CN115260092B - 一种2-氯烟酰胺及其n取代衍生物的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化学合成领域，具体涉及一种2‑氯烟酰胺及其N取代衍生物的合成方法。本发明采用3‑氯丙烯醛与2‑氰基乙酰胺(或其N取代衍生物)于有机溶剂中在有机胺盐酸盐的催化下发生缩合反应生成2‑氯烟酰胺(或其N取代衍生物)的中间体I，向体系中加入一定量的复合催化剂，中间体I在复合催化剂作用下合环生成2‑氯烟酰胺(或其N取代衍生物)。该合成方法具有反应条件温和、原料易得、反应选择性高、原子利用率高的优点。

Description

一种2-氯烟酰胺及其N取代衍生物的合成方法
技术领域
本发明涉及化学合成领域，具体涉及一种2-氯烟酰胺及其N取代衍生物的合成方法。
背景技术
2-氯烟酰胺是磺酰脲类除草剂的重要中间体，现有技术中，其合成方法多以2-氯烟酸为起始原料，通过氯化、胺化得到2-氯烟酰胺，近年来2-氯烟酸价格浮动大，造成下游产品成本增加，纷纷开发新路线、新工艺。其中以3-仲胺取代丙烯醛与2-氰基乙酰胺为原料经过缩合反应和环合反应得到2-氯烟酰胺的路线受到广泛关注，该路线的优势是起始原料来源广泛，劣势是反应体系复杂，反应选择性差，杂质种类多，难以得到高纯度产品，同时收率低，产生大量废水难以处理。
发明内容
基于现有技术问题，本发明提供一种2-氯烟酰胺及其N取代衍生物的合成方法。本发明采用3-氯丙烯醛与2-氰基乙酰胺(或其N取代衍生物)于有机溶剂中在有机胺盐酸盐的催化下发生缩合反应生成2-氯烟酰胺(或其N取代衍生物)的中间体I，向体系中加入一定量的复合催化剂，中间体I在复合催化剂作用下合环生成2-氯烟酰胺(或其N取代衍生物)。该合成方法具有反应条件温和、原料易得、反应选择性高、原子利用率高的优点。
本发明的反应路线如下所示：
其中R1和R2代表烷基或氢，R1和R2可以相同也可以不同；优选的烷基中C个数为1-4个。
环合反应过程催化反应机理如下所示：
本发明进一步提供了上述2-氯烟酰胺(或其N取代衍生物)的合成步骤，具体包括：
将3-氯丙烯醛、2-氰基乙酰胺(或其N取代衍生物)与有机溶剂在反应瓶中溶解，加入一定量的有机胺盐酸盐，升温至60-80℃，保温反应，待取样高效液相色谱检测3-氯丙烯醛少于0.5％反应结束；降温至40℃加入复合催化剂，在该温度下搅拌1-2h；梯度升温保温，每升高10℃保温0.5-1h，至80℃保温0.5-1h。保温结束后趁热过滤回收催化剂，加入活性炭于50℃左右脱色0.5h，过滤后将溶剂蒸干，速冷切片得到2-氯烟酰胺(或其N取代衍生物)目标产物。催化剂经水洗烘干后反复套用，待活性明显降低后，通过高温活化后继续套用。
所述的有机胺盐酸盐选自三乙胺盐酸盐、二正丙胺盐酸盐、二异丙基乙胺盐酸盐、吡啶盐酸盐、哌啶盐酸盐等。
所述的有机溶剂选自甲苯、二氯乙烷、环己烷的一种
所述的2-氰基乙酰胺(或其N取代衍生物)过量，优选3-氯丙烯醛与2-氰基乙酰胺(或其N取代衍生物)摩尔量比例1:1.0-1.1。
所述的3-氯丙烯醛与有机胺盐酸盐摩尔量比例1:0.05-0.2。
所述的3-氯丙烯醛与复合催化剂的质量比例1:0.1-0.2。
所述的复合催化剂中包括有效活性组分为氯化锡、锌；还包括载体，具体可以是二氧化硅。
优选的，所述的复合催化剂中锌和氯化锡的质量比例1：5-15。
按照质量百分比计，所述的复合催化剂中有效活性组分的质量含量为8-12％。
复合催化剂的制备方法采用常规方法将氯化锡和锌按比例固定于二氧化硅载体并进行活化即可。具体可采用如下方法：
在甲醇溶剂中加入一定量的氯化锡、锌和多孔二氧化硅粉末，25-35℃左右搅拌40-50h，缓慢升温将溶剂甲醇蒸干，通过400℃-500℃高温活化得到复合催化剂。
本发明反应路线中，第一步缩合反应的特点是酸性、中性或碱性条件下均能发生，但由于两个底物在酸性或碱性条件下的稳定性均相对较差，且在酸性或碱性条件下均发生副反应，而不加催化剂反应速率非常慢，本发明采取有机胺盐酸盐作为催化剂，既能加速反应，同时避免酸或碱对两个主要原料的破坏及对副反应的促进作用；第二步环合反应的特点是需要催化剂，传统方式采用加压通盐酸气的方式，对设备要求高，本发明采用氯化锡、锌粉复合催化剂，通过低温负载、高温活化的方式制备催化剂，该催化剂通过氯化锡作为路易斯酸的性质活化取代基氯，负载催化剂可接受氰基氮上的孤对电子形成微弱的配位键拉进反应位点的距离，在低温条件下发生环合反应，经过亚稳态配合物转化为目标产物。
综上所述，本发明的有益效果为：
(1)使用负载型催化剂，在一个颗粒上负载多个氯化锡，达到同时活化两个位点的目的，并将两个位点距离拉进，有利于在较低温度下发生主反应，进而有效控制副反应的发生，提升反应选择性；
(2)使用复合催化剂实现氯转移，有效利用原料中的氯，反应的原子利用率高；
(3)反应温和，通过逐步提升温度的方式促进亚稳态结构缓慢向目标产物转化；
(4)催化剂中加入少量锌粉，有效稳定催化剂活性，缓解使用过程中因被氧化而失去活性；
附图说明
图1对比实施例1中环合反应跟踪最后一次(即反应结束时)超高效液相色谱图；
图2对比实施例3中环合反应跟踪最后一次(即反应结束时)超高效液相色谱图；
图3实施例3中环合反应跟踪最后一次(即反应结束时)超高效液相色谱；
附图1说明：保留时间4.154min为缩合反应中间体，5.946min为环合反应产物，其他为溶剂峰及杂质；
附图2说明：保留时间3.502min为缩合反应中间体I，5.899min为环合反应产物，对比高压通盐酸气体系，相对应的在1.195min、2.977min和3.850min的杂质完全避免，反应的选择性显著提升；
附图3说明：保留时间3.554min为缩合反应中间体I，5.880min为环合反应产物，与对比实施例3对比，缩合反应中间体I残留明显降低；样品原样未经稀释直接进样检测，检测方法与附图1、2检测方法一致；图1和图2分别是对样品采用甲苯稀释后检测，图3没有对样品进行稀释，故图3中的溶剂峰小于图1和图2的溶剂峰。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。
实施例1 2-氯烟酰胺
催化剂负载氯化锡10％、锌1％，余量为二氧化硅粉末，按配方比例加入上述原料于适量甲醇溶剂中，30℃左右搅拌48h，缓慢升温将溶剂甲醇蒸干，400℃活化得到固体催化剂；
称量纯度95％的3-氯丙烯醛47.4g(0.5mol)与纯度98％的2-氰基乙酰胺45.4g(0.53mol)、环己烷189.5g于反应瓶中溶解，加入三乙胺盐酸盐9.7g，升温至60℃，保温反应4h后取样高效液相检测3-氯丙烯醛0.18％，结束反应；降温至40℃加入5g复合催化剂，在该温度下搅拌2h，梯度升温保温，每升高10℃保温0.5h，至80℃保温0.5h，取样超高效液相检测中间体I残0.05％，保温结束；趁热过滤回收催化剂，加入0.5g活性炭于50℃左右脱色0.5h，过滤后将溶剂蒸干，速冷切片得到2-氯烟酰胺目标产物78g，含量98.0％，收率97.69％。
实施例2 N-甲基-2-氯烟酰胺
催化剂负载氯化锡8％、锌1％，余量为二氧化硅粉末，按配方比例加入上述原料于适量甲醇溶剂中，30℃左右搅拌48h，缓慢升温将溶剂甲醇蒸干，450℃活化得到固体催化剂；
称量纯度95％的3-氯丙烯醛47.4g(0.5mol)与纯度98％的2-氰基-N-甲基-乙酰胺58g(0.58mol)、二氯乙烷189.5g于反应瓶中溶解，加入三乙胺盐酸盐8.3g，升温至65℃，保温反应4h后取样高效液相检测3-氯丙烯醛0.12％，结束反应；降温至40℃加入8g复合催化剂，在该温度下搅拌2h，梯度升温保温，每升高10℃保温0.5h，至80℃保温0.5h，取样超高效液相检测中间体I残留0.08％，保温结束；趁热过滤回收催化剂，加入0.5g活性炭于50℃左右脱色0.5h，过滤后将溶剂蒸干，速冷切片得到N-甲基-2-氯烟酰胺目标产物86g，含量97.5％，收率98.36％。
实施例3 N,N-二甲基-2-氯烟酰胺
催化剂负载氯化锡8％、锌1％，余量为二氧化硅粉末，按配方比例加入上述原料于适量甲醇溶剂中，30℃左右搅拌48h，缓慢升温将溶剂甲醇蒸干，500℃得到固体催化剂；
称量纯度95％的3-氯丙烯醛47.4g(0.5mol)与纯度98％的2-氰基-N,N-二甲基-乙酰胺62.9g(0.55mol)、甲苯189.5g于反应瓶中溶解，加入三乙胺盐酸盐6.9g，升温至70℃，保温反应4h后取样高效液相检测3-氯丙烯醛0.15％，结束反应；降温至40℃加入6g复合催化剂，在该温度下搅拌2h，梯度升温保温，每升高10℃保温0.5h，至80℃保温0.5h，取样超高效液相检测中间体I残留0.06％，保温结束；趁热过滤回收催化剂，加入0.5g活性炭于50℃左右脱色0.5h，过滤后将溶剂蒸干，速冷切片得到N,N-二甲基-2-氯烟酰胺目标产物92.2g，含量98.5％，收率98.45％。
实施例4 N-乙基-2-氯烟酰胺
催化剂负载氯化锡10％、锌1％，余量为二氧化硅粉末，按配方比例加入上述原料于适量甲醇溶剂中，30℃左右搅拌48h，缓慢升温将溶剂甲醇蒸干，500℃活化得到固体催化剂；
称量纯度95％的3-氯丙烯醛47.4g(0.5mol)与纯度98％的2-氰基-N-乙基-乙酰胺68.6g(0.60mol)、甲苯189.5g于反应瓶中溶解，加入三乙胺盐酸盐5.6g，升温至75℃，保温反应4h后取样高效液相检测3-氯丙烯醛0.42％，结束反应；降温至40℃加入6g复合催化剂，在该温度下搅拌2h，梯度升温保温，每升高10℃保温0.5h，至80℃保温0.5h，取样超高效液相检测中间体I残留0.09％，保温结束；趁热过滤回收催化剂，加入活性炭于50℃左右脱色0.5h，过滤后将溶剂蒸干，速冷切片得到N-乙基-2-氯烟酰胺目标产物92.0g，含量98.3％，收率98.03％。
实施例5 N-甲基-N-乙基-2-氯烟酰胺
催化剂负载氯化锡10％、锌1％，余量为二氧化硅粉末，按配方比例加入上述原料于适量甲醇溶剂中，30℃左右搅拌48h，缓慢升温将溶剂甲醇蒸干，500℃活化得到固体催化剂；
称量纯度95％的3-氯丙烯醛47.4g(0.5mol)与纯度98％的2-氰基-N-甲基-N-乙基-乙酰胺70.7g(0.55mol)、甲苯189.5g于反应瓶中溶解，加入三乙胺盐酸盐6.9g，升温至80℃，保温反应4h后取样高效液相检测3-氯丙烯醛0.48％，结束反应；降温至40℃加入6.5g复合催化剂，在该温度下搅拌2h，梯度升温保温，每升高10℃保温0.5h，至80℃保温0.5h，取样超高效液相检测中间体I残留0.08％，保温结束；趁热过滤回收催化剂，加入0.5g活性炭于50℃左右脱色0.5h，过滤后将溶剂蒸干，速冷切片得到N-甲基-N-乙基-2-氯烟酰胺目标产物98.5g，含量98.6％，收率97.85％。
实施例6 N,N-二乙基-2-氯烟酰胺
催化剂负载氯化锡10％、锌1％，余量为二氧化硅粉末，按配方比例加入上述原料于适量甲醇溶剂中，30℃左右搅拌48h，缓慢升温将溶剂甲醇蒸干，500℃活化得到固体催化剂；
称量纯度95％的3-氯丙烯醛47.4g(0.5mol)与纯度98％的2-氰基-N,N-二乙基-乙酰胺78.6g(0.55mol)、甲苯189.5g于反应瓶中溶解，加入二正丙胺盐酸盐6.9g，升温至80℃，保温反应4h后取样高效液相检测3-氯丙烯醛0.05％，结束反应；降温至40℃加入6.5g复合催化剂，在该温度下搅拌2h，梯度升温保温，每升高10℃保温0.5h，至80℃保温0.5h，取样超高效液相检测中间体I残留0.05％，保温结束；趁热过滤回收催化剂，加入0.5g活性炭于50℃左右脱色0.5h，过滤后将溶剂蒸干，速冷切片得到N,N-二乙基-2-氯烟酰胺目标产物106.2g，含量98.4％，收率98.59％。
对比实施例1 N,N-二甲基-2-氯烟酰胺
称量纯度95％的3-(N,N-二正丙胺基)丙烯醛81.6g(0.5mol)与纯度98％的2-氰基-N，N-二甲基乙酰胺62.9g(0.55mol)、甲苯326.4g于反应瓶中溶解，加入三乙胺盐酸盐6.9g，升温至115℃，保温反应6h后取样高效液相检测3-(N,N-二正丙胺基)丙烯醛0.5％，然后于30℃加入81.6g水，20-30℃搅拌0.5h后分液，有机相使用0.82g活性炭脱色0.5h后过滤，滤液减压脱溶至120℃，降温加入二氯乙烷200g，转移至高压瓶中，40℃通氯化氢气体，高压瓶中压力保持在0.2-0.25MPa，反应12h，取样检测缩合产物中间体残留1.8％，使用30％氢氧化钠溶液调节体系pH至8左右，分液水洗后有机相脱溶得到固体N,N-二甲基-2-氯烟酰胺81.2g，含量90.5％收率79.88％。
对比实施例2 N,N-二甲基-2-氯烟酰胺
称量纯度95％的3-氯丙烯醛47.4g(0.5mol)与纯度98％的2-氰基-N,N-二甲基-乙酰胺62.9g(0.55mol)、甲苯189.5g于反应瓶中溶解，加入三乙胺盐酸盐6.9g，升温至70℃，保温反应4h后取样高效液相检测3-氯丙烯醛0.14％；然后于30℃加入47.4g水，20-30℃搅拌0.5h后分液，有机相使用0.0.47g活性炭脱色0.5h后过滤，滤液减压脱溶至120℃，降温加入二氯乙烷200g，转移至高压瓶中，40℃通氯化氢气体，高压瓶中压力保持在0.2-0.25MPa，反应12h，跟踪检测无环合产物。
对比实施例3 N,N-二甲基-2-氯烟酰胺
催化剂负载氯化锡8％，余量为二氧化硅粉末，按配方比例加入上述原料于适量甲醇溶剂中，30℃左右搅拌48h，缓慢升温将溶剂甲醇蒸干，500℃活化得到固体催化剂；
称量纯度95％的3-氯丙烯醛47.4g(0.5mol)与纯度98％的2-氰基-N,N-二甲基-乙酰胺62.9g(0.55mol)、甲苯189.5g于反应瓶中溶解，加入三乙胺盐酸盐6.9g，升温至70℃，保温反应4h后取样高效液相检测3-氯丙烯醛0.16％；然后降温至40℃加入6g复合催化剂，在该温度下搅拌2h，梯度升温保温，每升高10℃保温0.5h，至80℃保温0.5h，取样超高效液相检测中间体I残留2.3％，继续保温中间体I不再降低；保温结束后趁热过滤回收催化剂，加入0.5g活性炭于50℃左右脱色0.5h，过滤后将溶剂蒸干，速冷切片得到N,N-二甲基-2-氯烟酰胺目标产物88.6g，含量95.3％，收率91.78％。

Claims (8)

1.一种2-氯烟酰胺及其N取代衍生物的合成方法，其特征在于，反应路线如下所示：
其中R1和R2代表氢或甲基或乙基，R1和R2可以相同也可以不同；
所述的复合催化剂中包括有效活性组分为氯化锡、锌；
催化剂中锌和氯化锡的质量比为1：8-10。
2.根据权利要求1所述的一种2-氯烟酰胺及其N取代衍生物的合成方法，其特征在于，所述的有机胺盐酸盐选自三乙胺盐酸盐、二正丙胺盐酸盐、二异丙基乙胺盐酸盐、吡啶盐酸盐或哌啶盐酸盐。
3.根据权利要求1所述的一种2-氯烟酰胺及其N取代衍生物的合成方法，其特征在于，其合成步骤，具体包括：将3-氯丙烯醛、2-氰基乙酰胺或其N取代衍生物与有机溶剂在反应瓶中溶解，加入一定量的有机胺盐酸盐，升温至60-80℃，保温反应，待取样高效液相色谱检测3-氯丙烯醛少于0.5％反应结束；降温至40℃加入复合催化剂，在该温度下搅拌1-2h；梯度升温保温，每升高10℃保温0.5-1h，至80℃保温0.5-1h。
4.根据权利要求3所述的一种2-氯烟酰胺及其N取代衍生物的合成方法，其特征在于，保温结束后趁热过滤回收催化剂，加入活性炭脱色，过滤后将溶剂蒸干，速冷切片得到2-氯烟酰胺或其N取代衍生物目标产物。
5.根据权利要求3所述的一种2-氯烟酰胺及其N取代衍生物的合成方法，其特征在于，所述的有机溶剂选自甲苯、二氯乙烷、环己烷的一种。
6.根据权利要求1或3所述的一种2-氯烟酰胺及其N取代衍生物的合成方法，其特征在于，所述的3-氯丙烯醛与2-氰基乙酰胺或其N取代衍生物摩尔量比例1:1.0-1.1。
7.根据权利要求1或3所述的一种2-氯烟酰胺及其N取代衍生物的合成方法，其特征在于，所述的3-氯丙烯醛与有机胺盐酸盐摩尔量比例1:0.05-0.2；所述的3-氯丙烯醛与复合催化剂的质量比例1:0.1-0.2。
8.根据权利要求1或3所述的一种2-氯烟酰胺及其N取代衍生物的合成方法，其特征在于，所述的复合催化剂中还包括载体，具体是二氧化硅；按照质量百分比计，所述的复合催化剂中有效活性组分的质量含量为8-12％。
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