CN116082270A - 一种2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机合成领域，具体提供一种2,3‑二氢‑5‑甲基‑2‑氧‑1,3,4‑噁二唑‑3‑丙酮的制备方法。本发明通过将环合反应和烷化反应结合，利用特定的溶剂将中间体5‑甲基‑1,3,4‑噁二唑酮的溶解度大大提高，只需要一步反应就可得到2,3‑二氢‑5‑甲基‑2‑氧‑1,3,4‑噁二唑‑3‑丙酮，克服了中间体5‑甲基‑1,3,4‑噁二唑酮溶解度较差，导致反应过程中需要重新更换溶剂，工艺流程繁琐，工艺成本较大的问题，大大提高了2,3‑二氢‑5‑甲基‑2‑氧‑1,3,4‑噁二唑‑3‑丙酮的生产效率，适合工业化大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成领域，尤其涉及一种2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法。
背景技术
吡蚜酮是瑞士诺华公司于1988年开发的防治蚜虫和粉虱的新型杂环类杀虫剂，具有高效、低毒、高选择性、对环境友好等特点，其作用方式独特：主要是影响昆虫的进食行为，使其拒食而死。
2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮为吡蚜酮的关键中间体，现有的生产工艺基本上都是，以乙酰肼和光气为原料，进行环合反应生成5-甲基-1,3,4-噁二唑酮，再与氯丙酮进行烷化反应生成2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，其中环合反应大部分以1,2-二氯乙烷为溶剂，烷化反应以丙酮为溶剂。由于5-甲基-1,3,4-噁二唑酮在1,2-二氯乙烷中的溶解度较差，环合反应完成后，5-甲基-1,3,4-噁二唑酮会和生成的盐一起沉淀出来，而且1,2-二氯乙烷会影响下一步烷化反应。因此，环合反应结束后，需要经过过滤、烘干，得到5-甲基-1,3,4-噁二唑酮和盐的混合物，再加入丙酮作为溶剂，与氯丙酮反应，得到2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮。这个过程非常复杂，且中间涉及到固体料的过滤、烘干及再次投料，工艺繁琐，操作复杂，生产成本较高。因此，研发一种高效合成2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的方法对工业化生产吡蚜酮有重要意义
发明内容
针对现有技术中合成2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮过程复杂，工艺繁琐，生产成本高等问题，本发明提供了一种合成2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法，至少包括以下步骤：
将固体光气、乙酰肼和缚酸剂A加入酯类溶剂中，反应，到5-甲基-1,3,4-噁二唑酮反应液；然后向所述5-甲基-1,3,4-噁二唑酮反应液中加入缚酸剂B、相转移催化剂和氯丙酮，升温反应，得到2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮；
优选的，所述酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或乙酸乙酯中的一种或多种。
本发明设计了一种2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法，以乙酰肼、固体光气和氯丙酮为原料，以特定的酯类为溶剂，在缚酸剂A的作用下，乙酰肼和光气进行环化脱卤，生成5-甲基-1,3,4-噁二唑酮，而特定酯类中的酯基与5-甲基-1,3,4-噁二唑酮中的-NH基团形成氢键作用，大大提高了5-甲基-1,3,4-噁二唑酮的溶解度，避免了5-甲基-1,3,4-噁二唑酮与生成的盐一起沉淀而导致必须分步反应的问题，因此无需更换溶剂，可直接将氯丙酮与5-甲基-1,3,4-噁二唑酮进行烷化反应得到2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，实现了一锅法制备2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的目的。
本发明提供的制备2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的方法，操作简单，不需要分步反应，简化了操作工艺，大大缩短了生产周期，减轻了劳动强度，在保证产物产率和纯度的前提下，降低了生产成本，适合工业化大批量生产。
优选的，所述酯类溶剂为质量比1:1-1.5的碳酸二甲酯与碳酸二乙酯。
本发明将碳酸二甲酯和碳酸二乙酯按一定比例复配后，通过两种溶剂的协同作用可进一步提高反应中间体5-甲基-1,3,4-噁二唑酮的溶解性能，从而提高产物的产率和纯度。
优选的，所述乙酰肼、固体光气和氯丙酮的摩尔比为1:0.33-0.35:1-1.1。
优选的，所述固体光气与酯类溶剂的质量比为1:5-10。
优选的，所述缚酸剂A为碳酸钠或碳酸氢钠中的至少一种。
优选的，所述缚酸剂B为碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸钠、醋酸钾、碳酸钾或三乙胺中的至少一种。
优选的，所述乙酰肼与缚酸剂A的摩尔比为1:0.9-2.5。
优选的，所述乙酰肼与缚酸剂B的摩尔比为1:1.0-3.0。
在酸性条件下，由于脱卤反应生成的HCl对后续催化反应有抑制作用，不利于向反应的正方向进行，缚酸剂可与HCl成盐，有利于反应向正方向进行，可加速反应进行。
优选的，所述相转移催化剂为四丁基溴化铵、四丁基碘化铵和四丁基氯化铵中的一种或两种。
优选的，所述相转移催化剂的质量为乙酰肼质量的0.8％-3.0％。
所述相转移催化剂可提高氯丙酮与5-甲基-1,3,4-噁二唑酮的反应选择性，加速活化后的5-甲基-1,3,4-噁二唑酮-NH的H与氯丙酮的脱卤反应，从而减少副反应的发生，进一步提高反应产率。
优选的，所述生成5-甲基-1,3,4-噁二唑酮反应液的具体过程如下：将固体光气和乙酰肼分别加入酯类溶剂中，混合均匀，得光气溶液和乙酰肼溶液；将缚酸剂A加入乙酰肼溶液，然后向其中滴加光气溶液，滴加结束后升温至25-30℃反应0.5-2h，再升温至45-55℃，反应2-4h，得5-甲基-1,3,4-噁二唑酮反应液。
优选的，所述滴加光气溶液过程中控制体系温度为10-20℃。
优选的，所述升温反应的温度为70-90℃，反应时间为6-10h。
本发明提供了一种2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法，将传统的环合反应和烷化反应结合，采用同一种溶剂，环合反应后不需要进行任何处理，即可加入氯丙酮进行烷化反应，省去了固体物料的过滤、烘干及再次投料，大大缩短了生产周期，简化了操作过程，减轻了劳动强度，且操作简单，适宜工业化生产。
附图说明
图1为实施例1制备的2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的高效液相色谱图。
具体实施方式
下面将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。
本发明所制备的2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮高效液相色谱检测条件如下：
色谱柱kromasil C18，4.6×250mm，5μm。
流动相配制：色谱级甲醇、色谱级乙腈和超纯水按照10:10:80的体积比进行配制，超声脱气30min后备用。
检测波长为：200nm，
进样体积：5μL，
柱温：40℃，
流速：1.0mL/min。
实施例1
本实施例提供一种2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，其制备方法具体包括如下步骤：
向59.5g(0.20mol)固体光气中加入190g(2.11mol)碳酸二甲酯，室温搅拌溶解后备用。将44.4g(0.60mol)乙酰肼、98.3g(1.17mol)碳酸氢钠和130g(1.4mol)碳酸二甲酯加入容量为1L的四口瓶中，搅拌降温，待温度降至10℃，开始滴加固体光气溶液，全程保持温度10-15℃，滴加结束后，升温至25℃保温1h，之后升温至40℃保温3h，再向体系加入71.1g(0.67mol)碳酸钠，0.6g(1.9mmol)四丁基溴化铵，并滴加57.8g(0.62mol)氯丙酮，过程中控制温度在70℃，滴加结束后，70℃反应10h，反应结束后降至室温、过滤除盐，在真空度为0.085MPa，温度为75℃的条件下减压蒸馏回收碳酸二甲酯，得到94.3g 2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，纯度为97.3％，收率为96.9％。
实施例2
本实施例提供一种2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，其制备方法具体包括如下步骤：
向62.4g(0.21mol)固体光气中加入190g(2.11mol)碳酸二甲酯，室温搅拌溶解后备用；将44.4g(0.60mol)乙酰肼、101.8g(1.21mol)碳酸氢钠和210g(2.33mol)碳酸二甲酯加入1L四口瓶中，搅拌降温，待温度降至15℃，开始滴加固体光气溶液，全程保持温度15-20℃，滴加结束后，自然升至25℃保温0.5h，之后升温至50℃保温2.5h，反应结束后，直接向体系加入79.5g(0.75mol)碳酸钠，1.2g(3.8mmol)四丁基溴化铵，并滴加61g(0.66mol)氯丙酮，过程中控制温度在80℃，滴加结束后，80℃反应8h，反应结束后降至室温、过滤除盐，在真空度为0.080MPa，温度为75℃的条件下减压蒸馏回收碳酸二甲酯，得到93.7g 2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，纯度为96.9％，收率为96.8％。
实施例3
本实施例提供一种2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，其制备方法具体包括如下步骤：
向62.4g(0.21mol)固体光气中加入190g(1.61mol)碳酸二乙酯，室温搅拌溶解后备用；将44.4g(0.60mol)乙酰肼、102.1g(1.21mol)碳酸氢钠和260g(2.20mol)碳酸二乙酯加入1L四口瓶中，搅拌降温，待温度降至15℃，开始滴加固体光气溶液，全程保持温度15-20℃，滴加结束后，自然升至25℃保温0.5h，之后升温至50℃保温3h，反应结束后，直接向体系加入108.6g(1.02mol)碳酸钠，1.0g(3.1mmol)四丁基碘化铵，并滴加59.4g(0.64mol)氯丙酮，过程中控制温度在90℃。滴加结束后，90℃反应6h。反应结束后降至室温、过滤除盐及在真空度为0.085MPa，温度为70℃的条件下减压蒸馏回收碳酸二甲酯，得到93.4g 2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，纯度为96.1％，收率为96.3％。
实施例4
本实施例提供一种2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，其制备方法具体包括如下步骤：
向62.4g(0.21mol)固体光气中加入190g(2.15mol)乙酸乙酯，室温搅拌溶解后备用；将44.4g(0.60mol)乙酰肼、98.3g(1.17mol)碳酸氢钠和210g(2.38mol)乙酸乙酯加入1L四口瓶中，搅拌降温，待温度降至15℃，开始滴加固体光气溶液，全程保持温度15-20℃，滴加结束后，自然升至25℃保温0.5h，之后升温至50℃保温3h，再向体系加入79.5g(0.75mol)碳酸钠，1.2g(3.8mmol)四丁基溴化铵，并滴加61.0g(0.66mol)氯丙酮，过程中控制温度在80℃，滴加结束后，80℃反应8h。反应结束后降至室温、过滤除盐及在真空度为0.085MPa，温度为75℃的条件下减压蒸馏回收碳酸二甲酯，得到92.1g 2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，纯度为95.8％，收率为95.5％。
实施例5
本实施例提供一种2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，其制备方法具体包括如下步骤：
向59.5g(0.20mol)固体光气中加入190g混合溶剂(86.4g(0.96mol)碳酸二甲酯和103.6g(0.88mol)碳酸二乙酯)，室温搅拌溶解后备用。将44.4g(0.60mol)乙酰肼、98.3g(1.17mol)碳酸氢钠和130g混合溶剂(59.1g(0.66mol)碳酸二甲酯和70.9g(0.60mol)碳酸二乙酯)加入容量为1L的四口瓶中，搅拌降温，待温度降至10℃，开始滴加固体光气溶液，全程保持温度10-15℃，滴加结束后，升温至25℃保温1h，之后升温至40℃保温3h，再向体系加入70.1g(0.83mol)醋酸钠，0.6g(1.9mmol)四丁基溴化铵，并滴加57.8g(0.62mol)氯丙酮，过程中控制温度在70℃，滴加结束后，70℃反应10h，反应结束后后降至室温、过滤除盐，在真空度为0.085MPa，温度为80℃的条件下减压蒸馏回收溶剂，得到95.2g 2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，纯度为98.1％，收率为97.9％。
对比例1
本对比例提供一种2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，其制备方法具体包括如下步骤：
向59.5g(0.20mol)固体光气中加入190g(1.94mol)1,2-二氯乙烷，室温搅拌溶解后备用。将44.4g(0.60mol)乙酰肼、98.3g(1.17mol)碳酸氢钠和130g(1.31mol)1,2-二氯乙烷加入1L四口瓶中，搅拌降温，待温度降至10℃，开始滴加固体光气溶液，全程保持温度10-15℃。滴加结束后，自然升至25℃保温1h，之后升温至40℃保温3h。环合反应结束后，降至室温，过滤除盐，干燥，得到氯化钠和中间体5-甲基-1,3,4-噁二唑酮的混合物。
将上述混合物水洗，过滤烘干后得到的5-甲基-1,3,4-噁二唑酮再次加入1L四口瓶中，并加入170g(2.92mol)丙酮，71.1g(0.67mol)碳酸钠，0.6g(1.9mmol)四丁基溴化铵，并滴加57.8g(0.62mol)氯丙酮，过程中控制温度在70℃，滴加结束后，70℃反应10h，反应结束后降至室温、过滤除盐，在真空度为0.075MPa，温度为35℃的条件下减压蒸馏回收丙酮，得到89.3g 2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，纯度为90.3％，收率为89.0％。
对比例2
本对比例提供一种2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，其制备方法具体包括如下步骤：
向62.4g(0.21mol)固体光气中加入(1.92mol)碳酸二苄酯，室温搅拌溶解后备用；将44.4g(0.60mol)乙酰肼、101.8g(1.21mol)碳酸氢钠和210g(2.12mol)碳酸二苄酯加入1L四口瓶中，搅拌降温，待温度降至15℃，开始滴加固体光气溶液，全程保持温度15-20℃。滴加结束后，自然升至25℃保温0.5h，之后升温至50℃保温2.5h，反应瓶中出现白色沉淀物质，再加入79.5g(0.75mol)碳酸钠，1.2g(3.8mmol)四丁基溴化铵，并滴加61g(0.66mol)氯丙酮，过程中控制温度在80℃，滴加结束后，80℃反应8h，反应结束后降至室温、过滤除盐及在真空度为0.085MPa，温度为75℃的条件下减压蒸馏回收碳酸二甲酯，得到89.8g 2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮，纯度为87.9％，收率为89.1％。
综上所述，本发明提供的2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法简单，操作工艺简单，不需要经过中间步骤的处理，实现了一锅法制备2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的目的，大大简化了工艺强度，节约了工艺成本。
Claims (10)
1.一种2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将固体光气、乙酰肼和缚酸剂A加入酯类溶剂中，反应，到5-甲基-1,3,4-噁二唑酮反应液；然后向所述5-甲基-1,3,4-噁二唑酮反应液中加入缚酸剂B、相转移催化剂和氯丙酮，升温反应，得到2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮；
其中，所述酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或乙酸乙酯中的一种或多种。
2.如权利要求1所述2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法，其特征在于：所述酯类溶剂为质量比1:1-1.5的碳酸二甲酯与碳酸二乙酯。
3.如权利要求1所述2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法，其特征在于：所述乙酰肼、固体光气和氯丙酮的摩尔比为1:0.33-0.35:1-1.1。
4.如权利要求1或2所述2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法，其特征在于：所述固体光气与酯类溶剂的质量比为1:5-10。
5.如权利要求1所述2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法，其特征在于：所述缚酸剂A为碳酸钠或碳酸氢钠中的至少一种；和/或
所述缚酸剂B为碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸钠、醋酸钾、碳酸钾或三乙胺中的至少一种。
6.如权利要求1所述2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法，其特征在于：所述相转移催化剂为四丁基溴化铵、四丁基碘化铵或四丁基氯化铵中的一种或两种。
7.如权利要求1所述2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法，其特征在于：所述相转移催化剂的加入量为乙酰肼质量的0.8％-3.0％；和/或
所述乙酰肼与缚酸剂A的摩尔比为1:0.9-2.5；和/或
所述乙酰肼与缚酸剂B的摩尔比为1:1.0-3.0。
8.如权利要求1所述2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法，其特征在于：生成5-甲基-1,3,4-噁二唑酮反应液的具体过程如下：
将固体光气和乙酰肼分别加入酯类溶剂中，混合均匀，得光气溶液和乙酰肼溶液；将缚酸剂A加入乙酰肼溶液，然后向其中滴加光气溶液，滴加结束后升温至25-30℃反应0.5-2h，再升温至45-55℃，反应2-4h，得5-甲基-1,3,4-噁二唑酮反应液。
9.如权利要求8所述2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法，其特征在于，所述滴加光气溶液过程中控制体系温度为10-20℃。
10.如权利要求1所述2,3-二氢-5-甲基-2-氧-1,3,4-噁二唑-3-丙酮的制备方法，其特征在于：所述升温反应的温度为70-90℃，反应时间为6-10h。
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