CN116655554A - 一种丙炔氟草胺关键中间体的绿色合成方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种丙炔氟草胺关键中间体的绿色合成方法，其包括S100：将2,4‑二氟硝基苯在碱的水溶液中水解，水解完成后使用酸中和，中和后对该溶液进行萃取得到5‑氟‑2‑硝基苯酚溶液；S200：将S100中得到的5‑氟‑2‑硝基苯酚溶液在硝酸内硝化生成5‑氟‑2,4‑二硝基苯酚；S300：将S200中得到的5‑氟‑2,4‑二硝基苯酚溶解于卤代乙酸酯中，使用催化剂催化加氢生成6‑氨基‑7‑氟‑2H‑苯并[b][1,4]噁嗪‑3(4H)‑酮。本申请具有产物选择性更强，副产物生成更少，收率更高，工序更少的效果。
Description
技术领域
本申请涉及化学合成的领域，尤其是涉及一种丙炔氟草胺关键中间体的合成方法。
背景技术
丙炔氟草胺为由幼芽和叶片吸收的除草剂，作土壤处理可有效防除一年生阔叶杂草和部分禾本科杂草，在环境中易降解，对后茬作物安全，其中6-氨基-7-氟-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮(氨基苯并噁嗪)是合成除草剂丙炔氟草胺的关键中间体，可经3,4,5,6-四氢苯酐缩合和3-氯丙炔炔基化合成丙炔氟草胺。
公开号为CN113045557A的发明专利公开了一种丙炔氟草胺除草剂的生产工艺，包括以下步骤：S1、2-硝基-5-氟苯酚的合成；S2、2-(5-氟-2-硝基苯氧基)乙酸乙酯的合成；S3、7-氟-2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮的合成；S4、7-氟-6-硝基-2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮的合成；S5、7-氟-6-氨基-2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮的合成；S6、7-氟-6-(3，4，5，6-四氢)苯二甲酰亚氨基-1，4-苯并噁嗪-3(4H)酮的合成；S7、丙炔氟草胺的合成。
该方法在合成氨基苯并噁嗪时，通过2，4-二氟硝基苯经氢氧化钾水溶液水解，溴乙酸乙酯酯化，雷尼镍加氢环合后再混酸硝化还原，最终合成氨基苯并噁嗪，该方法工艺路线长，溴乙酸乙酯价格高，废酸废水量大，经济效益差且不环保。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种以2,4-二氟硝基苯为原料，高收率制备氨基苯并噁嗪的绿色合成方法，
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种如下式所示的丙炔氟草胺关键中间体的合成方法，所述的方法为：以2,4-二氟硝基苯为原料，经微通道在碱的水溶液中进行水解，水解后的溶液经过酸中和以及萃取得到5-氟-2-硝基苯酚溶液，5-氟-2-硝基苯酚溶液经微通道与硝酸硝化制备5-氟-2,4-二硝基苯酚，5-氟-2,4-二硝基苯酚以卤代乙酸酯为溶剂，使用催化剂于一定氢压、温度下催化加氢生成氨基苯并噁嗪。
本发明中，所述水解用的碱和2,4-二氟硝基苯的进料当量比为2.0-2.5:1，水解的反应温度为60-90℃，碱和2,4-二氟硝基苯在微通道反应器内的停留时间为20-60秒，碱浓度为5％-30％。
本发明中，所述硝酸和5-氟-2-硝基苯酚的进料当量比为1.0-2.5:1，硝化所用的硝酸浓度为60％-75％，硝化的反应温度为60-90℃，硝酸和5-氟-2-硝基苯酚在微通道反应器内的停留时间为20-60s中。
本发明中，所述卤代乙酸酯为2-氯乙酸甲酯、2-氯乙酸乙酯、2-氯乙酸丁酯、2-溴乙酸甲酯、2-溴乙酸乙酯和2-溴乙酸丁酯中的一种或多种，使用量为步骤S200中生成的5-氟-2,4-二硝基苯酚产物的重量的2-5倍。
本发明中，所述催化剂为碘盐、吡啶类化合物以及铂碳的混合物，其中碘盐为单质碘、碘化钾和碘化钠中的一种或多种，使用量为5-氟-2,4-二硝基苯酚重量的0.5％-3％，其中吡啶类化合物为吡啶、3-氨基吡啶、4-二甲氨基吡啶中的一种或多种，使用量为5-氟-2,4-二硝基苯酚重量的0.2％-1％，其中铂碳为1％-5％的铂碳，铂碳使用量为5-氟-2,4-二硝基苯酚重量的0.1％-1％。
本发明中，氢气压力为0.6MPa-2.5Mpa，催化加氢温度为75℃-100℃。
氨基苯并噁嗪及中间产物使用液相色谱进行分析，得到氨基苯并噁嗪及中间产物的摩尔收率和归一纯度。
较为具体的，推荐本发明所述的方法按照以下步骤进行：微通道反应器加热模块设置温度60-90℃预加热，分别通过流量计量泵泵入氢氧化钾水溶液和2,4-二氟硝基苯，氢氧化钾和2,4-二氟硝基苯的进料当量比为2.0-2.5:1，反应模块停留时间20-60s，水解完成后的反应液通入到二氯乙烷和盐酸的混合溶液中进行中和以及萃取，分层，得到5-氟-2-硝基苯酚-二氯乙烷溶液，分别使用流量计量泵将5-氟-2-硝基苯酚-二氯乙烷溶液以及硝酸泵入微通道反应器的硝化反应模块，硝酸和5-氟-2-硝基苯酚的进料当量比为1.0-2.5:1，硝化所用的硝酸浓度为60％-75％，反应温度为60-90℃，停留时间为20-60s，趁热收集反应液并将反应液降温至0-5℃，过滤，烘干5-氟-2,4-二硝基苯酚，将5-氟-2,4-二硝基苯酚、卤代乙酸酯、碘盐、吡啶类化合物以及铂碳依次投入高压反应釜中，通过氮气和氢气置换高压反应釜内的空气，设置反应温度为75℃-100℃，氢气压力为0.6MPa-2.5MPa，搅拌反应至无吸氢现象，过滤，滤液烘干得到氨基苯并噻唑。
本发明所述的合成方法，其有益效果主要在于，采用微通道连续水解，使2,4-二氟硝基苯的水解主要为2号位氟的水解，提高了水解的选择性，降低副产物的生成，提高水解收率，相比传统工艺以及对比文件先酯化再还原关环，本发明缩减成一锅合成，将5-氟-2,4-二硝基苯酚在卤代乙酸酯内一步催化加氢生成氨基苯并噻唑，减少了反应工序。
附图说明
图1是本申请实施例1中的产物5-氟-2-硝基苯酚的谱图。
图2是本申请实施例1中最终产物氨基苯并噁嗪的谱图。
图3是本申请对比例1中的产物5-氟-2-硝基苯酚的谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1：微通道反应器加热模块设置温度80℃预加热，分别通过流量计量泵泵入900克15％的氢氧化钾水溶液和180克2,4-二氟硝基苯，氢氧化钾水溶液通入速度为15g/min，2,4-二氟硝基苯通入速度为3g/min，反应模块停留时间35s，将反应液通入到320克二氯乙烷和300克15％的盐酸混合溶液中，反应结束，分层，得到500克34.3％的5-氟-2-硝基苯酚-二氯乙烷溶液，将500克5-氟-2-硝基苯酚-二氯乙烷溶液以8.5g/min的速度泵入微通道的硝化反应模块，同时以2g/min的速度泵入118克70％的硝酸，硝化模块温度75℃，反应停留时间40s，反应结束后趁热收集反应液，反应液降温至0-5℃，过滤，烘干得到216克5-氟-2,4-二硝基苯酚固体，将216克5-氟-2,4-二硝基苯酚固体与540克2-氯乙酸乙酯，2.2克碘化钠，1克4-二甲氨基吡啶和1克2％的铂碳依次投入高压反应釜中，通过氮气和氢气置换高压反应釜内空气，设置氢气压力1.5MPa，反应温度85℃，搅拌反应至无吸氢现象，过滤，滤液烘干得190克氨基苯并噻唑。
实施例2，3，4与实施例1的区别在于步骤S100中加入的碱液浓度和种类不同，如下表所示：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 碱液种类 | 15％氢氧化钾 | 20％氢氧化钾 | 15％氢氧化钠 | 20％氢氧化钠 |
实施例5，6，7与实施例1的区别在于步骤S200中加入的硝酸的浓度和当量不同，如下表所示：
对比例1与实施例1的区别在于步骤S100中2,4-二氟硝基苯的水解方式不同，对比例1采用传统釜式反应装置水解，如下所示：
取80克2,4-二氟硝基苯加热到60-65℃，滴加12％的氢氧化钾溶液520克，滴加完毕后，继续保温搅拌2小时，降温，滴加15％的稀盐酸调pH至2左右，用二氯乙烷萃取2次，浓缩得5-氟-2-硝基苯酚。
对比例2与实施例1的区别在于步骤S300中是否使用催化剂碘盐，如下所示：
将200克步骤S200中得到的产物与500克2-氯乙酸乙酯，0.1克4-二甲氨基吡啶和1克2％的铂碳依次投入高压反应釜中，通过氮气和氢气置换后，设置氢气压力1.5MPa，反应温度85℃，进行搅拌反应。
对比例3与实施例1的区别在于步骤S300中是否使用催化剂吡啶类化合物，如下所示：
将200克步骤S200中得到的产物与500克2-氯乙酸乙酯，2.2克碘化钠，和1克2％的铂碳依次投入高压反应釜中，通过氮气和氢气置换后，设置氢气压力1.5MPa，反应温度85℃，进行搅拌反应。
检测方法
分别对各实施例以及对比例中各步骤内得到的产物以及有机相进行液相分析，
根据液相谱图数据得出各步骤中产物的摩尔收率以及归一纯度，检测结果如下表：
结论：通过上表实施例的数据可知，该发明在常见的碱下均有较好的水解收率以及选择性，原材料获取较为方便，物料成本较低。
结论：通过上表实施例的数据可知，该发明在硝酸浓度为65％-70％时拥有较好的收率，市售浓硝酸的浓度在68％，在原料的获取上较为简单。
| 实施例1 | 对比例1 | |
| 5-氟-2-硝基苯酚摩尔收率 | 96.5％ | 80％ |
| 5-氟-2-硝基苯酚归一纯度 | 99％ | 91％ |
结论：根据对比例1的谱图可知，传统釜式反应装置水解的产物中含有较多的杂质，对对比例1的产物进行水洗除去部分杂质，得出的数据如上表所示，通过上表实施例1对比例1的数据可知，该发明相比对比文件中的传统釜式反应装置水解，使用微通道反应器进行反应的产物的选择性更强，副产物的生成更少，收率收率更高，同时相比对比文件，本发明在卤代乙酸酯内一步催化加氢生成氨基苯并噻唑，工序更少。
| 实施例1 | 对比例2 | |
| 氨基苯并噁嗪摩尔收率 | 98％ | 0 |
| 氨基苯并噁嗪归一纯度 | 99％ | 0 |
结论：通过上表实施例1对比例2的数据可知，该发明在步骤S300的一锅合成中，催化剂碘盐具有重要的催化作用。
| 实施例1 | 对比例3 | |
| 氨基苯并噁嗪摩尔收率 | 98％ | 37％ |
| 氨基苯并噁嗪归一纯度 | 99％ | 57％ |
结论：通过上表实施例1对比例3的数据可知，该发明在步骤S300的一锅合成中，催化剂吡啶类化合物具有重要的催化作用。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种丙炔氟草胺关键中间体的绿色合成方法，其特征在于：
S100：将2,4-二氟硝基苯在碱的水溶液中水解，水解完成后使用酸中和，中和后对该溶液进行萃取得到5-氟-2-硝基苯酚溶液；
S200：将S100中得到的5-氟-2-硝基苯酚溶液在硝酸内硝化生成5-氟-2,4-二硝基苯酚；
S300：将S200中得到的5-氟-2,4-二硝基苯酚溶解于卤代乙酸酯中，使用催化剂催化加氢生成6-氨基-7-氟-2H-苯并[b][1,4]噁嗪-3(4H)-酮。
2.根据权利要求1所述的一种丙炔氟草胺关键中间体的合成方法，其特征在于：步骤S100中2,4-二氟硝基苯在碱的水溶液中水解以及步骤S200中5-氟-2-硝基苯酚溶液在硝酸内硝化均使用微通道反应器。
3.根据权利要求1所述的一种丙炔氟草胺关键中间体的合成方法，其特征在于：步骤S100中水解用的碱和2,4-二氟硝基苯的进料当量比为2.0-2.5:1。
4.根据权利要求1所述的一种丙炔氟草胺关键中间体的合成方法，其特征在于：步骤S100中水解的反应温度为60-90℃，硝酸和5-氟-2-硝基苯酚在微通道反应器内的停留时间为20-60秒。
5.根据权利要求1所述的一种丙炔氟草胺关键中间体的合成方法，其特征在于：步骤S200中硝酸和5-氟-2-硝基苯酚的进料当量比为1.0-2.5:1，硝化所用的硝酸浓度为60%-75%。
6.根据权利要求1所述的一种丙炔氟草胺关键中间体的合成方法，其特征在于：步骤S200中硝化的反应温度为60-90℃，硝酸和5-氟-2-硝基苯酚在微通道反应器内的停留时间为20-60s中。
7.根据权利要求1所述的一种丙炔氟草胺关键中间体的合成方法，其特征在于：步骤S300中使用的卤代乙酸酯为2-氯乙酸甲酯、2-氯乙酸乙酯、2-氯乙酸丁酯、2-溴乙酸甲酯、2-溴乙酸乙酯和2-溴乙酸丁酯中的一种或多种，使用量为步骤S200中生成的5-氟-2,4-二硝基苯酚产物的重量的2-5倍。
8.根据权利要求1所述的一种丙炔氟草胺关键中间体的合成方法，其特征在于：步骤S300中使用的催化剂为碘盐、吡啶类化合物以及铂碳的混合物，其中碘盐的使用量为S200中得到的5-氟-2,4-二硝基苯酚重量的0.5%-3%，其中吡啶类化合物为吡啶、3-氨基吡啶、4-二甲氨基吡啶中的一种或多种，使用量为S200中得到的5-氟-2,4-二硝基苯酚重量的0.2%-1%，其中铂碳为1%-5%的铂碳，铂碳使用量为S200中得到的5-氟-2,4-二硝基苯酚重量的0.1%-1%。
9.根据权利要求1所述的一种丙炔氟草胺关键中间体的合成方法，其特征在于：步骤S300中的氢气压力为0.6MPa-2.5Mpa，反应温度为75℃-100℃。
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