CN117700400A - 一种喹禾糠酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喹禾糠酯的制备方法，以R‑(+)‑2‑(4‑羟基苯氧基)丙酸和四氢糠醇为原料，在质子酸催化剂催化作用下，酯化反应获得(四氢呋喃‑2‑基)甲基(2R)‑2‑(4‑羟基苯氧基)丙酸酯中间体，所得中间体再与2,6‑二氯喹喔啉、催化剂和缚酸剂进行醚化反应，有效提高了所得喹禾糠酯产品含量和光学纯度，其含量在98.5％以上、光学纯度在99％以上。
Description
技术领域
本发明属于除草剂生产技术领域，具体涉及一种喹禾糠酯的制备方法。
背景技术
喹禾糠酯，又名糖草酯，英文通用名：quizalofop-P-tefuryl，化学名称：(R)-2-[4-(6-氯喹喔啉-2-氧基)苯氧基]丙酸-2-四氢呋喃甲基酯，英文名称：(R)-tetrahydrofurfuryl(R)-2-[4-(6-chloroquinoxalin-2-yloxy)phenoxy]propion ate，是由美国Uniroyal化学公司(现为CK Witco Crop的一部分)开发的芳氧苯氧羧酸类手性除草剂，纯品为淡黄色液体，熔点59-68℃，在室温下即可结晶，其结构式如(Ⅴ)所示：
喹禾糠酯是一种新型、高效、广谱的苗后防除禾本科杂草除草剂，茎叶处理后能很快被禾本科的杂草茎叶吸收，传导至整个植株的分生组织，抑制脂肪酸的合成，阻止发芽和根茎生长而杀死杂草。喹禾糠酯主要应用于花生、土豆、亚麻、豌豆、阔叶蔬菜以及果树、幼林抚育等，能够有效灭杀阔叶作物田中的一年生和多年生禾本科杂草，例如狗尾草、千金子、硬草、金狗尾草等。
目前专利报道的喹禾糠酯的合成路线主要有以下3种：
第一种：2-(4-羟基苯氧基)-6-氯喹喔啉(VII)与S-(-)-对甲苯磺酰基乳酸乙酯(VIII)反应，得到(R)-2-[4-(6-氯喹喔啉-2-基氧)苯氧基]丙酸乙酯(Ⅵ)，(R)-2-[4-(6-氯喹喔啉-2-基氧)苯氧基]丙酸乙酯(Ⅵ)再与四氢糠醇(Ⅱ)在钛酸酯类催化剂或二丁基氧化锡作用下，以二甲苯或四氢糠醇(Ⅱ)本身为溶剂，进行酯交换反应得到喹禾糠酯(Ⅴ)。(相关文献有：中国专利CN105601623A；中国专利CN104513234A；中国专利CN102584803A)，反应式如下：
该方法工艺路线简单，易于操作，但其反应原料(R)-2-[4-(6-氯喹喔啉-2-基氧)苯氧基]丙酸乙酯(Ⅵ)大都经磺酸酯类中间体(本路线为中间体VIII)反应路线合成所得，光学纯度选择性不高，产物(Ⅵ)光学纯度偏低(R/S≈97.5/2.5，e.e.％≈95％)，并且该路线副反应较多，生成杂质较多，产物(Ⅵ)含量也偏低约为97.0％。该原料(Ⅵ)用于合成喹禾糠酯(Ⅴ)后，所得喹禾糠酯(Ⅴ)含量约为96.5％，光学纯度R/S≈97.2/2.8，e.e.％≈94％，所得产物和光学纯度都不高。同时，该工艺产生的废水中含有大量的对甲苯磺酸钾废盐，三废处理成本高。
第二种：S-(-)-对甲苯磺酰基乳酸乙酯(VIII)与四氢糠醇(Ⅱ)反应得到S-(-)-对甲苯磺酰基乳酸糠酯(IX)，(IX)再与2-(4-羟基苯氧基)-6-氯喹喔啉(VII)反应得到喹禾糠酯(Ⅴ)。(相关文献：日本专利JP02304077A；现代农药(2014)，13(3)，30-32)。反应式如下：
该工艺路线同样经磺酸酯类中间体(本路线为中间体IX)反应路线，所得喹禾糠酯(Ⅴ)光学纯度较低，并且该反应在强碱条件下进行，产品更容易消旋，导致产品光学纯度进一步降低，因此不适用于工业化生产。同时，该工艺产生的废水中含有大量的对甲苯磺酸钠废盐，三废处理成本高。
第三种：2,6-二氯喹喔啉(Ⅳ)与R-(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸(Ⅰ)反应得到(R)-2-[4-(6-氯喹喔啉-2-基氧)苯氧基]丙酸(X)，(X)再与四氢糠醇(Ⅱ)反应得到喹禾糠酯(Ⅴ)。(相关文献：WO9746538A1)。反应式如下：
该工艺第一步反应因氢氧化钠存在导致收率偏低，且中间体产物(R)-2-[4-(6-氯喹喔啉-2-基氧)苯氧基]丙酸(X)固化严重，不易转料，无法通过传统的离心、板框压滤等操作将产物从反应体系中提取出来，不适合工业化生产。同时第二步中间体X需经干燥后才能进行酯化反应，操作繁琐。
另外，目前还有采用(R)-2-[4-(6-氯喹喔啉-2-基氧)苯氧基]丙酸(X)分别与(四氢呋喃-2-基)甲基-4-甲基苯磺酸酯、(四氢呋喃-2-基)甲基甲磺酸酯、2-(氯甲基)四氢呋喃反应得到喹禾糠酯(Ⅴ)，其与第三种生产方法存在类似的问题，不适合工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种喹禾糠酯的制备方法，副反应少、产生的杂质低，喹禾糠酯含量和光学纯度得到提高，喹禾糠酯含量在98.5％以上、光学纯度在99％以上，总收率在97％以上，相比现有技术收率85％(以2,6-二氯喹喔啉为起始原料计)大大提高，降低原料成本，产生的废水处理简单，降低了三废处理成本。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种喹禾糠酯的制备方法，包括以下步骤：
1)酯化反应
将脱水溶剂、R-(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸I、四氢糠醇II以及质子酸催化剂加入反应器，升温至回流分水，直至无水分出反应结束，将反应液脱溶，得到(四氢呋喃-2-基)甲基(2R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯III；
2)醚化反应
向极性非质子溶剂中加入所述(四氢呋喃-2-基)甲基(2R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯III、2,6-二氯喹喔啉IV、催化剂和缚酸剂，加热至反应温度反应3～10小时，反应温度为50～100℃；反应结束后，将反应液过滤，滤液经脱溶得到喹禾糠酯V粗油，向喹禾糠酯V粗油中加入温度为80～95℃的热水，搅拌洗涤30～60min，静置分层，油层经负压脱水后得到喹禾糠酯；热水加入量为喹禾糠酯V粗油重量的0.5～2倍；
优选的，步骤1)中，所述脱水溶剂是指不与水混溶的芳香烃类、烷烃类或酮类非质子性有机溶剂；所述芳香烃类非质子性有机溶剂为甲苯、二甲苯或氯苯；所述烷烃类非质子性有机溶剂为环己烷、正己烷、正庚烷或1,2-二氯乙烷；所述酮类非质子性有机溶剂为丁酮或环戊酮。
优选的，步骤1)中，所述质子酸催化剂为盐酸、硫酸、对甲苯磺酸、磷酸或氯化氢。
优选的，步骤1)中，所述R-(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸、四氢糠醇与质子酸催化剂的摩尔比为1：1～1.3：0.01～0.1。
优选的，步骤2)中，所述极性非质子溶剂为N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮。
优选的，步骤2)中，所述催化剂为四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵或苄基三乙基氯化铵。
优选的，步骤2)中，所述缚酸剂为碳酸钾或碳酸铯。
优选的，步骤2)中，所述(四氢呋喃-2-基)甲基(2R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯、2,6-二氯喹喔啉、催化剂与缚酸剂的摩尔比为1.2～1：1：0.01～0.05：1～1.5。
本发明先将R-(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸与四氢糠醇在质子酸催化剂催化下进行酯化反应，得到(四氢呋喃-2-基)甲基(2R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯中间体。
(四氢呋喃-2-基)甲基(2R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯中间体再与2,6-二氯喹喔啉，加入缚酸剂碳酸钾或碳酸铯，在碱性条件下进行醚化反应得到喹禾糠酯产品。
与传统的经磺酸酯类中间体制备喹禾糠酯的合成工艺路线相比，本发明有效避免了磺酸酯类中间体反应路线光学纯度选择性不高的问题，副反应少、产生的杂质低，三废排放量减少，喹禾糠酯含量和光学纯度得到提高。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明以R-(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸为起始原料，避免了现有技术喹禾糠酯合成过程中的光学消旋问题，提高产品光学纯度；同时醚化反应中的杂质R-(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸、(四氢呋喃-2-基)甲基(2R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯和(R)-2-[4-(6-氯喹啉-2-基氧)苯氧基]丙酸在醚化反应中与缚酸剂生成相应的钾盐(钠盐或铯盐)，在后续水洗工序溶于水中去除，进一步提高了产品含量，所合成的喹禾糠酯含量在98.5％以上、光学纯度在99％以上，较现有技术制备的喹禾糠酯产品质量(含量约96.5％、光学纯度约97.5％)大大提高。
2)本发明R-(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸与四氢糠醇进行的酯化反应收率达99％以上，(四氢呋喃-2-基)甲基(2R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯中间体与2,6-二氯喹喔啉进行酯化反应所合成喹禾糠酯收率达98％以上，总收率在97％以上，相比现有技术收率85％(以2,6-二氯喹喔啉为起始原料计)大大提高，有利于降低原材料成本。
3)本发明的喹禾糠酯的制备方法反应路线简单，操作方便，省去精馏环节，有利于降低人工和设备成本。
4)现有技术生产过程中会产生大量的含对甲苯磺酸盐(或甲磺酸盐)废水，三废处理成本高。而本发明反应过程中产生的废水少，同时醚化反应中的杂质与缚酸剂生成相应的钾盐(或铯盐)，后续通过过滤、烘干、酸化、蒸发结晶等操作制备成副产氯化钾(或氯化铯)，三废处理成本大大降低。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1一种喹禾糠酯的制备方法，包括以下步骤：
1)酯化反应
称取50g含量99.0％的R-(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸(以下简称DHPPA)、29.5g含量99.0％的四氢糠醇和200g甲苯于反应瓶中，搅拌状态下加入97％的浓硫酸0.5g，升温至回流分水，通过分水器将体系水分带出，回流分水4h后，气相色谱跟踪DHPPA≤0.5％后减压蒸馏，控制蒸馏终点温度≤100℃，真空度≥0.095MPa，蒸馏结束得到中间体(四氢呋喃-2-基)甲基(2R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯(以下简称DHPPA糠酯)，含量为98.7％，光学纯度为R/S＝99.5/0.5，e.e.％＝99.0％，收率为99.2％；
2)醚化反应
称取30g含量97.6％的2,6-二氯喹喔啉、22.6g碳酸钾、0.1g苄基三乙基氯化铵、43.1g上述DHPPA糠酯和190g N,N二甲基甲酰胺于反应瓶中搅拌均匀，升温至50～60℃保温反应5h，液相色谱跟踪2,6-二氯喹喔啉≤0.1％后反应结束，过滤，所得滤液减压蒸馏，控制蒸馏终点温度≤100℃，真空度≥0.095MPa，蒸馏结束加入50g热水搅拌30min后静置分液，油相去减压脱水，控制脱水温度≤100℃，真空度≥0.095MPa，脱水结束即得喹禾糠酯成品，含量98.8％，光学纯度R/S＝99.2/0.8，e.e.％＝98.4％，收率98.8％。两步总收率为98.0％。
实施例2一种喹禾糠酯的制备方法，包括以下步骤：
1)酯化反应
称取100g含量99.0％的DHPPA、59.0g含量99.0％的四氢糠醇和400g环己烷于反应瓶中，搅拌状态下加入36％盐酸5.5g，升温至回流分水，通过分水器将体系水分带出，回流分水反应3h后，气相色谱跟踪DHPPA≤0.5％后减压蒸馏，控制蒸馏终点温度≤100℃，真空度≥0.095MPa，蒸馏结束得到中间体DHPPA糠酯，含量为98.5％，光学纯度为R/S＝99.2/0.8，e.e.％＝98.4％，收率为99.3％；
2)醚化反应
称取50g含量97.6％的2,6-二氯喹喔啉、47.8g碳酸钾、0.2g四丁基溴化铵、69.5g含量98.5％的DHPPA糠酯和250g N,N二甲基甲酰胺于反应瓶中，搅拌加热升温至60～70℃保温反应2h，液相色谱跟踪2,6-二氯喹喔啉≤0.1％后反应结束，过滤，所得滤液减压蒸馏，控制蒸馏终点温度≤100℃，真空度≥0.095MPa，蒸馏结束加入80g热水，搅拌30min后静置分液，油相去减压脱水，控制脱水温度≤100℃，真空度≥0.095MPa，脱水结束即得喹禾糠酯成品，含量98.6％，光学纯度R/S＝99.0/1.0，e.e.％＝98.0％，收率98.1％。两步总收率为97.4％。
实施例3一种喹禾糠酯的制备方法，包括以下步骤：
1)酯化反应
称取100g含量99.2％的DHPPA、73.0g含量99.0％的四氢糠醇和250g二甲苯于反应瓶中，搅拌状态下加入磷酸4.0g，升温至回流分水，通过分水器将体系水分带出，回流分水反应5h后，气相色谱跟踪DHPPA≤0.5％后减压蒸馏，控制蒸馏终点温度≤100℃，真空度≥0.095MPa，蒸馏结束得到中间体DHPPA糠酯，含量为98.5％，光学纯度为R/S＝99.4/0.6，e.e.％＝98.8％，收率为99.2％；
2)醚化反应
称取50g含量97.6％的2,6-二氯喹喔啉、84.7g碳酸铯、0.1g四甲基氯化铵、79.5g含量98.5％的DHPPA糠酯和250g N-甲基吡咯烷酮于反应瓶中搅拌均匀，升温至50-60℃保温反应3h，液相色谱跟踪2,6-二氯喹喔啉≤0.1％后过滤，滤液减压蒸馏，控制蒸馏终点温度≤100℃，真空度≥0.095MPa，蒸馏结束加入80g热水，搅拌30min后静置分液，油相去减压脱水，控制脱水温度≤100℃，真空度≥0.095MPa，脱水结束即得喹禾糠酯成品，含量98.7％，光学纯度R/S＝99.2/0.8，e.e.％＝98.4％，收率98.0％。两步总收率为97.2％。
实施例4一种喹禾糠酯的制备方法，包括以下步骤：
1)酯化反应
称取100g含量99.2％的DHPPA、73.0g含量99.0％的四氢糠醇和300g1,2-二氯乙烷于反应瓶中，搅拌状态下加入1.0g、98％浓硫酸，升温至回流分水，通过分水器将体系水分带出，回流分水反应8h后，气相色谱跟踪DHPPA≤0.5％后减压蒸馏，控制蒸馏终点温度≤100℃，真空度≥0.095MPa，蒸馏结束得到中间体DHPPA糠酯，含量为98.7％，光学纯度为R/S＝99.2/0.8，e.e.％＝98.4％，收率为99.3％；
2)醚化反应
称取50g含量97.6％的2,6-二氯喹喔啉、51.3g碳酸钾、0.1g四丁基溴化铵、69.6g含量98.4％的DHPPA糠酯和250g N,N二甲基乙酰胺于反应瓶中，搅拌加热升温至50-60℃保温反应2h，液相色谱跟踪2,6-二氯喹喔啉≤0.1％后过滤，滤液减压蒸馏，控制蒸馏终点温度≤100℃，真空度≥0.095MPa，蒸馏结束加入80g热水，搅拌30min后静置分液，油相去减压脱水，控制脱水温度≤100℃，真空度≥0.095MPa，脱水结束即得喹禾糠酯成品，含量98.7％，光学纯度R/S＝99.5/0.5，e.e.％＝99.0％，收率98.2％。两步总收率为97.5％。
对比例1
称取100g含量97.5％的(R)-2-[4-(6-氯喹喔啉-2-基氧)苯氧基]丙酸乙酯(以下简称精喹禾灵)、140g含量99.0％的四氢糠醇、0.5g钛酸异丙酯于反应瓶中，加热升温至回流反应6h后，负压蒸出乙醇，再补加140g含量99.0％的四氢糠醇，加热升温至回流反应6h后，负压蒸出乙醇和过量的四氢糠醇，再加入250g甲苯溶解粗品后，用25％盐酸洗涤粗品，最后有机相脱溶得喹禾糠酯成品，含量93.0％，光学纯度R/S＝96.5/3.5，e.e.值＝93.0％，收率93.2％。该工艺由2,6-二氯喹喔啉合成至精喹禾灵的收率约为86.5％，以2,6-二氯喹喔啉为起始原料计，总收率为80.6％。
对比例2
50cm填装玻璃填料的精馏柱，外接塔头，可手动调节回流比。依次向反应瓶中加入100g含量97.5％的精喹禾灵、140g含量99.0％的四氢糠醇、0.5g钛酸异丙酯和150g二甲苯，加热升温至回流反应，反应过程中通过塔顶切出反应生成的乙醇，回流反应6h后负压脱溶回收二甲苯和四氢糠醇的混合液作为下批套用，再补加150g二甲苯，加入5％硫酸溶液洗涤一遍，再用5％的碳酸钠溶液调节pH至6-7，最后脱除二甲苯得喹禾糠酯成品，含量96.5％，光学纯度R/S＝97.5/2.5，e.e.％＝95.0％，收率98.1％。该工艺由2,6-二氯喹喔啉合成至精喹禾灵的收率约为86.5％，以2,6-二氯喹喔啉为起始原料计，总收率为84.8％。
Claims (8)
1.一种喹禾糠酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)酯化反应
将脱水溶剂、R-(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸I、四氢糠醇II以及质子酸催化剂加入反应器，升温至回流分水，直至无水分出反应结束，将反应液脱溶，得到(四氢呋喃-2-基)甲基(2R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯III；
2)醚化反应
向极性非质子溶剂中加入所述(四氢呋喃-2-基)甲基(2R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯III、2,6-二氯喹喔啉IV、催化剂和缚酸剂，加热至反应温度反应3～10小时，反应温度为50～100℃；反应结束后，将反应液过滤，滤液经脱溶得到喹禾糠酯V粗油，向喹禾糠酯V粗油中加入温度为80～95℃的热水，搅拌洗涤30～60min，静置分层，油层经负压脱水后得到喹禾糠酯；热水加入量为喹禾糠酯V粗油重量的0.5～2倍；
2.根据权利要求1所述喹禾糠酯的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述脱水溶剂是指不与水混溶的芳香烃类、烷烃类或酮类非质子性有机溶剂；所述芳香烃类非质子性有机溶剂为甲苯、二甲苯或氯苯；所述烷烃类非质子性有机溶剂为环己烷、正己烷、正庚烷或1,2-二氯乙烷；所述酮类非质子性有机溶剂为丁酮或环戊酮。
3.根据权利要求1所述喹禾糠酯的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述质子酸催化剂为盐酸、硫酸、对甲苯磺酸、磷酸或氯化氢。
4.根据权利要求1所述喹禾糠酯的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述R-(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸、四氢糠醇与质子酸催化剂的摩尔比为1：1～1.3：0.01～0.1。
5.根据权利要求1所述喹禾糠酯的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述极性非质子溶剂为N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮。
6.根据权利要求1所述喹禾糠酯的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述催化剂为四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵或苄基三乙基氯化铵。
7.根据权利要求1所述喹禾糠酯的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述缚酸剂为碳酸钾或碳酸铯。
8.根据权利要求1所述喹禾糠酯的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述(四氢呋喃-2-基)甲基(2R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯、2,6-二氯喹喔啉、催化剂与缚酸剂的摩尔比为1.2～1：1：0.01～0.05：1～1.5。
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