CN115385832B - 一种2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2,3‑二甲基4‑甲砜基溴苯的制备方法，使2,3‑二甲基4‑甲硫基溴苯在钨酸钠、催化剂、溶剂、双氧水存在的条件下反应得到2,3‑二甲基4‑甲砜基溴苯。本发明采用催化剂与反应溶剂形成了均相体系，加快了甲硫基的氧化速率和有效转化率，又降低了双氧水的用量，而且制备过程无明显的放热现象，安全系数高，后处理方式环保，适合规模化生产。
Description
技术领域
本发明具体涉及2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的制备方法。
背景技术
苯唑草酮(Topramezone)，化学名：(3-(4,5-二氢异恶唑-3-基)-2-甲基-4-(甲基磺酰基)苯基)(5-羟基-1-甲基-1H-吡唑-4-基)甲酮，是巴斯夫公司研发的对羟基苯基丙酮酸双氧化酶 (HPPD)抑制剂类除草剂，登记商品名有苞卫、Clio、Convey等，主要用于防除玉米田间阔叶杂草和禾本杂草。
巴斯夫公司在美国发明专利US20030216580中公开了一种苯唑草酮的合成方法，从2,3- 二甲基4-甲砜基溴苯出发，经碱性条件下的肟化、氯代和与乙烯环合加成后，再通过钯催化的羰基化偶联反应得到最终产物苯唑草酮，具体如下：
此外，CN11092236、US6100421、CN112321466、CN112094211、CN112694425、CN104876920等多篇文献公开了多种苯唑草酮的合成方法，上述方法均需以2,3-二甲基4-甲砜基溴苯为起始原料或者关键中间体。
美国发明专利US20030216580公开了2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的合成方法，从原料2,3- 二甲基苯胺出发，经重氮化上甲硫基、溴化、氧化得到中间体2,3-二甲基4-甲砜基溴苯(具体如下)：
该方法存在以下缺陷：(1)氧化阶段使用醋酸/双氧水/钨酸钠体系进行甲硫基氧化过程中，需要较高温度才能使甲硫基不停留在亚砜基阶段而完全转化为甲砜基，并且反应过程中严重放热，对设备控温要求极高；(2)由于该反应过程温度过高，双氧水滴加过程中会出现分解现象，需要加入过量的双氧水参与反应，而且双氧水的分解导致该反应规模化生产中存在较高风险；(3)后处理过程需要加入大量的水促进2,3-二甲基4-甲砜基溴苯产物从醋酸体系中析出，因此会产生大量的废酸水且气味大，三废问题严重，处理成本过高，不满足目前国家对绿色化工工艺的要求，不利于工业化生产。
专利CN112694425和CN112094211中报道的2,3-二甲基4-甲砜基溴苯制备方法中，使用到了强腐蚀性的溴化氢和双氧水或臭氧体系进行2,3-二甲基苯甲硫醚的溴化和氧化连续反应，但上述技术方案存在以下缺陷：制备的过程中存在竞争反应，一旦优先进行了甲硫基的氧化反应，溴化反应就无法进行，因而产生杂质，因此对反应操作和后处理要求极高，不利于规模化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种反应条件温和、安全、环保的2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的制备方法，使2,3-二甲基4-甲硫基溴苯在钨酸钠、催化剂、溶剂、双氧水存在的条件下反应得到所述2,3-二甲基4-甲砜基溴苯。
优选地，所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、乙腈、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,4-二氧六环中的一种或多种。
进一步优选地，所述溶剂为甲醇和/或N,N-二甲基甲酰胺。
优选地，所述催化剂为苯甲酸、间氯苯甲酸、尿素、乙酸、甲酸、丙酸中的一种或多种。
进一步优选地，所述催化剂为间氯苯甲酸和/或尿素。
优选地，所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述催化剂的投料摩尔比为1：(0.05～0.5)，例如1：0.1，1：0.2，1：0.3，1：0.4等。
进一步优选地，所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述催化剂的投料摩尔比为1：(0.1～0.5)。
优选地，所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述双氧水投料的摩尔比为1：(2～2.5)，例如1：2，1：2.1，1：2.2，1：2.3，1：2.4，1：2.5等。
进一步优选地，所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述双氧水投料的摩尔比为1：(2～2.2)。
优选地，所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述钨酸钠的投料摩尔比为1：(0.01～0.06)，例如1：0.01，1：0.02，1：0.03，1：0.04，1：0.05等。
进一步优选地，所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述钨酸钠的投料摩尔比为1：(0.02～0.05)。
优选地，所述钨酸钠为二水合钨酸钠。
优选地，所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述溶剂的投料质量比为1：(1～10)，例如1： 1，1：2，1：3，1：4，1：5等。
进一步优选地，所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述溶剂的投料质量比为1：(1～5)。
优选地，所述双氧水的质量百分浓度为25～60％。
进一步优选地，所述双氧水的质量百分浓度为30～35％。
优选地，所述双氧水通过滴加的方式参与反应。
优选地，所述滴加的过程中保持反应液的温度为40～90℃。
进一步优选地，所述滴加的过程中保持反应液的温度为50～80℃。
优选地，所述滴加的过程的时长为0.5～24小时，进一步优选为0.5～10小时。
进一步优选地，所述滴加的过程的时长为1～5小时。
优选地，所述反应的温度为30～90℃。
进一步优选地，所述反应的温度为50～80℃。
优选地，所述反应的反应时长为3～36小时，进一步优选为3～20小时。
进一步优选地，所述反应的反应时长为3～10小时。
优选地，所述反应结束后，通过向反应体系中加入水使所述2,3-二甲基4-甲砜基溴苯析出。
优选地，所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述水的投料质量比为1：(1～3)，例如1：1， 1：1.5，1：2，1：2.5，1：3等。
进一步优选地，所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述水的投料质量比为1：(1～2)。
优选地，所述制备方法的具体步骤为：所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯、二水合钨酸钠以及催化剂溶解在溶剂中，搅拌混匀，在30～90℃条件下，滴加双氧水，滴加完毕后，继续反应0.3～8h后，反应结束，将反应体系降温后加水，抽滤，烘干得到所述2,3-二甲基4-甲砜基溴苯。
进一步优选地，所述制备方法的具体步骤为：所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯、二水合钨酸钠以及催化剂溶解在溶剂中，搅拌混匀，在50～80℃条件下，滴加双氧水，滴加完毕后，继续反应0.3～8h后，反应结束，将反应体系降温后加水，抽滤，烘干得到所述2,3-二甲基4- 甲砜基溴苯。
进一步优选地，所述制备方法的具体步骤为：所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯、二水合钨酸钠以及催化剂溶解在溶剂中，搅拌混匀，在50～80℃条件下，滴加双氧水，滴加完毕后，继续反应0.5～6h后，反应结束，将反应体系降温后加水，抽滤，烘干得到所述2,3-二甲基4- 甲砜基溴苯。
本发明的合成路线如下：
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明采用催化剂与反应溶剂形成了均相体系，加快了甲硫基的氧化速率和有效转化率，又降低了双氧水的用量。
本发明的制备过程无明显的放热现象，整体反应风险大大降低。
本发明的制备方法后处理过程中几乎无废酸水产生，三废压力明显减少、经济效益好、成本低、绿色环保，适合规模化生产。
附图说明
图1为本发明实施例6制得的产品的氢核磁共振谱图；
图2为本发明实施例6制得的产品的GC谱图；
图3为本发明实施例6制得的产品的GC-MS质谱图。
具体实施方式
本发明将2,3-二甲基4-甲硫基溴苯(上述合成路线中化合物I)和二水合钨酸钠为起始原料，在N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、乙腈、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,4-二氧六环中的一种或多种为溶剂，和苯甲酸、间氯苯甲酸、尿素、乙酸、甲酸、丙酸中的一种或多种为催化剂的条件下，将双氧水加入到反应体系中，反应结束，将反应体系降温后加水，抽滤，烘干得到所述2,3-二甲基4-甲砜基溴苯(上述合成路线中化合物II)。
本发明采用催化剂与反应溶剂形成了均相体系，加快了甲硫基的氧化速率和有效转化率，又降低了双氧水的用量，而且制备过程无明显的放热现象，安全系数高，后处理方式环保，适合规模化生产。
根据一些优选的实施方式，一种2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的制备方法，使2,3-二甲基4- 甲硫基溴苯在钨酸钠、催化剂、溶剂、双氧水存在的条件下反应得到所述2,3-二甲基4-甲砜基溴苯，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯、二水合钨酸钠和催化剂溶于所述的反应溶剂中，搅拌均匀，控温于30～80℃；
(2)将双氧水以滴加的方式加入到反应体系中，加入完毕后，继续反应，反应时长1～6 小时；
(3)GC中控反应化合物2,3-二甲基4-甲硫基溴苯的峰面积<0.5％时，向体系中分批加入一定量的水，待反应平稳后，大量固体析出，充分搅拌析出后，抽滤，烘干得到2,3-二甲基4-甲砜基溴苯。
本发明的技术方案至少具有以下优势：
(1)本发明采用催化剂与反应溶剂形成了均相体系，加快了甲硫基的氧化速率和有效转化率。
(2)本发明采用催化剂与反应溶剂形成了均相体系，避免了双氧水的快速分解，因此降低了双氧水的用量。
(3)本发明的制备过程无明显的放热现象，整体反应风险大大降低。
(4)本发明的制备方法后处理过程中几乎无废酸水产生，三废压力明显减少、经济效益好、成本低、绿色环保，适合规模化生产。
下面结合实施例对本发明作进一步描述。但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常规条件。本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在没有特别说明的情况下，下述实施例中的反应收率均指摩尔产率。
实施例1
将200g化合物I(0.87mol)、14.4g二水合钨酸钠(0.044mol)以及15.7g尿素(0.26mol) 溶解在500g甲醇中，搅拌混匀，控温于60℃，将30％双氧水215.3g(1.9mol)滴加入反应中，滴加时间约3.5小时，滴加过程中体系无明显放热，内温最高为62℃，加入完毕后继续反应约2小时，GC中控发现化合物I完全转化为产物，停止反应，将反应体系温度降低至室温后倾倒入300g水中，待体系中无固体析出后抽滤，烘干得到227.5g 2,3-二甲基4-甲砜基溴苯。定量纯度为98.5％，定量收率为98.4％。
实施例2
将200g化合物I(0.87mol)、14.4g二水合钨酸钠(0.044mol)以及10.5g尿素(0.174mol)溶解在300g N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌混匀，控温于60℃，将30％双氧水197g(1.74mol)滴加入反应中，滴加时间约2小时，滴加过程中体系无明显放热，内温最高为63℃，加入完毕后继续反应约1小时，GC中控发现化合物I完全转化为产物，停止反应，将反应体系温度降低至室温后倾倒入300g水中，待体系中无固体析出后抽滤，烘干得到221.3g 2,3- 二甲基4-甲砜基溴苯。定量纯度为99％，定量收率为96.2％。
实施例3
将200g化合物I(0.87mol)、14.4g二水合钨酸钠(0.044mol)以及44.6g间氯苯甲酸(0.285mol)溶解在300g N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌混匀，控温于75℃，将30％双氧水215.3g (1.9mol)滴加入反应中，滴加时间约2.5小时，滴加过程中体系无明显放热，内温最高为 76℃，加入完毕后继续反应约1小时，GC中控发现化合物I完全转化为产物，停止反应，将反应体系温度降低至室温后倾倒入300g水中，待体系中无固体析出后抽滤，烘干得到222.7g 2,3-二甲基4-甲砜基溴苯粗品。定量纯度为97.9％，定量收率为95.8％。
实施例4
将200g化合物I(0.87mol)、14.4g二水合钨酸钠(0.044mol)以及17.1g乙酸(0.285mol)溶解在300g N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌混匀，控温于75℃，将30％双氧水246.5g(2.18mol)滴加入反应中，滴加时间约3小时，滴加过程中体系内温最高为77℃，加入完毕后继续反应约0.5小时，GC中控发现化合物I完全转化为产物，停止反应，将反应体系温度降低至室温后倾倒入300g水中，待体系中无固体析出后抽滤，烘干得到219g 2,3-二甲基4-甲砜基溴苯。定量纯度为98.9％，定量收率为95.1％。
实施例5
将200g化合物I(0.87mol)、14.4g二水合钨酸钠(0.044mol)以及21.1g丙酸(0.285mol)溶解在300g N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌混匀，控温于75℃，将30％双氧水246.5g(2.18mol)滴加入反应中，滴加时间约3小时，滴加过程中体系内温最高为76℃，加入完毕后继续反应约1小时，GC中控发现化合物I完全转化为产物，停止反应，将反应体系温度降低至室温后倾倒入300g水中，待体系中无固体析出后抽滤，烘干得到220g 2,3-二甲基4-甲砜基溴苯。定量纯度为98.8％，定量收率为95.3％。
实施例6
将2.31Kg化合物I(10mol)、99g二水合钨酸钠(0.3mol)以及150g尿素(2.5mol) 溶解在3.5Kg N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌混匀，控温于60℃，将30％双氧水2.27Kg(20mol) 滴加入反应中，滴加时间约5小时，滴加过程中体系无明显放热，内温最高为64℃，加入完毕后继续反应约6小时，GC中控发现化合物I完全转化为产物，停止反应，将反应体系温度降低至室温后倾倒入3.5Kg水中，待体系中无固体析出后抽滤，烘干得到2.62Kg 2,3-二甲基 4-甲砜基溴苯。定量纯度为98.7％，定量收率为98.3％。图1为该实施例制得的产品的氢核磁共振谱图，图2为该实施例制得的产品的GC谱图，图3为该实施例制得的产品的GC-MS质谱图。
对比例1
将200g化合物I(0.87mol)、14.4g二水合钨酸钠(0.044mol)溶解在600g乙醇中，搅拌混匀，控温于80℃，体系存于微回流状态，将30％双氧水395.4g(3.49mol)滴加入反应中，滴加时间约6小时，加入完毕后继续反应约24小时，GC中控发现仍有20％的化合物I 未转化，并且有31％的中间态2,3-二甲基4-甲基亚磺酰基溴苯存在，继续补加30％双氧水98.6g(0.87mol)，反应约12h，反应仍无法转化完全，GC中控面积归一法产物占比仍仅有52％，并且反应体系已有大量固体析出，停止反应，将体系倒入400g水中，待体系中无固体析出后抽滤，烘干得到236.3g 2,3-二甲基4-甲砜基溴苯粗品，定量纯度为53％，定量收率为55％。
对比例2
将200g化合物I(0.87mol)、14.4g二水合钨酸钠(0.044mol)溶解在650g甲醇中，搅拌混匀，控温于65℃，体系存于微回流状态，将30％双氧水444.3g(3.92mol)滴加入反应中，滴加时间约7小时，加入完毕后继续反应约48小时，GC中控发现仍有24％的化合物I 未转化，并且有28％的中间态2,3-二甲基4-甲基亚磺酰基溴苯存在，反应进程中体系已有大量固体析出，停止反应，将体系倒入500g水中，待体系中无固体析出后抽滤，烘干得到214.6g2,3-二甲基4-甲砜基溴苯粗品，定量纯度为49％，定量收率为46.2％。
对比例3
将200g化合物I(0.87mol)、14.4g二水合钨酸钠(0.044mol)溶解在500g醋酸中，搅拌混匀，控温于80℃，将30％双氧水395.4g(3.49mol)滴加入反应中，滴加时间约12小时，滴加过程中体系剧烈放热，内温最高达到110℃，加入完毕后继续反应约2小时，GC中控发现化合物I完全转化为产物，停止反应，将反应体系温度降低至室温后倾倒入1Kg水中，待体系中无固体析出后抽滤，烘干得到219.3g 2,3-二甲基4-甲砜基溴苯粗品以及约1.25Kg的醋酸水溶液。定量纯度为98％，定量收率为94.4％。
由上述实施例可知，本发明提供的制备方法，创造性地加入了催化剂用于捕捉双氧水形成氧化活性中间态，并且溶于反应溶剂后形成均相体系，加快了甲硫基的氧化速率和有效转化率，并且避免了双氧水的快速分解，从而减少了双氧水的用量，反应过程无明显的放热现象，整体反应风险大大降低。此外，后处理过程中几乎无废酸水产生，三废压力明显减少、经济效益好、成本低、绿色环保。除此之外，所得到的产品含量在97.9％及以上，反应收率在95.1％及以上，采用本发明中的技术方案，反应收率和反应速率得到了提升，因此，本发明的制备方法更适用于规模化生产。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的制备方法，其特征在于，使2,3-二甲基4-甲硫基溴苯在钨酸钠、催化剂、溶剂、双氧水存在的条件下反应得到所述2,3-二甲基4-甲砜基溴苯；所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或甲醇；所述催化剂为间氯苯甲酸、尿素、乙酸、丙酸中的一种或多种；所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述催化剂的投料摩尔比为1：(0.05～0.5)；所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述溶剂的投料质量比为1：(1～10)，所述反应的温度为30～90℃。
2.根据权利要求1所述的2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的制备方法，其特征在于，所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述双氧水投料的摩尔比为1：(2～2.5)。
3.根据权利要求1所述的2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的制备方法，其特征在于，所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述钨酸钠的投料摩尔比为1：(0.01～0.06)。
4.根据权利要求1所述的2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的制备方法，其特征在于，所述双氧水的质量百分浓度为25～60％；和/或，所述钨酸钠为二水合钨酸钠。
5.根据权利要求1所述的2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的制备方法，其特征在于，所述双氧水通过滴加的方式参与反应，所述滴加的过程中保持反应液的温度为40～90℃，所述滴加的过程的时长为0.5～24小时。
6.根据权利要求1所述的2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的制备方法，其特征在于，所述反应的反应时长为3～36小时。
7.根据权利要求1所述的2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的制备方法，其特征在于，所述反应结束后，通过向反应体系中加入水使所述2,3-二甲基4-甲砜基溴苯析出，其中，所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯与所述水的投料质量比为1：(1～3)。
8.根据权利要求1所述的2,3-二甲基4-甲砜基溴苯的制备方法，其特征在于：所述制备方法的具体步骤为：所述2,3-二甲基4-甲硫基溴苯、二水合钨酸钠以及催化剂溶解在溶剂中，搅拌混匀，在30～90℃条件下，滴加双氧水，滴加完毕后，继续反应0.3～8h后，反应结束，将反应体系降温后加水，抽滤，烘干得到所述2,3-二甲基4-甲砜基溴苯。
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