CN115872944A - 一种噻虫嗪中间体的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种噻虫嗪中间体的合成方法。按照以下步骤制备：1)以尿素为起始原料，在碱性条件下，与多聚甲醛溶液反应得1,3,5‑恶二嗪‑4‑酮（化合物2）；2)1,3,5‑恶二嗪‑4‑酮（化合物2）和硫酸二甲酯发生亲核取代反应，得N‑甲基化产物3‑甲基‑1,3,5‑恶二嗪‑4‑酮（化合物3）；3）3‑甲基‑1,3,5‑恶二嗪‑4‑酮（化合物3）和盐酸羟胺反应，得到3‑甲基‑1,3,5‑恶二嗪‑4‑酮肟（化合物4）；4）最后3‑甲基‑1,3,5‑恶二嗪‑4‑酮肟（化合物4）与NaNO2发生硝化反应得到目标产物3‑甲基‑4‑硝基亚胺基全氢化‑1,3,5‑二嗪。本发明操作简便,后处理便捷,使用的试剂对环境友好，降低了后续环境处理等产生的成本，产率高且节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及有机化合物的合成方法，尤其涉及一种3-甲基-4-硝基亚胺基全氢化-1, 3, 5-二嗪的合成方法。
背景技术
噻虫嗪是第二代烟碱类杀虫剂。其作用机理与吡虫啉等第一代新烟碱类杀虫剂相似, 具有更高的活性、更高的安全性、更广的活性谱。噻虫嗪的合成需要2个中间体, 其中对中间体2-氯-5-氯甲基噻唑的合成方法的报道比较多,而3-甲基-4-硝基亚胺基全氢化-1, 3, 5-噁二嗪(以下简称化合物MH)的合成方法的报道则相对较少。
3-甲基-4-硝基亚胺基全氢化-1, 3, 5-噁二嗪的合成方法是通过甲基硝基胍和多聚甲醛进行全氢化反应得到，多聚甲醛容易获得，主要是前者甲基硝基胍的合成。目前其主要有以下路线：
(1) 例如US5783734、US6486348、US6720451等中描述了以硝基胍、一甲胺原料，水为溶剂，在30至60℃下获得N-甲基硝基胍。
(2) 例如GB2228003等，以S-甲基-N-硝基异硫脲为起始原料合成，该方法主要包括两种：一种方法是使原料先与甲胺反应, 生成N-甲基胍, 再在硝酸和浓硫酸条件下硝化, 得到产物N-甲基硝基胍。另一种方法先将原料硝化得到N-硝基-S-甲基异硫脲, 再甲胺化成N-甲基硝基胍。考虑到所用原料中甲胺较贵, 故第二种方法能够使生产成本得到有效降低。
(3) 例如US6114581等，以氰胺为起始原料合成N-甲基硝基胍。此方法需要使用高压釜, 而且需要经过2步反应制得目标产物。
目前市面上的路线反应条件苛刻，操作复杂，易产生废气废水且反应中间体化合物不易保存，各类能耗需求也较大。因而需要研发出一条操作简便，产率较高的新合成路线。
发明内容
本发明提供一种3-甲基-4-硝基亚胺基全氢化-1, 3, 5-二嗪的合成方法,操作简便,后处理便捷,使用的试剂对环境友好。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种3-甲基-4-硝基亚胺基全氢化-1, 3, 5-二嗪的合成方法，包括：
(1)以尿素为起始原料，在碱性条件下，与多聚甲醛溶液反应得1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物2）；
(2) 1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物2）和硫酸二甲酯发生亲核取代反应，得N-甲基化产物3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物3）；
(3)3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物3）和盐酸羟胺反应，得到3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮肟（化合物4）；
(4)最后3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮肟（化合物4）与NaNO2发生硝化反应得到目标产物3-甲基-4-硝基亚胺基全氢化-1, 3, 5-二嗪。
进一步的，具体包括以下步骤:步骤1）以尿素为起始原料，加入N-甲基二乙醇胺和多聚甲醛，发生缩合反应得到化合物2，反应式如下：
步骤2）化合物2与硫酸二甲酯发生亲核取代反应，得化合物3，反应式如下：
步骤3）化合物3和盐酸羟胺在醇为溶剂的条件下反应得到化合物4，反应式如下：
步骤4）化合物4与NaNO2发生硝化反应得到化合物5，反应式如下：
进一步的，所述步骤(1)中，乙醛的水溶液比例为20～40%，反应温度为30～60℃，pH为9.5～12.5。投料顺序先将尿素与水混合，加入N-甲基二乙醇胺调节pH，然后滴加乙醛水溶液。反应时间1～2个小时；
进一步的，所述步骤(2)中，除去步骤(1)中的溶剂，甲苯作为溶剂溶解产物，向化合物2滴加硫酸二乙酯，反应温度不超过40℃。硫酸二甲酯与化合物2的投料摩尔比为1～2，时间为4～6个小时；
进一步的，所述步骤(3)中，化合物3与盐酸羟胺投料摩尔比为1～3，反应溶剂可选用乙醇或甲醇，反应温度为25～60℃。
进一步的，所述步骤(4)中，化合物4与亚硝酸钠投料摩尔比为1～6，反应溶剂可选用二氯甲烷或乙醚，反应温度为室温。加入酸酸化，可选酸为冰醋酸或稀硫酸。进一步提纯得化合物5。
本发明的优点为：本发明操作简便,后处理便捷,使用的试剂对环境友好，降低了后续环境处理等产生的成本，产率高且节能环保。
具体实施方式
为了进一步阐明本发明，下面给出一系列实施例，这些实施例完全是例证性的，它放们仅用来对本发明具体描述,不应当理解为对本发明的限制。
3-甲基-4-硝基亚胺基全氢化-1, 3, 5-二嗪（化合物5）的总合成路线为：
实施例1：
制备1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物2）：
先在100mL的圆底烧瓶中加入4.5g的尿素和40mL的水，常温下搅拌至溶解，然后缓慢加入270mg的N-甲基二乙醇胺，调节pH至11，控制反应温度在40℃，90分钟内滴加3g的37%甲醛水溶液（37 mmol），滴落结束后，继续搅拌1小时使其反应完全，冷却至室温。旋干溶剂，得固体产物化合物2。
制备N-甲基化产物3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物3）：
在50mL的圆底烧瓶中加入1g 1,3,5-恶二嗪-4-酮，15mL甲苯溶解，滴加1mL的硫酸二甲酯，控制温度不超过40℃，搅拌反应4小时。停止反应。倾析除去上层有机层，真空除去剩余溶剂，进一步减压干燥得化合物3，产率96%。
制备3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮肟（化合物4）：
在50mL的圆底烧瓶中加入1g 3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮，20mL乙醇和900mg盐酸羟胺，40℃下反应3个小时，停止反应，直接旋干溶剂，进--步提纯，产率89%。
制备3-甲基-4-硝基亚胺基全氢化-1, 3, 5-二嗪（化合物5）：
在100mL的分液漏斗中加入1g 3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮肟，15mL乙醚和135mg亚硝酸钠，随后在10分钟内添加少量稀硫酸，分离漏斗剧烈旋转，气体逸出。反应后让混合物静置15分钟，然后将水层排出，有机层通过硅藻土塞过滤以去除沉淀物。进一步干燥，经过柱层析得到化合物5，产率86%。
实施例2：
制备1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物2）：
先在100mL的圆底烧瓶中加入4.5g的尿素和40mL的水，常温下搅拌至溶解，然后缓慢加入270mg的N-甲基二乙醇胺，调节pH至9.5，控制反应温度在50℃，90分钟内滴加3g的30%甲醛水溶液（30mmol），滴落结束后，继续搅拌1.5小时使其反应完全，冷却至室温。旋干溶剂，得固体产物化合物2。
制备N-甲基化产物3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物3）：
在50mL的圆底烧瓶中加入1g 1,3,5-恶二嗪-4-酮，15mL甲苯溶解，滴加1.2mL的硫酸二甲酯，控制温度不超过40℃，搅拌反应6小时。停止反应。倾析除去上层有机层，真空除去剩余溶剂，进一步减压干燥得化合物3，产率90%。
制备3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮肟（化合物4）：
在50mL的圆底烧瓶中加入1g 3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮，20mL乙醇和700mg盐酸羟胺，50℃下反应3个小时，停止反应，直接旋干溶剂，进--步提纯，产率82%。
制备3-甲基-4-硝基亚胺基全氢化-1, 3, 5-二嗪（化合物5）：
在100mL的分液漏斗中加入1g 3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮肟，15mL乙醚和100mg亚硝酸钠，随后在10分钟内添加少量稀硫酸，分离漏斗剧烈旋转，气体逸出。反应后让混合物静置15分钟，然后将水层排出，有机层通过硅藻土塞过滤以去除沉淀物。进一步干燥，经过柱层析得到化合物5，产率80%。
实施例3：
制备1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物2）：
先在100mL的圆底烧瓶中加入4.5g的尿素和40mL的水，常温下搅拌至溶解，然后缓慢加入270mg的N-甲基二乙醇胺，调节pH至12，控制反应温度在30℃，90分钟内滴加3g的22%甲醛水溶液（22 mmol），滴落结束后，继续搅拌2小时使其反应完全，冷却至室温。旋干溶剂，得固体产物化合物2。
制备N-甲基化产物3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物3）：
在50mL的圆底烧瓶中加入1g 1,3,5-恶二嗪-4-酮，15mL甲苯溶解，滴加1.5mL的硫酸二甲酯，控制温度不超过40℃，搅拌反应5小时。停止反应。倾析除去上层有机层，真空除去剩余溶剂，进一步减压干燥得化合物3，产率92%。
制备3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮肟（化合物4）：
在50mL的圆底烧瓶中加入1g 3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮，20mL乙醇和600mg盐酸羟胺，30℃下反应3个小时，停止反应，直接旋干溶剂，进--步提纯，产率83%。
制备3-甲基-4-硝基亚胺基全氢化-1, 3, 5-二嗪（化合物5）：
在100mL的分液漏斗中加入1g 3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮肟，15mL乙醚和80mg亚硝酸钠，随后在10分钟内添加少量稀硫酸，分离漏斗剧烈旋转，气体逸出。反应后让混合物静置15分钟，然后将水层排出，有机层通过硅藻土塞过滤以去除沉淀物。进一步干燥，经过柱层析得到化合物5，产率82%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种噻虫嗪中间体的合成方法，其特征在于，按照以下步骤制备：
1)以尿素为起始原料，在碱性条件下，与多聚甲醛溶液反应得1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物2）；
2) 1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物2）和硫酸二甲酯发生亲核取代反应，得N-甲基化产物3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物3）；
3）3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮（化合物3）和盐酸羟胺反应，得到3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮肟（化合物4）；
4）最后3-甲基-1,3,5-恶二嗪-4-酮肟（化合物4）与NaNO2发生硝化反应得到目标产物3-甲基-4-硝基亚胺基全氢化-1, 3, 5-二嗪。
2.根据权利要求1所述的一种噻虫嗪中间体的合成方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1）以尿素为起始原料，加入N-甲基二乙醇胺和多聚甲醛，发生缩合反应得到化合物2，反应式如下：
步骤2）化合物2与硫酸二甲酯发生亲核取代反应，得化合物3，反应式如下：
步骤3）化合物3和盐酸羟胺在醇为溶剂的条件下反应得到化合物4，反应式如下：
步骤4）化合物4与NaNO2发生硝化反应得到化合物5，反应式如下：
3.根据权利要求2所述的一种噻虫嗪中间体的合成方法，其特征在于，所述步骤(1)中，乙醛的水溶液比例为20～40%，反应温度为30～60℃，pH为9.5～12.5；投料顺序先将尿素与水混合，加入N-甲基二乙醇胺调节pH，然后滴加乙醛水溶液，反应时间1～2个小时。
4.根据权利要求2所述的一种噻虫嗪中间体的合成方法，其特征在于，所述步骤(2)中，除去步骤(1)中的溶剂，甲苯作为溶剂溶解产物，向化合物2滴加硫酸二乙酯，反应温度不超过40℃，硫酸二甲酯与化合物2的投料摩尔比为1～2，时间为4～6个小时。
5.根据权利要求2所述的一种噻虫嗪中间体的合成方法，其特征在于，所述步骤(3)中，化合物3与盐酸羟胺投料摩尔比为1～3，反应溶剂选用乙醇或甲醇，反应温度为25～60℃。
6.根据权利要求2所述的一种噻虫嗪中间体的合成方法，其特征在于，所述步骤(4)中，化合物4与亚硝酸钠投料摩尔比为1～6，反应溶剂选用二氯甲烷或乙醚，反应温度为室温；加入酸酸化，进一步提纯得化合物5。
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