CN114685365B - 一种吡氟酰草胺的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种吡氟酰草胺的合成方法，包括以下步骤：S1、将卤代烟酸与3‑三氟甲基苯酚进行反应，得到3‑(三氟甲基)苯基2‑卤代烟酸酯；所述卤代烟酸优选为2‑氯烟酸或2‑碘烟酸；S2、将所述3‑(三氟甲基)苯基2‑卤代烟酸酯与2,4‑二氟苯胺进行反应，得到吡氟酰草胺。本发明两步合成吡氟酰草胺的方法操作简单，能耗低，含量98％以上，两步收率50‑92％，优于现有工艺；本发明第一步不使用氯化亚砜，不产生废气，不需要拿出中间体，整个实施例过程只有抽滤出料时产生少量废水，没有废盐产生，环境友好。此外，本发明实施例使用的催化剂还可以回收利用。

Description

一种吡氟酰草胺的合成方法
技术领域
本发明属于农药合成技术领域，具体涉及吡氟酰草胺(diflufenican)的合成方法。
背景技术
吡氟酰草胺(diflufenican)，又名吡氟草胺，英文名称为diflufenican，化学名称为N-(2,4-二氟苯基)-2-[(3-三氟甲基)苯氧基]-3-吡啶甲酰胺，CAS号为83164-33-4，属于取代吡啶基酰苯胺类除草剂，主要用于玉米、大豆及麦田防除多种一年生禾本科杂草和某些阔叶杂草。吡氟酰草胺的作用是通过对八氢番茄红素脱氢酶的抑制，阻碍类胡萝卜素生物合成；并且可以与多种除草剂复配，扩大杀草谱和提高除草效果。吡氟酰草胺的化学结构式如下：
Figure BDA0002865433660000011
目前，合成吡氟酰草胺的主要工艺路线有两条；其中第一条是主要以2-氯烟酸为原料，先使用氯化亚砜、三光气等进行酰化制得2-氯烟酰氯，再与2,4-二氟苯胺进行胺化，最后与3-三氟甲基苯酚缩合得到吡氟酰草胺，反应路线如下所示：
Figure BDA0002865433660000012
上述合成吡氟酰草胺的原料中，2-氯烟酸又名2-氯-3-吡啶羧酸、2-氯吡啶-3-甲酸，英文名称为2-Chloronicotinic acid，CAS号为2942-59-8。氯化亚砜又名亚硫酰氯，英文名称为thionyl chloride，主要用于制造酰基氯化物，也为合成吡氟酰草胺的原料，其化学式为SOCl2。三光气又名固体光气，英文名称为Triphosgene；2,4-二氟苯胺英文名称为2,4-Difluoroaniline。
第二条路线也是以2-氯烟酸为原料，先与3-三氟甲基苯酚缩合，然后使用氯化亚砜进行酰化，最后与2,4-二氟苯胺进行胺化得到吡氟酰草胺；反应路线如下所示：
Figure BDA0002865433660000021
上述的两条路线都是以2-氯烟酸、氯化亚砜、3-三氟甲基苯酚、2,4-二氟苯胺为原料，只是先进行酰胺化还是先进行醚化的区别。现有的这两条合成路线都是三步反应，一般含量在97-98％之间，三步收率大约75-90％。先胺化路线中，通常使用碱性缚酸剂，容易产生大量废盐等；先醚化路线也会产生大量废水和废盐。
综上：现有技术的反应步骤多，操作复杂，能耗高，同时产生大量三废，若进行适当的工艺优化具有重要的工业化生产价值。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种吡氟酰草胺的合成方法，本发明合成吡氟酰草胺的方法具有操作简单、能耗低、环境友好等特点，利于工业化生产。
本发明提供一种吡氟酰草胺的合成方法，包括以下步骤：
S1、将卤代烟酸与3-三氟甲基苯酚进行反应，得到3-(三氟甲基)苯基2-卤代烟酸酯；
S2、将所述3-(三氟甲基)苯基2-卤代烟酸酯与2,4-二氟苯胺进行反应，得到吡氟酰草胺。
优选地，所述卤代烟酸为2-氯烟酸或2-碘烟酸；更优选为2-氯烟酸，制备得到3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯。
优选地，所述步骤S1中，所述反应在催化剂固体强酸的作用下于溶剂中进行。
优选地，所述步骤S1中，所述催化剂固体强酸为SO4 2-/ZrO2-Al2O3、SO4 2-/ZrO2或SO4 2-/TiO2，优选为SO4 2-/ZrO2-Al2O3。
优选地，所述步骤S1中，所述催化剂固体强酸与2-氯烟酸的质量比为5-10:15(可对应为5g-10g：15等)，优选为6-8:15。
优选地，所述步骤S1中，所述反应在芳烃类溶剂中加热回流实现，优选利用分水器分出生成的水至反应结束。
优选地，所述步骤S2中，所述反应在使用铜类催化剂的条件下进行；所述铜类催化剂优选为碘化亚铜、溴化亚铜、氯化亚铜和氧化亚铜中的一种或多种。
优选地，所述步骤S2中，所述铜类催化剂为碘化亚铜；所述铜类催化剂与2-氯烟酸的质量比为0.01-0.02:15(可对应为0.01g-0.02g:15g等)。
优选地，所述步骤S2中，所述反应在有机溶剂中进行，所述有机溶剂优选为DMF、DMSO或N-甲基吡咯烷酮。
优选地，所述步骤S2中，所述2,4-二氟苯胺与2-氯烟酸的摩尔比为2-5:1，优选为2.7-3.5:1。
优选地，所述步骤S2中，所述反应的温度为100-140℃，优选为130-135℃。
与现有技术相比，本发明的合成路线只需两步，第一步制备中间体3-(三氟甲基)苯基2-卤代烟酸酯，第二步该中间体与2,4-二氟苯胺反应制得吡氟酰草胺。本发明两步合成吡氟酰草胺的方法操作简单，能耗低，含量98％以上，两步收率50-92％，优于现有工艺；本发明第一步不使用氯化亚砜，不产生废气，不需要拿出中间体，整个实施例过程只有抽滤出料时产生少量废水，没有废盐产生，环境友好。
此外，本发明实施例使用的催化剂还可以回收利用。
附图说明
图1为中间体3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯的核磁谱图；
图2为吡氟酰草胺产品的核磁谱图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种吡氟酰草胺的合成方法，包括以下步骤：
S1、将卤代烟酸与3-三氟甲基苯酚进行反应，得到3-(三氟甲基)苯基2-卤代烟酸酯；
S2、将所述3-(三氟甲基)苯基2-卤代烟酸酯与2,4-二氟苯胺进行反应，得到吡氟酰草胺。
现有的两条合成路线都是三步反应，其中，先胺化路线中第一步使用氯化亚砜会产生大量氯化氢和二氧化硫废气，对设备有极大的腐蚀性，而使用三光气危险性较高；第二步高温脱气会产生大量氯化氢气体，而加入碱性缚酸剂会产生大量废盐；第三步使用碱性缚酸剂产生大量废盐。现有先醚化路线中，第一步产生大量废水和废盐，且需要拿出固体中间体，第二步使用氯化亚砜产生大量废气，且对设备有极大的腐蚀性。
有鉴于此，本发明提供一种操作简单、能耗低、环境友好的合成吡氟酰草胺的工艺路线。
在本发明的实施例中，原料卤代烟酸优选为2-氯烟酸或2-碘烟酸，更优选为2-氯烟酸。本发明优选实施例提供的新的合成吡氟酰草胺的方法包括：在固体超强酸的催化作用下，2-氯烟酸与3-三氟甲基苯酚进行酯化得到3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯，可过滤除去固体超强酸，直接与2,4-二氟苯胺在催化剂的作用下得到吡氟酰草胺。
具体的合成方法如下：
第一步合成3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯：
Figure BDA0002865433660000041
将2-氯烟酸与3-三氟甲基苯酚在使用催化剂条件下进行反应，得到3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯。
2-氯烟酸与3-三氟甲基苯酚的化学结构式分别如下；其中，3-三氟甲基苯酚又名间三氟甲基苯酚，英文名称为3-Trifluoromethylphenol。
Figure BDA0002865433660000051
本发明实施例可在反应烧瓶中加入2-氯烟酸、3-三氟甲基苯酚、固体超强酸、芳烃类等溶剂，加热回流，优选利用分水器分出生成的水，直至反应再无水生成时，反应结束。
所述第一步反应合成3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯，2-氯烟酸与3-三氟甲基苯酚的投料比可为1:1；芳烃类溶剂优选甲苯，甲苯的用量为1000mL至3000mL/1mol2-氯烟酸，优选为1800mL至2600mL/1mol2-氯烟酸。此外，所述的溶剂还可为二氯甲烷、四氢呋喃。
所述第一步反应合成3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯，优选使用的催化剂固体超强酸简称固体强酸，包括SO4 2-/ZrO2-Al2O3、SO4 2-/ZrO2或SO4 2-/TiO2等。而催化剂更优选SO4 2-/ZrO2-Al2O3，采用市售产品即可，催化剂也可依照专利CN109999843制备；催化剂的用量可为5g至10g/15g 2-氯烟酸，优选为6g至8g/15g 2-氯烟酸。并且，本发明实施例优选使用的催化剂可以回收利用(重复验证五批次对收率影响不大)。
所述反应合成3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯，使用的催化剂还可采用DCC/DMAP，CDI，EDC/DMAP，EDCI/DMAP等。DCC/DMAP是DCC(N,N'-二环己基碳酰亚胺)-DMAP(4-二甲氨基吡啶)的体系，CDI是N,N'-羰基二咪唑，EDC是1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，EDCI是EDC盐酸盐。在本发明的实施例中，所述催化剂优选CDI；催化剂的用量可为1mol至1.9mol/1mol 2-氯烟酸，优选1.1-1.3mol/1mol 2-氯烟酸。
一些实施例加入2-氯烟酸、催化剂等，优选搅拌回流2h-5h，滴加3-三氟甲基苯酚，回流反应4h-12h，反应结束。
所述第一步反应合成3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯，优选使用分水器，下层水层分出，直至下层不再产生水，停止反应。本发明实施例自然降温至室温，可过滤掉固体超强酸回收套用。
本发明实施例将上述反应后的体系降温至室温，水洗过滤除去固体，液碱洗涤，再水洗，蒸干溶剂，得到无色油状物。
本发明可提供一种卤代烟酸酯类化合物，具有式I结构通式：
Figure BDA0002865433660000061
式I中，X是-Cl或-I；R是-CF3、-CCl3、-CI3、-CH3、-OCH3或-OOCCH3。
本发明实施例提供的卤代烟酸酯类物质可作为合成农药吡氟酰草胺的中间体，能更加高效、环保地生产吡氟酰草胺。
优选地，所述的卤代烟酸酯类化合物为3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯，具有式I-1结构；该物质可用作吡氟酰草胺合成过程中的重要中间体，但并不限于此中间体；
Figure BDA0002865433660000062
本发明实施例提供了如前文式I所示的卤代烟酸酯类化合物的合成方法，包括以下步骤：
将卤代烟酸或其衍生物与间位取代苯酚进行反应，得到具有式I结构通式的卤代烟酸酯类化合物；所述卤代烟酸为2-氯烟酸或2-碘烟酸；所述间位取代苯酚中的取代基是-CF3、-CCl3、-CI3、-CH3、-OCH3或-OOCCH3。
本发明实施例提供的合成3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯等化合物的方法，其收率、产品纯度良好。采用本发明提供的这类卤代烟酸酯类化合物合成吡氟酰草胺，生产高效，利于环保。
本发明优选实施例第二步合成吡氟酰草胺：
Figure BDA0002865433660000063
将所述3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯与2,4-二氟苯胺进行反应，得到吡氟酰草胺。
3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯的结构参见式I-1；2,4-二氟苯胺：英文名称为2,4-Difluoroaniline，其化学结构如下：
Figure BDA0002865433660000071
本发明实施例可直接在反应烧瓶中加入过量的2,4-二氟苯胺、铜类催化剂、少量的DMF或DMSO或N-甲基吡咯烷酮，于100-140℃加热搅拌反应10小时，趁热过滤，冷却至室温，真空抽滤水洗烘干，得到吡氟酰草胺。
传统合成路线都是通过氯化亚砜等制成酰氯，再进行胺化反应；同时醚化与酰胺化分开进行，原子利用率较低。而本发明实施例采用先将2-氯烟酸与3-三氟甲基苯酚酯化，得到3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯；第二步反应为酰胺化与醚化反应的耦合，使用2,4-二氟苯胺胺解脂键形成酰胺键。该步反应为脂键胺解与醚化反应的耦合，起初只有少量的脂键断裂形成酰胺键，而醚化反应醚键的形成为脂键胺解断裂提供动力，促使反应进行，完成反应即得到产品吡氟酰草胺。
所述第二步反应合成吡氟酰草胺，2,4-二氟苯胺的用量优选为2mol至5mol/1mol2-氯烟酸；更优选为2.7mol至3.5mol/1mol 2-氯烟酸。
所述第二步反应合成吡氟酰草胺，催化剂优先选用碘化亚铜、溴化亚铜、氯化亚铜、氧化亚铜等铜类催化剂，更优选碘化亚铜；催化剂的用量为0.01g至0.02g/15g 2-氯烟酸。
所述第二步反应合成吡氟酰草胺，优先选用DMF、DMSO、N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂，优选DMSO；其用量为2g至5g/15g 2-氯烟酸。
所述第二步反应合成吡氟酰草胺，温度优先选择在100-140℃；更优选为130-135℃。
本发明经过两步反应便合成得到吡氟酰草胺产品，能耗低；含量98％以上，两步收率50-92％。并且，传统工艺使用酰化法，该方法产生大量酸性气体，腐蚀设备严重；本发明合成路线相对产生的酸性气体减少很多，环境友好。本发明使用的催化剂可以循环利用，绿色环保。
关于废水，以每生产100克吡氟酰草胺计，现有工艺两条路线的废水量相当，大约产生553-620克废水，先胺化会产生含有10％氯化钠的氯化钾混盐，先醚化只产生氯化钠，总盐量先醚化比较多，约为先胺化路线的2倍。而本发明实施例的合成路线仅产生大约80-120g废水，废水量少，没有废盐产生，利于环保。
为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的吡氟酰草胺的合成方法进行具体地描述。但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市场购得的常规产品。
实施例一：
往反应瓶里加入15.8g(0.1mol)2-氯烟酸(纯度：99.5％)、16.2g(0.1mol)3-三氟甲基苯酚(纯度：99％)、200mL甲苯(纯度：99％)和8g的固体超强酸SO4 2-/ZrO2-Al2O3，加热升温，利用Dean-Stark分水器分出下层水，直到再无水分蒸出，反应结束，得到3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯的反应液。稍冷，过滤掉催化剂备用，回收的催化剂可以循环使用。
直接在上一步得到的反应液中加入64.55g(0.5mol)2,4-二氟苯胺(纯度：99％)和0.01g氯化亚铜(纯度：97％)，加热升温130℃，反应15h，趁热过滤除去催化剂，缓慢搅拌降温结晶，过滤水洗烘干得到产品20.18g，含量98.2％，两步收率为50％。
中间体3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯的核磁图参见图1；
中间体3-(三氟甲基)苯基2-氯烟酸酯核磁表征：1H-NMR(CDCl3,500MHz):8.67(dd,1H),8.43(dd,1H),7.59-7.50(m,2H),7.53(s,1H),7.44-7.41(m,1H)。
如图2所示，吡氟酰草胺产品核磁表征：1H NMR(500MHz,CDCl3,δppm)9.91(1H,NH,s),8.65(1H,ArH,dd,J＝7.6Hz,J＝2.0Hz),8.45(1H,ArH,m),8.21(1H,ArH,dd,J＝6.0Hz,J＝2.5Hz),7.56-7.37(4H,ArH,m),7.19(1H,m),6.92-6.79(2H,ArH,m).
将回收获得的固体超强酸SO4 2-/ZrO2-Al2O3催化剂在110℃干燥，回收套用四次，再次用于上述反应中，反应条件不变，收率依次为50％，50％，49％，49％。
实施例二：
往反应瓶里加入15.8g(0.1mol)2-氯烟酸(纯度：99.5％)、16.2g(0.1mol)3-三氟甲基苯酚(纯度：99％)、200mL二甲苯(纯度：99.5％)和8g的固体超强酸SO4 2-/ZrO2-Al2O3，加热升温，利用分水器分出下层水，直到再无水蒸出，反应结束。稍冷，过滤掉催化剂备用，回收的催化剂可以循环使用。
直接将上一步得到的反应液加入38.73g(0.3mol)2，4-二氟苯胺(纯度：99％)、3gDMSO(纯度：99％)和0.01g碘化亚铜(纯度：99.9％)，加热升温130℃，反应5h，趁热过滤除去催化剂，缓慢搅拌降温结晶，过滤水洗烘干得到产品36.92g，含量98.4％，两步收率为92％。
将回收获得的固体超强酸SO4 2-/ZrO2-Al2O3催化剂在110℃干燥，回收套用四次，再次用于上述反应中，反应条件不变，收率依次为92％，92％，91％，91％。
实施例三：
往反应瓶中加入15.8g(0.1mol)2-氯烟酸(纯度：99.5％)、16.2g(0.1mol)3-三氟甲基苯酚(纯度：99％)、150mL甲苯(纯度：99％)和6g的固体超强酸SO4 2-/ZrO2，加热升温，利用分水器分出下层水，直至再无水蒸出，反应结束。稍冷，过滤掉催化剂备用，回收的催化剂可以循环利用。
直接将上一步得到的反应液加入51.64g(0.4mol)2，4-二氟苯胺(纯度：99％)、4gN-甲基吡咯烷酮(纯度：99.5％)和0.02g氧化亚铜(纯度：97％)，加热升温110℃，反应16h，趁热过滤除去催化剂，缓慢搅拌降温结晶，过滤水洗烘干得到产品32.98g，含量98.1％，两步收率为82％。
将回收获得的固体超强酸SO4 2-/ZrO2催化剂在110℃干燥，回收套用四次，再次用于上述反应中，反应条件不变，收率依次为82％，82％，82％，81％。
实施例四：
往反应瓶中加入15.8g(0.1mol)2-氯烟酸(纯度：99.5％)、16.2g(0.1mol)3-三氟甲基苯酚(纯度：99％)、200mL二甲苯(纯度：99.5％)和7g的固体超强酸SO4 2-/TiO2，加热升温，利用分水器分出下层水，直至再无水蒸出，反应结束。稍冷，过滤掉催化剂备用，回收的催化剂可以循环利用。
直接将上一步得到的反应液加入51.64g(0.4mol)2，4-二氟苯胺(纯度：99％)、4gDMF(纯度：99.5％)和0.02g溴化亚铜(纯度：99％)，加热升温120℃，反应8h，趁热过滤除去催化剂，缓慢搅拌降温结晶，过滤水洗烘干得到产品36.36g，含量98.6％，两步收率为91％。
将回收获得的固体超强酸SO4 2-/TiO2催化剂在110℃干燥，回收套用五次，再次用于上述反应中，反应条件不变，收率依次为91％，90％，91％，90％。
由以上实施例可知，本发明的合成路线只需两步，第一步制备中间体3-(三氟甲基)苯基2-卤代烟酸酯，第二步该中间体与2,4-二氟苯胺反应制得吡氟酰草胺。本发明两步合成吡氟酰草胺的方法操作简单，能耗低，含量98％以上，两步收率50-92％；本发明第一步不使用氯化亚砜，不产生废气，不需要拿出中间体，整个实施例过程只有抽滤出料时产生少量废水，没有废盐产生，环境友好。
此外，本发明实施例使用的催化剂还可以回收利用(重复验证五批次对收率影响不大)，适于工业化推广应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。

Claims (12)

1.一种吡氟酰草胺的合成方法，包括以下步骤：
S1、将2-卤代烟酸与3-三氟甲基苯酚进行反应，得到3-（三氟甲基）苯基2-卤代烟酸酯；
S2、将所述3-（三氟甲基）苯基2-卤代烟酸酯与2,4-二氟苯胺进行反应，得到吡氟酰草胺；所述步骤S2反应在使用铜类催化剂的条件下进行；所述铜类催化剂为碘化亚铜、溴化亚铜、氯化亚铜和氧化亚铜中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述2-卤代烟酸为2-氯烟酸或2-碘烟酸；所述反应在催化剂固体强酸的作用下于溶剂中进行。
3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述催化剂固体强酸为SO4 2-/ZrO2-Al2O3、SO4 2-/ZrO2或SO4 2-/TiO2。
4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述催化剂固体强酸为SO4 2-/ZrO2-Al2O3。
5.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述2-卤代烟酸为2-氯烟酸；所述催化剂固体强酸与2-氯烟酸的质量比为5-10:15。
6.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述反应在芳烃溶剂中加热回流实现，利用分水器分出生成的水至反应结束。
7.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述2-卤代烟酸为2-氯烟酸；所述步骤S2中，所述铜类催化剂为碘化亚铜；所述铜类催化剂与2-氯烟酸的质量比为0.01-0.02:15。
8.根据权利要求1-6任一项所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述反应在有机溶剂中进行，所述有机溶剂为DMF、DMSO或N-甲基吡咯烷酮。
9.根据权利要求8所述的合成方法，其特征在于，所述2-卤代烟酸为2-氯烟酸；所述步骤S2中，所述2,4-二氟苯胺与2-氯烟酸的摩尔比为2-5:1。
10.根据权利要求9所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述2,4-二氟苯胺与2-氯烟酸的摩尔比为2.7-3.5:1。
11.根据权利要求9所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述反应的温度为100-140℃。
12.根据权利要求11所述的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述反应的温度为130-135℃。
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