CN115521259B - 一种氯吡嘧磺胺的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种氯吡嘧磺胺的制备方法，涉及除草剂中间体制备工艺领域，以丙醛和甲醛为初始原料，依次经过醛缩合反应、水合肼缩合反应、合环反应、甲基化反应、氯化反应、高锰酸钾氧化反应、酯化反应，巯基化反应、氧氯化/氨化反应得到终产物。本发明中的多种原料结构简单易得，价格低廉，适合大规模工业化制备，终产物的得率和纯度均相对较高，能够有效降低氯吡嘧磺胺的制备成本。
Description
技术领域
本发明涉及除草剂中间体制备工艺领域，尤其涉及一种氯吡嘧磺胺的制备方法。
背景技术
氯吡嘧磺胺，CAS号：100784-27-8，分子式C6H8N3O4SCl，是除草剂氯吡嘧磺隆的重要中间体。
现有技术公开了多种氯吡嘧磺胺的合成方法，其中包括：
(1)以3-氯-1-甲基吡唑-5-氨基-4-甲酸甲酯为起始原料，依次经重氮化反应、磺化反应以及氨化反应得到。
(2)以3-氯-1-甲基吡唑-4-甲酸甲酯为起始原料，依次经氯化反应、巯基化反应以及和氯磺酰化反应得到。
(3)中国专利CN107162977B公开了以3-氯-1-甲基吡唑-5-羟基-4-甲酸甲酯为起始原料，依次经过缩合反应、转位重排反应，氯磺化反应和氨化反应得到。
上述现有技术中采用3-氯-1-甲基吡唑-4-甲酸甲酯作为起始原料，成本较高，三废量较大，污染较为严重，且副产物较多，纯化较为困难，生产成本较高，不适合大规模工业化制备。
发明内容
本申请提供了一种氯吡嘧磺胺的制备方法，旨在解决现有氯吡嘧磺胺制备方法中存在的上述问题。
一种氯吡嘧磺胺的制备方法，包括：
优选地，所述化合物V:SOCl2:CH3OH的摩尔比为1:1～3:10～20，所述化合物IV与NaHS的摩尔比为1:2～6，所述化合物III：氯气的摩尔比为1:2～6，所述化合物II与NH3的摩尔比为1:1.5～3。
优选地，以化合物V合成化合物IV的反应条件为：以甲醇溶解化合物V，滴加氯化亚砜后常压60～80℃反应1～12h；以化合物IV合成化合物III的反应条件为：将化合物IV和70％硫氢化钠固体于溶剂中30～100℃保温反应1～5h；以化合物III合成化合物II的反应条件为：以二氯乙烷和水作为溶剂，控制25～40℃通入定量氯气；以化合物II合成化合物I的反应条件为：35～45℃保温反应1～10h。
优选地，所述化合物V由如下方法制备获得：
优选地，所述甲醛与丙醛反应的催化剂包括磷酸、硫酸、铌酸、MFI沸石中的一种和二乙醇胺、三乙胺、NaOH、KOH中的一种，所述化合物IX合成化合物VIII的反应催化剂为金属碘化物，所述碱为氢氧化钠。
优选地，所述金属碘化物为KI或NaI。
优选地，所述甲醛与丙醛的摩尔比为1～1.5:1：，所述化合物X与水合肼的摩尔比为1:1～3，所述化合物IX：硫酸：KI的摩尔比为1:1～2:0.005～0.05，所述化合物VIII：硫酸二甲酯：氢氧化钠的摩尔比为1:1～3:1.5～4，所述化合物VII：磺酰氯：有机溶剂的摩尔比为1:1.5～5:1～10，所述化合物VI与高锰酸钾的摩尔比为1:2～4。
优选地，以化合物X合成化合物IX的反应条件为：30～60℃温度下将化合物X滴入80％水合肼中，30～60℃恒温反应1～10h；以化合物IX合成化合物VIII的反应条件为：将化合物IX水溶液滴入120℃70％硫酸中，加入碘化物作为催化剂，恒温反应4～24h；以化合物VIII合成化合物VII的反应条件为：将硫酸二甲酯滴加进入化合物VIII和液碱中，60～150℃保温反应1～12h；以化合物VII合成化合物VI的反应条件为：将磺酰氯滴加入有机溶剂和化合物VII中，80-85℃反应1～5h；以化合物VI合成化合物V的反应条件为：将化合物VI中加入水，升温至80-85℃，分批投入高锰酸钾，常压回流蒸馏2～12小时，趁热离心取滤液，向滤液中滴加盐酸析出固体即得化合物V。
优选地，所述有机溶剂为二氯乙烷、二氯甲烷、四氢呋喃、DMSO、DMF中的一种或多种。
本发明取得的有益效果：
本发明采用甲醛和丙醛作为起始原料，原料便宜易得；各步骤中副产物较少，终产品纯度高、综合收率高。
附图说明
图1为本发明的制备流程图。
具体实施方式
以下对本申请的具体实施方式进行详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
实施例1：
1)醛缩合工艺：
2000L搪瓷反应釜内抽入水，抽入85％磷酸，再抽入二乙醇胺，高位槽内加入38％甲醛，控制温度，滴加正丙醛，甲醛与丙醛的摩尔比为1.05:1，升温至60℃，进行常压蒸馏，蒸出馏份分层，即为化合物X，反应釜内再进行水泵减压蒸馏，蒸馏出多余水，釜内的水溶液，作为催化剂在下一次反应中套用。上述反应中水：磷酸：二乙醇胺：甲醛与正丙醛总体积的体积比为1:0.5:0.1：10。
2)水合肼缩合
1000L反应釜，控制温度为60℃，加入80％水合肼，慢慢滴入化合物X，60℃恒温反应4h，保温结束，即为化合物IX的水溶液。所述化合物X与水合肼的摩尔比为：1:1.05。
3)合环
3000L反应釜，抽入70％硫酸，或是由浓硫酸和水配制成的70％硫酸。再加入KI，升温至120℃，慢慢滴入化合物IX，滴加完约13h，加入30％的液碱和定量水中和至中性，分层，分去水层，即为化合物VIII粗品。所述化合物IX：硫酸：KI的摩尔比为：1:1.05:0.01。
4)甲基化
2000L反应釜，加入化合物VIII粗品和30％液碱。控制釜内温度在100℃，滴加硫酸二甲酯。再保温反应6h，静置分层，并抽入化合物VII粗蒸釜(1000L)，减压蒸馏，蒸出含水化合物VII，再脱水，再进行蒸馏，得到纯品化合物VII。所述化合物VIII：硫酸二甲酯：氢氧化钠的摩尔比为：1:1.05:2.05。
5)氯化
2000L反应釜内抽入化合物VII和二氯乙烷。控制反应温度，滴加磺酰氯，放出尾气二氧化硫和氯化氢。反应3h结束，常压蒸馏，回收二氯乙烷，常压和减压蒸出的二氯乙烷回收套用。粗品再进行罗茨泵减压蒸馏，蒸出产品为化合物VI精品。所述化合物VII：磺酰氯：二氯乙烷的摩尔比为：1：2.05:2。
反应温度为80-85度，具有很好的可控性。反应方式是边滴加原料边反应的间歇式反应方式，避免了原料的累积，防止冲料式反应的可能；
为进一步保证安全生产该步设DCS自动化控制、紧急切断系统，将氯化反应釜内温度、压力与釜内搅拌、磺酰氯流量、氯化反应釜夹套冷却水进水阀形成联锁关系，设立紧急切断。
6)高锰酸钾氧化
5000L反应釜内抽入化合物VI，抽入水，加热升温至83℃后，从固体加料口分批投入高锰酸钾。加完后，常压回流蒸馏7小时，趁热离心，得黑色滤渣二氧化锰和滤液，滤液经抽滤缸抽入酸化釜，滴加盐酸析出固体。离心，得白色固体，即为化合物V。所述化合物VI与高锰酸钾的摩尔比为：1:2.1。
生产过程中，反应为常压反应，反应温度为80-85度。反应方式采有边加原料边反应的间歇式反应方式，高锰酸钾的投料方式，待釜内高锰酸钾反应完后再投下一批，并且每批投料量都严格控制，避免了原料的累积，防止冲料式反应的可能。反应也是在带尾气的负压状态下进行，避免了刺激性原料和产品的挥发，为进一步保障安全生产，设置了自动化和紧急切断系统，将氧化反应釜内温度和压力与反应物的配比和流量、氧化反应釜夹套冷却水进水阀、紧急冷却系统形成联锁关系，在氧化反应釜处设立紧急停车系统。)
7)酯化
2000L反应釜。抽入甲醇，从加入固体化合物V，控制温度在70℃，滴加氯化亚砜，70℃恒温反应4h，反应完毕，常压蒸馏回收甲醇，残液抽入另一5000L水解釜，抽完后再开盐水冷冻，析出大量固体。离心，得固体，即为化合物IV。所述化合物V:SOCl2:CH3OH的摩尔比为1:1.1:15。
8)巯基化
1000L反应釜，抽入300L二甲基甲酰胺(DMF)，再加入化合物IV，分批加入70％硫氢化钠固体。加完固体，并80℃保温反应3小时，往反应釜内抽入水，滴加盐酸，析出固体。离心得到固体，即为化合物III。所述化合物IV与NaHS的摩尔比为1:3。
9)氧氯化/氨化
3000L反应釜，往反应釜内抽入400L二氯乙烷和500L水。从入孔口加入化合物III，控温40℃通入定量氯气。静止分层得化合物II。所述化合物III：氯气的摩尔比为1:3.3。
将含化合物II的有机层慢慢通入另一5000L氨化釜(预先加2000L的浓度为20％的氨水)，所述化合物II与NH3的摩尔比为1:2.1。加完，45℃保温反应5h，离心得到固体，即得氯吡嘧磺胺(化合物I)，烘干。终产物的得率为84％，纯度为96％。
实施例2：其余均与实施例1相同，不同之处在于：
步骤(1)中85％磷酸等体积替换为70％硫酸，二乙醇胺等体积替换为三乙胺。
步骤(2)的反应条件为：45℃温度下将化合物X滴入80％水合肼中，50℃恒温反应1h；
步骤(3)的反应条件为：将化合物IX水溶液滴入120℃70％硫酸中，加入NaI作为催化剂，恒温反应4h；
步骤(4)的反应条件为：将硫酸二甲酯滴加进入化合物VIII和液碱中，60℃保温反应12h；
步骤(5)的反应条件为：将磺酰氯滴加入DMSO和化合物VII中，80℃反应5h；
步骤(6)的反应条件为：将化合物VI中加入水，升温至85℃，分批投入高锰酸钾，常压回流蒸馏2小时，趁热离心取滤液，向滤液中滴加盐酸析出固体即得化合物V。
步骤(7)的反应条件为：以甲醇溶解化合物V，滴加氯化亚砜后常压60℃反应12h；
步骤(8)的反应条件为：将化合物IV和70％硫氢化钠固体于溶剂中30℃保温反应5h；
步骤(9)中以化合物III合成化合物II的反应条件为：以DMSO和水作为溶剂，控制35℃通入定量氯气；以化合物II合成化合物I的反应条件为：35℃保温反应1h。
所述化合物V:SOCl2:CH3OH的摩尔比为1:1:10，所述化合物IV与NaHS的摩尔比为1:2，所述化合物III：氯气的摩尔比为1:2，所述化合物II与NH3的摩尔比为1:1.5。
所述甲醛与丙醛的摩尔比为1:1：，所述化合物X与水合肼的摩尔比为1:1，所述化合物IX：硫酸：KI的摩尔比为1:1:0.005，所述化合物VIII：硫酸二甲酯：氢氧化钠的摩尔比为1:1:1.5，所述化合物VII：磺酰氯：二氯乙烷的摩尔比为1:1.5:1，所述化合物VI与高锰酸钾的摩尔比为1:2。终产物的得率为81％，纯度为93％。
实施例3：其余均与实施例1相同，不同之处在于：
步骤(1)中85％磷酸等重量替换为MFI沸石，二乙醇胺等体积替换为20％NaOH水溶液。
步骤(2)的反应条件为：30℃温度下将化合物X滴入80％水合肼中，30℃恒温反应10h；
步骤(3)的反应条件为：将化合物IX水溶液滴入120℃70％硫酸中，加入KI作为催化剂，恒温反应24h；
步骤(4)的反应条件为：将硫酸二甲酯滴加进入化合物VIII和液碱中，150℃保温反应1h；
步骤(5)的反应条件为：将磺酰氯滴加入二氯甲烷和化合物VII中，85℃反应1h；
步骤(6)的反应条件为：将化合物VI中加入水，升温至80℃，分批投入高锰酸钾，常压回流蒸馏12小时，趁热离心取滤液，向滤液中滴加盐酸析出固体即得化合物V。
步骤(7)的反应条件为：以甲醇溶解化合物V，滴加氯化亚砜后常压80℃反应1h；
步骤(8)的反应条件为：将化合物IV和70％硫氢化钠固体于溶剂中100℃保温反应1h；
步骤(9)中以化合物III合成化合物II的反应条件为：以二氯甲烷和水作为溶剂，控制25℃通入定量氯气；以化合物II合成化合物I的反应条件为：40℃保温反应10h。
所述化合物V:SOCl2:CH3OH的摩尔比为1:3:20，所述化合物IV与NaHS的摩尔比为1:6，所述化合物III：氯气的摩尔比为1:6，所述化合物II与NH3的摩尔比为1:3。
所述甲醛与丙醛的摩尔比为1.5:1：，所述化合物X与水合肼的摩尔比为1:3，所述化合物IX：硫酸：KI的摩尔比为1:2:0.05，所述化合物VIII：硫酸二甲酯：氢氧化钠的摩尔比为1:3:4，所述化合物VII：磺酰氯：二氯乙烷的摩尔比为1:5:10，所述化合物VI与高锰酸钾的摩尔比为1:4。终产物的得率为87％，纯度为97％。
实施例4：其余均与实施例1相同，不同之处在于：
步骤(1)中85％磷酸等重量替换为铌酸，二乙醇胺等体积替换为30％KOH水溶液。
步骤(5)和步骤(9)中的二氯乙烷替换为四氢呋喃。终产物的得率为85％，纯度为92％。
实施例5：其余均与实施例1相同，不同之处在于：
步骤(5)和步骤(9)中的二氯乙烷替换为DMF。终产物的得率为82％，纯度为91％。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种氯吡嘧磺胺的制备方法，其特征在于，包括：
其中：所述甲醛与丙醛反应的催化剂包括磷酸、硫酸、铌酸、MFI沸石中的一种和二乙醇胺、三乙胺、NaOH、KOH中的一种，所述化合物IX合成化合物VIII的反应催化剂为金属碘化物，所述碱为氢氧化钠。
2.根据权利要求1所述一种氯吡嘧磺胺的制备方法，其特征在于，所述化合物V:SOCl2:CH3OH的摩尔比为1:1～3:10～20，所述化合物IV与NaHS的摩尔比为1:2～6，所述化合物III：氯气的摩尔比为1:2～6，所述化合物II与NH3的摩尔比为1:1.5～3。
3.根据权利要求1所述一种氯吡嘧磺胺的制备方法，其特征在于，以化合物V合成化合物IV的反应条件为：以甲醇溶解化合物V，滴加氯化亚砜后常压60～80℃反应1～12h；以化合物IV合成化合物III的反应条件为：将化合物IV和70％硫氢化钠固体于溶剂中30～100℃保温反应1～5h；以化合物III合成化合物II的反应条件为：以二氯乙烷和水作为溶剂，控制25～40℃通入定量氯气；以化合物II合成化合物I的反应条件为：35～45℃保温反应1～10h。
4.根据权利要求1所述一种氯吡嘧磺胺的制备方法，其特征在于，所述金属碘化物为KI或NaI。
5.根据权利要求4所述一种氯吡嘧磺胺的制备方法，其特征在于，所述甲醛与丙醛的摩尔比为1～1.5:1，所述化合物X与水合肼的摩尔比为1:1～3，所述化合物IX：硫酸：KI的摩尔比为1:1～2:0.005～0.05，所述化合物VIII：硫酸二甲酯：氢氧化钠的摩尔比为1:1～3:1.5～4，所述化合物VII：磺酰氯：有机溶剂的摩尔比为1:1.5～5:1～10，所述化合物VI与高锰酸钾的摩尔比为1:2.1。
6.根据权利要求5所述一种氯吡嘧磺胺的制备方法，其特征在于，以化合物X合成化合物IX的反应条件为：30～60℃温度下将化合物X滴入80％水合肼中，30～60℃恒温反应1～10h；以化合物IX合成化合物VIII的反应条件为：将化合物IX水溶液滴入120℃70％硫酸中，加入碘化物作为催化剂，恒温反应4～24h；以化合物VIII合成化合物VII的反应条件为：将硫酸二甲酯滴加进入化合物VIII和液碱中，60～150℃保温反应1～12h；以化合物VII合成化合物VI的反应条件为：将磺酰氯滴加入有机溶剂和化合物VII中，80-85℃反应1～5h；以化合物VI合成化合物V的反应条件为：将化合物VI中加入水，升温至80-85℃，分批投入高锰酸钾，常压回流蒸馏2～12小时，趁热离心取滤液，向滤液中滴加盐酸析出固体即得化合物V。
7.根据权利要求6所述一种氯吡嘧磺胺的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为二氯乙烷、二氯甲烷、四氢呋喃、DMSO、DMF中的一种或多种。
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