯和水淋洗,烘干,得到1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲;
进一步地,上述技术方案中所述金属氢氧化物溶液可以是氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的任一种;优选氢氧化钠。
进一步地,上述技术方案中所述浓酸为盐酸、硫酸、磷酸和乙酸中的任一种;优选盐酸。
所述优选的水解反应的反应方程式为:
Figure BDA0003218527810000022
其中,Con.HCl为浓盐酸,TL为甲苯。
本技术方案中无需加入醇类溶剂助水解,将pH调节至7-8,产品杂质少,收率高,在反应完成后利用甲苯打浆可有效提高1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲的精度和纯度,收率高。
本技术方案中甲苯用量在3-三氟甲基-4-氰基苯胺的投入量的2倍体积以上为宜,具体地,甲苯可以用正庚烷、正己烷等替代。
(3)脱氨反应:将步骤(2)所得1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲投入到氯苯中,加入吸氨试剂,搅拌混合并加热至回流,保温反应24h,反应结束降温至室温,滤除反应固体、蒸除氯苯,使用正庚烷带蒸氯苯,然后再加入正庚烷室温打浆1-2h提取产物,分出上清液并使用活性炭脱色1-2h,减压浓缩并降温析晶1-2h,而后过滤,最后使用预冷的正庚烷淋洗滤饼,减压烘干,得到4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈。
进一步地,上述技术方案中所述吸氨试剂为无水CaCl2或五氧化二磷;优选球形无水CaCl2,更优选地,吸氨试剂为球形无水CaCl2和五氧化二磷的混合物。
所述优选的脱氨反应的反应方程式为:
Figure BDA0003218527810000031
其中,n-Heptane为正庚烷。
本技术放方案中通过加入吸氨试剂可有效吸收反应中的氨气,无氨气溢出,对设备腐蚀性小,同时可有效提高反应速率和收率。具体地,无水CaCl2可以与氨气络合生成CaCl2·8NH3固体;五氧化二磷可以与氨气多次反应生成(NH4)2[PO3(NH2)]固体,容易滤除,当两者同时存在时,吸氨效果最佳。
进一步地,上述技术方案步骤(1)中,所述3-三氟甲基-4-氰基苯胺的乙酸乙酯溶液中3-三氟甲基-4-氰基苯胺与乙酸乙酯的质量体积比(kg/L)为1:2-4。
进一步地,上述技术方案步骤(1)中,所述硫氰酸铵与三氟甲基-4-氰基苯胺的摩尔比为1.28-1.4:1;所述苯甲酰氯与三氟甲基-4-氰基苯胺的摩尔比为1.2-1.3:1;所述3-三氟甲基-4-氰基苯胺与乙酸乙酯总量、水总量的质量体积比(kg/L)为1:6-10:12-20。本技术方案中硫氰酸铵和苯甲酰氯的加入量过少时,原料不能反应完全,影响产率;加入过量的水可以有效去除残留在反应物料中的盐。
进一步地,上述技术方案步骤(2)中,所述碱金属氢氧化物与N-((4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)氨基甲酰基)苯甲酰胺的摩尔比为1.68-3.3:1。本技术方案中碱金属氢氧化物加入量若过低,反应时间会拉长,且原料不能反应完全,严重影响反应效率。
进一步地,上述技术方案所述吸氨试剂与1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲的摩尔比为0.35-1.5:1;所述吸氨试剂为球形无水CaCl2或五氧化二磷。本技术方案中吸氨试剂采用上述用量,可加快反应速度,且杂质含量少,提高产物纯度。
进一步地,上述技术方案步骤(3)中,所述1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲与氯苯的质量体积比(kg/L)为1:10-30。本技术方案中氯苯倍率过高,利用率低;过低,反应时间过长,杂质多,因此只要添加合适的量才能确保产品的收率和纯度。
进一步地,上述技术方案步骤(3)中,所述1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲与正庚烷的质量体积比(kg/L)为1:12-15。本技术方案中通过高倍率的正庚烷在室温下提取产物,提取彻底。
进一步地,上述技术方案步骤(3)中,反应温度控制在130-140℃。本技术方案中以蒸汽温度即可很好的完成脱氨反应,无需额外加热或采用其它的加热措施辅助加热,操作简单。
进一步地,上述技术方案步骤(3)中,所述析晶温度为5-10℃。本技术方案中温度对结晶的产率和纯度均有影响,温度过高将影响产率,过低产品纯度越差。
进一步地,上述技术方案中所述烘干方式采用温度为45-50℃的热风循环干燥。
本发明的有益效果:
1.本发明在缩合反应中通过控制反应原料条件,让反应更充分,采用乙酸乙酯代替有毒溶剂进行反应,反应温度低、速度快,具有低毒性、使用安全的特性,对环境和操作人员无危害,安全环保,同时还可回收再利用,可节省原料,降低成本;通过加入过量的水可以有效去除残留在反应物料中的盐,提高产物纯度;
2.本发明水解过程中无需加入醇类溶剂助水解,通过严格控制反应原料和条件,反应速度快,反应后利用甲苯打浆1h以上可有效提高1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲的精度和纯度,收率高;
3.本发明在脱氨反应中通过正庚烷提取反应产物,提取彻底,利用吸氨试剂吸收反应产生的氨气,生成的固体易滤除,无氨气溢出,对设备腐蚀性小,同时可有效提高反应速率和收率。
4.本发明制备方法采用三步合成,方法简单,操作安全环保,产品收率和纯度高。
具体实施方式
下述实施例中的实验方法,如无特别说明,均为常规方法。下述实施例涉及的原料若无特别说明,均为普通市售品,皆可通过市场购买获得。
本发明的上述各项技术特征和在下文(如实施案例)中具体描述的各项技术特征之间都可以互相组合,从而构成新的或优选的技术方案。
实施例1:N-((4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)氨基甲酰基)苯甲酰胺制备
反应方程式如下:
Figure BDA0003218527810000061
在室温下,将硫氰酸铵(525g,6.89mol)加入到乙酸乙酯(3L)中搅拌溶解,控温30-40℃滴加苯甲酰氯(906g,6.44mol),滴加完毕后在此温度下继续搅拌2h,随后向该溶液体系中开始滴加3-三氟甲基-4-氰基苯胺(1kg,5.37mol)的乙酸乙酯(3L)溶液,30-40℃保温反应4h,反应结束减压蒸除乙酸乙酯,加入水(12L)打浆1h后过滤水洗(0.3L×2),得到标题化合物N-((4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)氨基甲酰基)苯甲酰胺湿品2.45kg,采用HPLC法测定纯度为93.77%,熔点为189.0-189.5℃。
实施例2:1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲制备
反应方程式如下:
Figure BDA0003218527810000062
在室温下,将N-((4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)氨基甲酰基)苯甲酰胺湿品(2.45kg)加入到10%NaOH(4kg)溶液中,搅拌升温至65-70℃水解5-6h,反应结束后降至室温,使用浓盐酸(493g)调节pH至7-8,随后加入甲苯(2L)打浆1h后过滤,先后用甲苯(150mL)和水(300mL)淋洗,烘干得到1.21kg1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲,采用HPLC法测定纯度为99.626%,两步总摩尔收率91.8%,最大单杂0.185%,熔点为189.5-190.5℃。
实施例3:4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈制备
反应方程式如下:
Figure BDA0003218527810000071
在室温下,将1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲(500g,2.03mol)投入到氯苯(7.5L)中,加入球形无水CaCl2(112.5g,1.02mol),体系搅拌混合并加热至回流,保温反应24h,反应结束降温至室温滤除固体,使用正庚烷(1L)带蒸氯苯,再加入正庚烷(6L)室温打浆1h提取产物,分出上清液并使用活性炭(30g)脱色1h,减压浓缩至约剩余1L体积时降温至5-10℃析晶1h,而后过滤,使用预冷的正庚烷(200mL)淋洗滤饼,减压烘干得到289g目标产物,采用HPLC法测定纯度为99.59%,摩尔收率62.0%,熔点为39.0-43.0℃。
实施例4:4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈制备
反应方程式如下:
Figure BDA0003218527810000072
在室温下,将1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲(500g,2.03mol)投入到氯苯(7.5L)中,加入P2O5(141.4g,1.01mol),体系搅拌混合并加热至回流,保温反应24h,反应结束降温至室温滤除固体,使用正庚烷(1L)带蒸氯苯,再加入正庚烷(6L)室温打浆1h提取产物,分出上清液并使用活性炭(30g)脱色1h,减压浓缩至约剩余1L体积时降温至5-10℃析晶1h,而后过滤,使用预冷的正庚烷(200mL)淋洗滤饼,减压烘干得到270.3g目标产物,采用HPLC法测定纯度为99.6%,摩尔收率58.0%,熔点为39.2-42.7℃。
实施例5:4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈制备
反应方程式如下:
Figure BDA0003218527810000081
在室温下,将1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲(500g,2.03mol)投入到氯苯(7.5L)中,加入球形无水CaCl2(56g,0.50mol)和P2O5(70.0g,0.50mol),体系搅拌混合并加热至回流,保温反应24h,反应结束降温至室温滤除固体,使用正庚烷(1L)带蒸氯苯,再加入正庚烷(6L)室温打浆1h提取产物,分出上清液并使用活性炭(30g)脱色1h,减压浓缩至约剩余1L体积时降温至5-10℃析晶1h,而后过滤,使用预冷的正庚烷(200mL)淋洗滤饼,减压烘干得到293.6g目标产物,采用HPLC法测定纯度为99.68%,摩尔收率63.0%,熔点为39.6-42.1℃。
对比例1:N-((4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)氨基甲酰基)苯甲酰胺制备
反应方程式同实施例1。
在室温下,将硫氰酸铵(525g,6.89mol)加入到乙酸乙酯(2L)中搅拌溶解,控温30-40℃滴加苯甲酰氯(906g,6.44mol),滴加完毕后在此温度下继续搅拌2h,随后向该溶液体系中开始滴加3-三氟甲基-4-氰基苯胺(1kg,5.37mol)的乙酸乙酯(2L)溶液,30-40℃保温反应4h,反应结束减压蒸除乙酸乙酯,加入水(5L)打浆1h后过滤水洗(0.3L×1),得到标题化合物N-((4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)氨基甲酰基)苯甲酰胺湿品2.52kg,采用HPLC法测定纯度为89.90%。
对比例2:1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲制备
反应方程式同实施例2。
在室温下,将N-((4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)氨基甲酰基)苯甲酰胺湿品(2.45g)投入到10%NaOH(4kg)溶液中,搅拌升温至65-70℃水解5-6h,反应结束后降至室温,使用浓盐酸(493g)调节pH至7-8,室温打浆1h后过滤,水洗,烘干得1.28kg,采用HPLC法测定纯度为87.619%,最大单杂为11.29%。
对比例3:采用专利CN108191727B中实施例1的制备方法
取50g1-[4-氰基-3-(三氟甲基)苯基]硫脲,28.2g硫酸氢钠,800mL辛烷,1g纯化水加入1000mL反应反中,105℃反应6h,反应完毕后,降至15℃,析晶0.5h,抽滤除抽生成的杂质及盐,滤液继续降温至-4℃,析晶1h,抽滤,用100mL纯化水洗纯晶体,减压烘干得到产品23.3g,摩尔收率50.0%,采用HPLC法测定纯度为99.62%。
结果分析:
从实施例1与对比例1的结果可以看出,缩合反应中,当乙酸乙酯以及水的总量减少时,所得产物纯度明显降低。
从实施例2与对比例2的结果可以看出,水解反应中,当采用甲苯进行打浆、水洗后,所得产物杂质含量低,纯度高达99.626%,相比于对比文件2中纯度得到显著提高。
从实施例3、4、5的结果可以看出,吸氨试剂采用无水氯化钙比五氧化二磷的收率效果略好,但是当两者同时存在时,效果最佳,可见两者具有一定的协同作用。
从实施例3与对比例3的结果可以看出,脱氨反应中,当严格采用专利CN108191727B中实施例1的方法进行制备时,纯度99.62%可达到该专利同等水平,但是摩尔收率却只有50.0%;而采用本发明方法制备时,纯度同样可达到99.59%,但是摩尔收率为62.0%,比对比例3中要高出12%;可见本发明制备方法效果更好。
最后需要强调的是,以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种变化和更改,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种绿色环保的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)缩合反应:将硫氰酸铵加入到乙酸乙酯中搅拌溶解,控制温度为30-40℃,滴加苯甲酰氯,搅拌2-3h,然后滴加3-三氟甲基-4-氰基苯胺的乙酸乙酯溶液,反应4-5h,减压蒸除乙酸乙酯,加入水打浆1-2h后过滤、水洗,得到N-((4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)氨基甲酰基)苯甲酰胺湿品;
(2)水解反应:将步骤(1)所得N-((4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)氨基甲酰基)苯甲酰胺湿品加入到9-11%的碱金属氢氧化物溶液中,搅拌升温至65-70℃,水解5-6h,反应结束后降至室温,使用浓酸调节pH至7-8,随后加入甲苯打浆1-2h后过滤,先后用甲苯和水淋洗,烘干,得到1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲;
(3)脱氨反应:将步骤(2)所得1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲投入到氯苯中,加入吸氨试剂,搅拌混合并加热至回流,保温反应24h,反应结束降温至室温,滤除反应固体、蒸除氯苯,使用正庚烷带蒸氯苯,然后再加入正庚烷室温打浆1-2h提取产物,分出上清液并使用活性炭脱色1-2h,减压浓缩并降温析晶1-2h,而后过滤,最后使用预冷的正庚烷淋洗滤饼,减压烘干,得到4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈。
2.根据权利要求1所述的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述3-三氟甲基-4-氰基苯胺的乙酸乙酯溶液中3-三氟甲基-4-氰基苯胺与乙酸乙酯的质量体积比(kg/L)为1:2-4。
3.根据权利要求1所述的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述硫氰酸铵与三氟甲基-4-氰基苯胺的摩尔比为1.28-1.4:1;所述苯甲酰氯与三氟甲基-4-氰基苯胺的摩尔比为1.2-1.3:1;所述3-三氟甲基-4-氰基苯胺与乙酸乙酯总量、水总量的质量体积比(kg/L)为1:6-10:12-20。
4.根据权利要求1所述的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的任一种;所述浓酸为盐酸、硫酸、磷酸和乙酸中的任一种。
5.根据权利要求1所述的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述碱金属氢氧化物与N-((4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)氨基甲酰基)苯甲酰胺的摩尔比为1.68-3.3:1。
6.根据权利要求1所述的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述吸氨试剂与1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲的摩尔比为0.35-1.5:1;所述吸氨试剂为球形无水CaCl2或五氧化二磷。
7.根据权利要求6所述的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法,其特征在于,所述吸氨试剂为球形无水CaCl2和五氧化二磷。
8.根据权利要求1所述的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲与氯苯的质量体积比(kg/L)为1:10-30;所述1-(4-氰基-3-(三氟甲基)苯基)硫脲与正庚烷的质量体积比(kg/L)为1:12-15。
9.根据权利要求1所述的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述反应温度控制在130-140℃。
10.根据权利要求1所述的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述析晶温度为5-10℃。
CN202110950704.5A 2021-08-18 2021-08-18 一种绿色环保的4-异硫代氰酰基-2-(三氟甲基)苯甲腈的制备方法 Active CN113717086B (zh)

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