CN117658934A - 一种高纯度氯唑酮的制备方法 - Google Patents
一种高纯度氯唑酮的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于化学化工技术领域，涉及一种高含量氯唑酮的制备方法。具体为一氯频呐酮与三氮唑在溶剂A中，在四丁基溴化铵和碱的存在下反应，收集反应物油层唑酮溶剂A溶液，将其与盐酸成盐，得到唑酮盐酸盐；将唑酮盐酸盐加入溶剂A，与氢氧化钠溶液皂化，得到精唑酮溶剂A溶液；精唑酮溶剂A溶液与对氯苄氯在四丁基溴化铵和液碱的存在下反应生成氯唑酮，经脱溶后得到高纯度氯唑酮。本发明得到高纯度氯唑酮，氯唑酮无需提纯，含量大于98.5％，本发明的工艺操作简单，收率较高。
Description
技术领域
本发明属于化学化工技术领域，涉及一种高含量氯唑酮的制备方法。
背景技术
多效唑化学名称为(2RS,3RS)-1-(4-氯苯基)-4,4-二甲基-2-(1H-1,2,4-三唑-1-基)戊-3-醇，属三唑类农药，是上世纪70年代末由英国ICI公司推出的高效、低毒、光谱的植物生长调节剂，具有延缓植物生长，抑制茎秆伸长，缩短节间、促进植物分蘖、增加植物抗逆性能，提高产量等效果。多效唑主要用于水稻、小麦、油菜、大豆、烟草、茶叶、果树、蔬菜和花卉等作物。
唑酮[3,3-二甲基-1-(1H-1,2,4-三唑-1-基)丁-2-酮]是多效唑的关键中间体，目前其合成方法主要是以一氯频呐酮、三氮唑、碱为原料，在溶剂中反应生成N-1唑酮和N-4唑酮[3,3-二甲基-1-(1H-1,3,4-三唑-1-基)丁-2-酮]，中国专利CN112010812A报道N-4唑酮的含量在6～16％；陈学恒等(江西化工，1995(2):3-8)报道l,2,4-三氮唑与一氯频那酮在乙酸乙酯中回流反应3.5h，唑酮收率可达到90％。美国专利US4243405A报道1,2,4-三氮唑与一溴频那酮在乙醇中反应，得到粗唑酮，粗唑酮经过石油醚结晶，得到唑酮，但该文献并未报道唑酮的纯度及收率，石油醚沸点较低，采用该溶剂重结晶会面临石油醚回收率低等问题。中国专利CN85102994B报道l,2,4-三氮唑与一氯频那酮在乙酸乙酯中回流反应，得到粗唑酮，收率87％，粗唑酮经过四氢呋喃-正己烷重结晶，得到唑酮，收率未知，采用四氢呋喃-正己烷混合溶剂重结晶，存在混合溶剂分离回收的问题，影响成本。中国专利CN112010812A报道了一种N-4唑酮在转位溶剂、催化剂、碱共同作用下，高温转位成唑酮，该方案需要大量的转位溶剂(回收较为困难)，唑酮合成过程中唑酮收率91％左右，并没有明显的提升，转位后唑酮含量92％左右，与现有文献报道水平相当。
如果唑酮不经分离提纯，直接与对氯苄氯反应，唑酮和N-4唑酮均会与原料对氯苄氯反应，生成氯唑酮[1-(4-氯苯基)-4,4-二甲基-2-(1H-1,2,4-三唑-1-基)戊-3-酮]和N-4氯唑酮[1-(4-氯苯基)-4,4-二甲基-2-(1H-1,3,4-三唑-1-基)戊-3-酮]，氯唑酮是植物生长调节剂多效唑的中间体,N-4氯唑酮会对产物的分离提纯带来影响。
钟军等(农药,1993,32(5):13,21)报道唑酮与对氯苄氯(采用苯或丙酮溶剂化)进行反应，氯唑酮收率、含量分别为91％和92％。黄墩文等(化学工业与工程技术,2012,33(5):16-18)，报道唑酮与对氯苄氯在20％液碱溶液中反应生成氯唑酮，氯唑酮收率、含量均为90％左右，氯唑酮在水中溶解度较差，该工艺无有机溶剂参与反应，反应过程中生成的氯唑酮容易结块、团聚，影响反应效果，导致反应不够充分，氯唑酮含量偏低；中国专利CN85102994B报道唑酮与对氯苄溴在苯和碱体系中回流反应，得到粗氯唑酮，收率92％，粗氯唑酮经过薄层层析柱分离，得到纯品，并未报道提纯收率，而且层析柱分离难以工业化。中国专利CN85107778B报道唑酮与对氯苄氯在二氯乙烷和碱体系中反应，得到粗氯唑酮，粗氯唑酮经过石油醚重结晶，得到氯唑酮，收率85％，含量未知，采用石油醚作为氯唑酮重结晶溶剂，同样面临石油醚回收率低等问题。中国专利CN111777565B报道唑酮在溶剂、催化剂和碱的存在下，与对氯苄氯反应，产物在溶剂中结晶，得到氯唑酮，收率、含量分别达到92％，95％。该工艺纯度虽然有一定的提高，但氯唑酮收率及含量仍不高；陈云生等(河南化工，2019,36(6):18-20)报道，三氮唑与一氯频呐酮在乙酸乙酯中反应，得到唑酮，不经过提纯，与对氯苄氯合成氯唑酮，含量90％，收率93％，粗氯唑酮在50％甲醇水中重结晶，得到精氯唑酮，含量98％，结晶收率95％，总收率84％，该工艺通过甲醇水重结晶，需要增加甲醇水回收等工序，能耗及设备投资更大；
综上所述现有工艺氯唑酮含量偏低，如果不经过分离提纯，将影响多效唑质量，常规的重结晶方法对唑酮及氯唑酮的提纯效果较差，难以满足高纯度氯唑酮的需求。
发明内容
本发明的目的提供一种高纯度氯唑酮的制备方法。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现的：
一种高纯度氯唑酮的制备方法，一氯频呐酮与三氮唑在溶剂A中，在四丁基溴化铵和碱的存在下反应，收集反应物油层唑酮溶剂A溶液，将其与盐酸成盐，得到唑酮盐酸盐；将唑酮盐酸盐加入溶剂A，与液碱皂化，得到精唑酮溶剂A溶液；精唑酮溶剂A溶液与对氯苄氯在四丁基溴化铵和液碱的存在下反应生成氯唑酮，经脱溶后得到高纯度氯唑酮。
所述溶剂A为甲苯、二甲苯、苯中的任意一种。
所述生成唑酮时，溶剂A用量为一氯频呐酮质量的2～5倍；
所述溶剂A为唑酮盐酸盐质量的0.5～2倍。
所述生成唑酮时碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠中的一种或几种；其中，碱与一氯频呐酮的摩尔比为1:1～1.5:1。
所述碱可以以固体形式投料，也可以以水溶液的形式投料，当以水溶液的形式投料时，所述的碱的水溶液的浓度为20～30％。
所述盐酸为30％盐酸，其用量与一氯频呐酮的摩尔比为0.9:1～1.5:1。
所述一氯频呐酮与三氮唑在溶剂A中，在四丁基溴化铵和碱的存在下反应生成唑酮，经后处理，唑酮加入至溶剂A中，再与30％盐酸在0～50℃成盐，而后于0～20℃过滤，得到唑酮盐酸盐。
所述唑酮盐酸盐溶于溶剂A和水中，在20～50℃的条件下向体系中滴加30％氢氧化钠溶液至体系的pH为6～8；升温至55～80℃后静置分层，分层后得到有机相和水相；有机相脱出未反应部分溶剂A，得到精唑酮溶剂A溶液；其中，所得精唑酮溶剂A溶液中唑酮含量为50～70％(唑酮)。
所述精唑酮溶剂A溶液与对氯苄氯在四丁基溴化铵和液碱的存在下于40～60℃下反应生成氯唑酮。
本发明所具有的优点：
本发明利用唑酮在溶剂A中与盐酸形成唑酮盐酸盐，而N-4唑酮不与盐酸反应，从而高效率去除N-4唑酮，得到高含量唑酮，N-4唑酮去除率95％以上，提升原料唑酮纯度，避免了N-4唑酮进一步与对氯氯苄反应，减少了对氯氯苄消耗，提升了产品的竞争力；高含量唑酮与对氯苄氯反应过程中在一定量的溶剂A存在，可以提高反应流动效果，避免生成的氯唑酮结块，提高了唑酮转化的完全程度，同时提升了氯唑酮含量及收率；氯唑酮合成过程中溶剂A较多时会促进对氯苄氯水解，从而影响氯唑酮含量及收率，所以溶剂A的反应浓度要在合适范围之间；氯唑酮合成过程中反应温度高也会促进对氯苄氯水解，增加其他杂质，影响氯唑酮收率，反应温度较低唑酮转化不完全，所以反应温度要在合适范围之间。本发明两步均使用溶剂A，溶剂经脱溶即可回用，既能保证氯唑酮较高的总收率，又能减少溶剂回收提纯工序，降低了工艺的整体能耗水平。同时本发明避免了对氯苄氟与N-4唑酮反应生成N-4氯唑酮，显著降低了对氯苄氯消耗，同时两步合成总收率大大提高，高于目前文献报道水平，氯唑酮成本显著降低，具有良好的实用价值。
具体实施方式
下面用实施例的形式详细解释本发明的技术方案和效果，但本发明并不限于以下实施例。
本发明提出高纯度氯唑酮的制备工艺，唑酮在溶剂中与盐酸成盐，生成唑酮盐酸，高效率提纯唑酮，去除N-4唑酮，从而避免N-4氯唑酮的产生，从而得到高纯度氯唑酮。本发明氯唑酮含量大于98.5％，仍能保持较高的总收率，操作简单，成本较低。
实施例1氯唑酮合成
在1000ml四口烧瓶中，依次加入95％三氮唑69.0g、300g甲苯，0.25g四丁基溴化铵、30％氢氧化钠140g，升温至60℃，滴加95％一氯频呐酮134.5g，滴加结束，保温4h。加入100g水，分层，得到460g油层(GC归一分析，唑酮92.2％，N-4唑酮7.0％)。
在1000ml四口烧瓶中，上一步得到唑酮油层460g，降温至45℃，滴加30％盐酸120g，滴加结束，在45℃保温2h，降温至10℃，保温2h，抽滤，得到210g唑酮盐酸盐湿基；
在1000ml四口烧瓶中，投入上一步得到唑酮盐酸盐湿基210g，甲苯200g，水100g，升温至35℃，滴加浓度为30％的氢氧化钠溶液，调整体系pH至7，升温至60℃，分层，油层升温负压脱出部分甲苯，得到207.3g精唑酮甲苯液(唑酮含量70％，N-4唑酮含量0.1％，甲苯含量29.6％)，唑酮收率91.5％,精唑酮扣除甲苯后含量99.4％，N-4唑酮的去除率为98.0％。
在1000ml四口烧瓶中，投入上一步得到唑酮甲苯液193.5g，0.25g四丁基溴化铵、浓度为30％氢氧化钠120g，升温至55℃，滴加99％对氯苄氯141.0g，滴加结束保温2h，加入甲苯400g，搅拌0.5h，分层，油层升温负压脱出甲苯，得到251.3g高纯度氯唑酮，含量98.8％(N-4氯唑酮含量0.1％)，收率98.0％，两步总收率89.67％。
实施例2氯唑酮合成
在1000ml四口烧瓶中，依次加入95％三氮唑69.0g、300g二甲苯，0.25g四丁基溴化铵、99％氢氧化钠45g，升温至75℃，滴加95％一氯频呐酮134.5g，滴加结束，保温4h。加入200g水，分层，得到465g油层(GC归一分析，唑酮91.2％，N-4唑酮7.6％)。
在1000ml四口烧瓶中，上一步得到唑酮油层465g，降温至35℃，滴加30％盐酸130g，滴加结束，在35℃保温2h，降温至5℃，保温2h，抽滤，得到215g唑酮盐酸盐湿基；
在1000ml四口烧瓶中，投入上一步得到唑酮盐酸盐湿基215g，二甲苯200g，水100g，升温至45℃，滴加浓度为30％氢氧化钠，调整体系pH至7，升温至70℃，分层，油层升温负压脱出部分二甲苯，得到240.3g精唑酮二甲苯液(唑酮含量60％，N-4唑酮含量0.2％，二甲苯含量39.5％)，唑酮收率90.9％,精唑酮扣除二甲苯后含量99.2％，N-4唑酮的去除率为95.6％。
在1000ml四口烧瓶中，投入上一步得到精唑酮二甲苯液240.3g，0.25g四丁基溴化铵、30％氢氧化钠120g，升温至40℃，滴加99％对氯苄氯140.5g，滴加结束保温2h，加入二甲苯400g，搅拌0.5h，分层，油层升温负压脱出二甲苯，得到250.7g高纯度氯唑酮，含量99.1％(N-4氯唑酮含量0.2％)，收率98.7％，两步总收率89.7％。
实施例3氯唑酮合成
在1000ml四口烧瓶中，依次加入95％三氮唑69.0g、300g苯，0.25g四丁基溴化铵、30％氢氧化钾溶液210g，升温至55℃，滴加95％一氯频呐酮134.5g，滴加结束，保温4h。加入100g水，分层，得到463g油层(GC归一分析，唑酮92.8％，N-4唑酮6.5％)。
在1000ml四口烧瓶中，上一步得到唑酮油层463g，降温至35℃，滴加30％盐酸120g，滴加结束，在20℃保温2h，降温至10℃，保温2h，抽滤，得到215g唑酮盐酸盐湿基；
在1000ml四口烧瓶中，投入上一步得到唑酮盐酸盐湿基215g，苯300g，水100g，升温至45℃，滴加浓度为30％氢氧化钠，调整体系pH至7，升温至55℃，分层，油层升温负压脱出部分氯仿，得到262.8g精唑酮苯溶液(唑酮含量55％，N-4唑酮含量0.1％，苯含量44.5％)，唑酮收率91.1％,精唑酮扣除苯后含量99.1％，N-4唑酮的去除率为97.2％。
在1000ml四口烧瓶中，投入上一步得到精唑酮苯液262.8g，0.25g四丁基溴化铵、30％氢氧化钠130g，升温至45℃，滴加99％对氯苄氯140.8g，滴加结束保温2h，加入苯450g，搅拌0.5h，分层，油层升温负压脱出苯，得到254.3g高纯度氯唑酮，含量98.0％，收率98.8％(N-4氯唑酮含量0.1％)，两步总收率90.0％。
实施例4氯唑酮合成
在1000ml四口烧瓶中，依次加入95％三氮唑69.0g、300g甲苯，0.25g四丁基溴化铵、碳酸钠60g，升温至55℃，滴加95％一氯频呐酮134.5g，滴加结束，保温4h。加入200g水，分层，得到460g油层(GC归一分析，唑酮92.5％，N-4唑酮6.9％)。
在1000ml四口烧瓶中，上一步得到唑酮油层460g，降温至35℃，滴加30％盐酸120g，滴加结束，在20℃保温2h，降温至10℃，保温2h，抽滤，得到214g唑酮盐酸盐湿基；
在1000ml四口烧瓶中，投入上一步得到唑酮盐酸盐湿基214g，甲苯300g，水100g，升温至45℃，滴加浓度为30％氢氧化钠，调整体系pH至7，升温至55℃，分层，油层升温负压脱出部分甲苯，得到263g精唑酮甲苯液(唑酮含量55％，N-4唑酮含量0.15％，甲苯含量44.5％)，唑酮收率91.2％,精唑酮扣除甲苯后含量99.1％，N-4唑酮的去除率为97.8％。
在1000ml四口烧瓶中，投入上一步得到精唑酮甲苯液263g，0.25g四丁基溴化铵、30％氢氧化钠130g，升温至45℃，滴加99％对氯苄氯140.8g，滴加结束保温2h，加入甲苯450g，搅拌0.5h，分层，油层升温负压脱出甲苯，得到253.3g高纯度氯唑酮，含量98.7％(N-4氯唑酮含量0.1％)，收率99.0％，两步总收率90.3％。
对比实施例1唑酮合成(参照CN85102994B)
在5000ml四口烧瓶中，依次加入95％三氮唑69.0g、95％一氯代频呐酮135g，碳酸钾170g，3g多聚乙二醇(M＝600)，2500ml乙酸乙酯，升温回流3.5h。降温至室温，过滤反应生成的氯化钠，滤液负压脱出乙酸乙酯，得到150g粗唑酮(唑酮92.5％，N-4唑酮6.3％)，收率87.5％。
在500ml四口烧瓶中，投入上步得到的粗唑酮150g，加入150g四氢呋喃，升温至40～50℃溶解，滴加250g正己烷，滴加过程中有产物析出，滴加结束，在该温度下保温1h，降温至5℃，保温2h，抽滤，烘干，得到128.5无色柱状晶体(GC分析，唑酮97.4％，N-4唑酮2.4％)，重结晶收率90.2％，N-4唑酮去除率67.4％。
对比实施例2唑酮合成(参照河南化工，2019,36(6):18-20)
将95％三氮唑69g(0.95mol)，碳酸钾140g，乙酸乙酯1000mL依次加入5000mL四口烧瓶中，室温下缓慢滴加95％一氯频那酮143g(0.95mol)，滴完后室温下搅拌10h，反应结束后加入1000ml水洗料，分层后水层用2*200mL乙酸乙酯洗涤，然后合并有机相，用旋转蒸发仪进行减压蒸馏，得到中间体唑酮152g，含量93％(N-4唑酮含量6％)，收率89.1％。
将上一步得到的唑酮125.7g(含量93％，0.7mol)，甲苯880ml，99％对氯氯苄146.4g(0.7mol)，乙基氯化铵6.4g，依次加入2000mL四口烧瓶中，温度升至60℃，缓慢滴加40％氢氧化钠水溶液80g，加完后在70℃保温5h。中控，仍有10％左右唑酮未反应完全，继续补加99％对氯苄氯15g反应，保温2h，中控合格，结束后补加320g水，然后分层，水层用160ml甲苯洗涤，合并有机相，用旋转蒸发仪进行减压蒸馏，得到中间体氯唑酮213.3g，含量88％(N-4氯唑酮含量6％)，收率92％。
将上一步得到的氯唑酮200g(含量88％，N-4氯唑酮含量6％)，50％甲醇水溶液260g依次加入1000mL四口烧瓶中，加热至回流状态，使物料全部溶解，然后自然降至室温，再搅拌1h，过滤，烘干，得到精品氯唑酮173.3g，含量96.5％(N-4氯唑酮含量3％)，收率95％，N-4唑酮去除率56.5％，总收率77.9％,。
对比实施例3氯唑酮合成
在1000ml四口烧瓶中，依次加入95％三氮唑69.0g、300g氯仿，0.25g四丁基溴化铵、碳酸钠60g，升温至55℃，滴加95％一氯频呐酮134.5g，滴加结束，保温4h。加入100g水，分层，得到463g油层(GC归一分析，唑酮91.8％，N-4唑酮7.3％)。
在1000ml四口烧瓶中，上一步得到唑酮油层463g，降温至35℃，滴加30％盐酸120g，滴加结束，在20℃保温2h，降温至10℃，保温2h，抽滤，得到200g唑酮盐酸盐湿基；
在1000ml四口烧瓶中，投入上一步得到唑酮盐酸盐湿基200g，氯仿300g，水100g，升温至45℃，滴加30％液碱，调pH至7，升温至55℃，分层，油层升温负压脱出部分氯仿，得到254.4g精唑酮氯仿液(唑酮含量55％，N-4唑酮含量2.1％，氯仿含量42.5％)，唑酮收率88.2％,精唑酮扣除氯仿后含量95.6％，N-4唑酮的去除率为71.2％。
在1000ml四口烧瓶中，投入上一步得到精唑酮氯仿液254.4g，0.25g四丁基溴化铵、30％氢氧化钠130g，升温至45℃，滴加99％对氯苄氯136.3g，滴加结束保温2h，加入氯仿450g，搅拌0.5h，分层，油层升温负压脱出氯仿，得到251g氯唑酮，含量94.2％(N-4氯唑酮含量3.6％)，收率96.8％，两步总收率85.3％。
对比实施例4氯唑酮合成
在1000ml四口烧瓶中，依次加入95％三氮唑69.0g、300g乙酸乙酯，0.25g四丁基溴化铵、碳酸钠60g，升温至55℃，滴加95％一氯频呐酮134.5g，滴加结束，保温4h。加入100g水，分层，得到463g油层(GC归一分析，唑酮92.8％，N-4唑酮6.1％)。
在1000ml四口烧瓶中，上一步得到唑酮油层463g，降温至35℃，滴加30％盐酸120g，滴加结束，在20℃保温2h，降温至10℃，保温2h，抽滤，得到125.0g唑酮盐酸盐湿基；
在1000ml四口烧瓶中，投入上一步得到唑酮盐酸盐湿基125.0g，乙酸乙酯300g，水100g，升温至45℃，滴加30％液碱，调pH至7，升温至55℃，分层，油层升温负压脱出部分氯仿，得到150.6g精唑酮乙酸乙酯液(唑酮含量55％，N-4唑酮含量0.1％，乙酸乙酯含量44.5％)，唑酮收率52.2％,精唑酮扣除乙酸乙酯后含量99.1％，N-4唑酮的去除率为98.4％。
在1000ml四口烧瓶中，投入上一步得到精唑酮乙酸乙酯液150.6g，0.25g四丁基溴化铵、30％氢氧化钠130g，升温至45℃，滴加99％对氯苄氯80.6g，滴加结束保温2h，加入乙酸乙酯450g，搅拌0.5h，分层，油层升温负压脱出乙酸乙酯，得到142.5g氯唑酮，含量98.2％(N-4氯唑酮含量0.1％)，收率96.8％，两步总收率50.5％。
Claims (9)
1.一种高纯度氯唑酮的制备方法，其特征在于：一氯频呐酮与三氮唑在溶剂A中，在四丁基溴化铵和碱的存在下反应，收集反应物油层唑酮溶剂A溶液，将其与盐酸成盐，得到唑酮盐酸盐；将唑酮盐酸盐加入溶剂A，与氢氧化钠溶液皂化，得到精唑酮溶剂A溶液；精唑酮溶剂A溶液与对氯苄氯在四丁基溴化铵和液碱的存在下反应生成氯唑酮，经脱溶后得到高纯度氯唑酮。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂A为甲苯、二甲苯、苯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述生成唑酮时，溶剂A用量为一氯频呐酮质量的2～5倍；
所述溶剂A为唑酮盐酸盐质量的0.5～2倍。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述生成唑酮时碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠中的一种或几种；其中，碱与一氯频呐酮的摩尔比为1:1～1.5:1。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述碱可以以固体形式投料，也可以以水溶液的形式投料，当以水溶液的形式投料时，所述的碱的水溶液的浓度为20～30％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述盐酸为30％盐酸，其用量与一氯频呐酮的摩尔比为0.9:1～1.5:1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述一氯频呐酮与三氮唑在溶剂A中，在四丁基溴化铵和碱的存在下反应生成唑酮，经后处理，唑酮加入至溶剂A中，再与30％盐酸在0～50℃成盐，而后于0～20℃过滤，得到唑酮盐酸盐。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述唑酮盐酸盐溶于溶剂A和水中，在20～50℃的条件下向体系中滴加30％氢氧化钠溶液至体系的pH为6～8；升温至55～80℃后静置分层，分层后得到有机相和水相；有机相脱出未反应部分溶剂A，得到精唑酮溶剂A溶液；其中，所得精唑酮溶剂A溶液中唑酮含量为50～70％(唑酮)。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述精唑酮溶剂A溶液与对氯苄氯在四丁基溴化铵和液碱的存在下于40～60℃下反应生成氯唑酮。
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