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CN105461580B - 一种异丙甲草胺的合成方法 - Google Patents

一种异丙甲草胺的合成方法 Download PDF

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Abstract

一种异丙甲草胺的合成方法，包括以下步骤：(1)氢化烷基化：用有机溶剂A溶解2‑甲基‑6‑乙基苯胺与甲氧基丙酮，加入氢化催化剂，通入氢气进行氢化烷基化反应，反应结束后，浓缩反应溶剂得到产物B；所述的氢化催化剂为钯碳、雷尼镍、磷酸组成的组合物，其中钯碳、雷尼镍、磷酸的重量比为1～2:4～10:2～5，氢化烷基化反应温度为30‑90℃；(2)酰化：产物B与氯乙酰氯在缚酸剂的催化下进行酰化反应，反应结束后经过后处理精制得到异丙甲草胺。本发明提供的异丙甲草胺的合成方法操作简单、生产周期短、有机试剂使用和排放少，目的产物的收率和纯度高，后处理过程不涉及外加溶剂，“三废”的排放少，生产工艺安全环保、适合于工业的大规模生产。

Description

一种异丙甲草胺的合成方法
技术领域
本发明涉及农药生产技术领域，具体涉及一种异丙甲草胺的合成方法。
背景技术
异丙甲草胺是都尔的活性成分，是美国和北美等地用量最大的高选择性酰胺类除草剂，其化学名称为2-甲基-6-乙基-N-(1-甲基-2-甲氧乙基)-N-氯代乙酰基苯胺，结构式为式1:
异丙甲草胺主要通过杂草幼芽基部和芽吸收，向上传导，通过抑制发芽种子蛋白质的合成，抑制胆碱渗入干扰卵憐脂的合成，从而抑制幼芽与根部的生长，杂草在幼芽即被杀死而达到防除杂草的目的，可适用于大豆、玉米棉花和棉花等作物田，可防除马唐、稗草、牛筋草、金狗尾草等杂草，对马齿苋、觅菜等阔叶杂草也有一定的效果，是用于许多农作物最为重要的除草剂之一。
异丙甲草胺是一种氯乙酰化、垸氧基烧基化的邻二取代苯胺。这种不同寻常的官能团化形式使得氨基基团受到极大的空间位阻。异丙甲草胺有两个手性元素：一个手性轴(位阻异构现象，这是由于围绕轴的位阻旋转而形成的)和一个新生成的手性中心，由此产生了四个立体异构体，其中(s)-异丙甲草胺为主要活性成分，又称金都尔，它的活性是异丙甲草胺的1.4-1.6倍。
1976年，Ramostombo G.M.(Ramostombo G.,Blase H.U..Pesticide chemistryand bioscience[M].Cambridge:Royal Society ofChemistry,1999:33)在微量硫酸的存在下，以钯碳为催化剂，以甲基乙基苯胺为原料与甲氧基丙酮的水溶液发生还原烷基化反应，然后再和氯乙酰氯发生酰化反应可得到消旋的异丙甲草胺，产物中含有异丙甲草胺的所有立体异构体，反应方程式见方程式1。该方法合成简单，但目的产物收率比较低。
李倩(李倩,(s)-异丙曱草胺的不对称合成研究[D]武汉理工大学，2012:1-49.)以2-甲基-6-乙基苯胺与甲氧基丙酮为原料，以非极性溶剂加热共沸蒸馏分水，经过缩合反应得到甲基乙基苯基亚胺。在还原反应过程中，采用手性的二茂铁基双膦配体与三氯化铱的环辛二烯配合物对1-甲氧基丙基-2-(2-甲基-6-乙基苯基)胺进行不对称氢化还原得到1-甲氧基丙基-2-(2-甲基-6-乙基苯基胺。在氯乙酰化反应中，在碱催化，非极性溶剂中用氯乙酰氯进行氯乙酰化，反应完毕后进行简单的化学处理得到(S)-异丙甲草胺，反应方程式见方程式2。该合成方法操作繁琐，催化剂价格昂贵，不适合工业放大生产。
公开号为CN104803875A的中国发明文献公开了一种S-异丙甲草胺的合成方法，以甲氧基丙酮、2-甲基-6-乙基苯胺为原料在有机溶剂中进行亚胺化反应生成亚胺化物，亚胺化物与氢气在钯碳的催化下进行氢化反应生成S-氢化物，S-氢化物与氯乙酰氯在有机溶剂中、碱性条件下进行酰化反应生成S-异丙甲草胺。该发明的产能大，反应快，但反应步骤繁琐，目的产物的收率低。
发明内容
为解决现有技术的生产操作工艺繁琐，产物收率低的问题，本发明提供了一种异丙甲草胺的合成方法，该方法操作简单，反应条件温和，反应溶剂回收套用，反应物转化率高，产物纯度高。
一种异丙甲草胺的合成方法，包括以下步骤：
(1)氢化烷基化：用有机溶剂A溶解2-甲基-6-乙基苯胺与甲氧基丙酮，加入氢化催化剂，通入氢气进行氢化烷基化反应，反应结束后，浓缩反应溶剂得到产物B；所述的氢化催化剂为钯碳、雷尼镍、磷酸组成的组合物，其中钯碳、雷尼镍、磷酸的重量比为1～2:4～10:2～5，氢化烷基化反应温度为30-90℃；
(2)酰化：产物B与氯乙酰氯在缚酸剂的催化下进行酰化反应，反应结束后经过后处理精制得到异丙甲草胺。
本发明采用2-甲基-6-乙基苯胺为起始物料，经过氢化烷基化和酰化反应后制得目的产物异丙甲草胺，反应方程式见方程式3。步骤(1)中，氢化烷基化反应为一锅法的亚胺反应和氢化反应，2-甲基-6-乙基苯胺先与甲氧基丙酮进行亚胺反应，生成亚胺物(1-甲氧基丙基-2-(2-甲基-6-乙基苯基)亚胺)，亚胺物再在氢化催化剂的催化下接受氢负离子的进攻，进行氢化反应，生成产物B((1-甲氧基丙基-2-(2-甲基-6-乙基苯基)胺)。在所述的氢化催化剂与反应温度下，亚胺物和产物B的合成协同进行，反应结束后，产物B的收率大于95％，纯度大于95％。步骤(1)生成的产物B再和酰化剂反应，生成异丙甲草胺(目的产物，2-甲基-6-乙基-N-(1-甲基-2-甲氧乙基)-N-氯代乙酰基苯胺)。异丙甲草胺的收率大于90％，纯度大于98％。本发明方法操作步骤简单，产物收率和纯度高。
本发明的各步反应溶剂分别脱溶回收套用，不仅降低了生产过程溶剂的损失，降低了生产过程的废水排放，还提高了各原料的转化率高。各步产物无需结晶纯化，操作简单，目的产物的收率和纯度高。
步骤(1)中，用溶剂A将2-甲基-6-乙基苯胺和甲氧基丙酮充分搅拌溶解，再加入氢化催化剂，通入氢气，升温至所需温度，密闭反应，反应过程中采用TLC或HPLC中控反应进程，以起始物料(2-甲基-6-乙基苯胺)色谱纯度小于0.5％(面积归一法纯度)为反应终点，停止反应后，过滤，收集催化剂，收集的催化剂回收套用。滤液经过水洗后浓缩，回收有机溶剂A，得到产物B。
作为优选，所述的有机溶剂A为甲苯、甲醇、乙醇、四氢呋喃的一种或多种。
作为优选，所述的甲氧基丙酮先经过与水共沸精馏处理，90-95℃的馏分为甲氧基丙酮。收集的90-95℃的阶段的馏分的甲氧基丙酮GC含量大于99％，经过共沸精馏处理的甲氧基丙酮反应效果好。
步骤(1)中，氢气分子被所述氢化催化剂吸附后，削弱氢气分子的两个氢原子之间的共价键，进一歩解离成活泼氢，活泼氢进攻亚胺物的双键，生成产物B。亚胺反应与氢化反应协同进行，有助于提高产物B的收率和纯度。
步骤(1)中，2-甲基-6-乙基苯胺和甲氧基丙酮的投料重量比为1:1-2。
氢化催化剂和反应温度协同影响反应进程、产物的收率和纯度，在上述氢化催化剂和反应温度下，氢气的压力大于1MPa就能很好的完成反应，且产物的收率大于92％，纯度大于97％，氢气压力的持续增加对反应收率和纯度的贡献不大，为了减轻生产设备的负担，作为优选，所述氢化烷基化反应的氢气压力为1-3MPa。
作为优选，所述氢化催化剂中，钯碳、雷尼镍、磷酸的重量比为1:4～8:2～4，所述氢化烷基化反应温度为40-80℃。
在所述氢化催化剂组合物比例下，所述氢化催化剂的投料当量为1-10％。上述催化剂组合物的催化效果好，且在该催化剂和温度下，反应一般可在1-5h内完成(起始物料面积归一法纯度小于0.5％为反应终点)。在该催化剂下，在所述温度范围内，增加反应温度产物的收率和纯度都会增加，反应达到终点的时间也会缩短，但当温度大于80℃，增加反应温度，产物收率和纯度没有明显上升。
进一步优选，所述氢化催化剂中，钯碳、雷尼镍、磷酸的重量比为1:8:4，所述氢化烷基化反应温度为70-75℃。
在该配比的氢化催化剂、催化量及催化温度下，反应一般可在0.5-2h内完成，且反应所需的氢气的压力无需很大，在1-1.5MPa的氢气压力下就能很好的完成反应。所述氢化催化剂的投料当量可进一步缩减至1—4％。反应生产效率高，设备的损耗比较小，有效降低了生产成本。
步骤(1)反应结束后，过滤，滤液洗涤后浓缩回收反应溶剂A，得到产物B，直接向产物B投加缚酸剂及反应溶剂C进行酰化反应，反应过程中采用TLC或HPLC中控反应进程，当产物B色谱纯度小于1％(面积归一法纯度)后，停止反应，浓缩反应溶剂C，得到目的产物。
所述的缚酸剂为无机碱。本发明采用无机碱作为缚酸剂，为固液两相反应，酯化反应比较温和，合成的产物的纯度高，相比于传统的有机碱缚酸剂如三乙胺、吡啶类化合物，没有刺激性气味，并且基本无毒，更加安全环保；同时也避免了采用有机碱缚酸剂的反应进程过快、激烈放热造成的副产物过多等问题。
作为优选，所述的酰化反应的温度为-20-20℃。
酰化反应的温度大于20℃时，反应速率过快，产物的收率和纯度都会有所下降；反应温度小于-20℃，反应速率太慢，且生产成本比较高。
进一步优选，所述酰化反应的温度为-10-0℃。
作为优选，所述缚酸剂为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾。
所述的缚酸剂的投料摩尔量为2-甲基-6-乙基苯胺摩尔量的1.0-2.0倍。
在上述反应温度下，缚酸剂的投料当量为1.0-2.0eqv就可以完成酰化反应，投料当量大于2.0eqv对反应的收率和纯度的提高影响不大，还有可能增加生产废水的处理难度。
作为优选，所述的缚酸剂为碳酸钠，碳酸钠的投料摩尔量为2-甲基-6-乙基苯胺摩尔量的1.05倍。
碳酸钠作为缚酸剂，不仅生产成本低，且在所述投料量下，酰化反应的收率和产物纯度比较高，且反应速率快。生产过程不会产生碱性生产废水。
所述的反应溶剂C为甲苯、甲醇、乙醇、四氢呋喃的一种或多种。
为了降低生产成本，所述的溶剂C也可为步骤(1)回收套用的溶剂A。
步骤(2)反应结束后，反应液经过三合一设备进行浓缩脱溶、降温结晶、过滤洗涤干燥的三合一后处理过程。所述的降温结晶温度为-10-0℃；所述过滤洗涤过程使用的洗涤溶剂为浓缩脱溶过程回收套用的溶剂。
本发明的目的产物的后处理过程涉及的溶剂单一(仅为反应溶剂C)，不需要几种溶剂复配使用，因此更易于回收套用。本发明的后处理方法和现有的萃取洗涤方法相比，不需要大量的投入醚类、酯类及一系列的卤代烃溶剂，节约成本，更可以从源头上减轻环境污染，适用于工业放大生产。
本发明提供的异丙甲草胺的合成方法操作简单、生产周期短、有机试剂使用和排放少，目的产物的收率和纯度高，后处理过程不涉及外加溶剂，“三废”的排放少，生产工艺安全环保、适合于工业的大规模生产。
具体实施方式
在三口瓶中加入粗酮醚，加入体积比0.1-0.3倍的工艺水进行常压共沸精馏，收集90-95℃阶段的馏分实施本发明，GC含量大于99％。
实施例1
产物B((1-甲氧基丙基-2-(2-甲基-6-乙基苯基)胺)的合成
在高压釜中投入100g的2-甲基-6-乙基苯胺，98g(1.5eqv)的甲氧基丙酮，加入100mL的甲苯搅拌溶解后，再向反应体系中投加0.05eqv的氢化催化剂，氢化催化剂的钯碳、雷尼镍、磷酸的重量比为1:4:2，在搅拌下，先用氮气置换三次后，再用氢气置换三次，开始通氢气保温保压反应，反应温度为60℃，压力1.5MPa，每30min采取反应液进行HPLC检测，中控反应进程，当2-甲基-6-乙基苯胺色谱纯度小于等于0.5％后(反应终点标准)，冷却、过滤，滤液采用工艺水水洗，水洗完毕后水环式真空泵减压蒸馏甲苯得144g的无色(1-甲氧基丙基-2-(2-甲基-6-乙基苯基)胺液体，含量98％，收率92％，反应终点时间为4.5h。
和实施例1相比，氢化催化剂各组分的配比、反应温度、反应压力、甲氧基丙酮进行筛选，与产物B的收率、色谱纯度到达反应终点时间为指证参数，结果如表1：
表1
通过表1可知，由实施例1-6可知，钯碳、雷尼镍、磷酸的重量比为1:8:4时，反应催化效果比较好，反应可在0.5h达到反应终点(实施例7)，且实施例7-10和对比例1、2可知，在该组分配比的催化剂下，温度升高，反应达到终点的时间短，但当温度大于90℃时，产物的收率和纯度会有所下降；温度下降至℃时，产物的收率和纯度下降比较明显，且达到反应终点的时间延长。
通过实施例11、12和对比例3可知，氢化催化剂的投料当量对反应的进程的影响不大。
通过实施例13-17和对比例4可知，氢气压力大，对提高反应的收率和纯度是有利的，但当氢气压力大于1MPa，对反应的收率和纯度的提高贡献不大，即使提高温度(实施例17)产物的收率、纯度液没有明显增加，反应终点时间并没有缩短。
实施例18
异丙甲草胺(2-甲基-6-乙基-N-(1-甲基-2-甲氧乙基)-N-氯代乙酰基苯胺)的合成：
向500mL三口瓶中加入100g的实施例1合成的产物B、28g的氢氧化钾(1.0eqv)，100mL甲苯、搅拌降温至-10℃，保持此温度下开始滴加37mL的氯乙酰氯(1.0eqv)，滴加完毕保温反应1小时后HPLC中控反应进程，产物B色谱含量≤1％后，向反应体系中加入100mL的工艺水搅拌洗涤，静置分去水层，有机层在120℃下，经过水环式真空脱溶，得到129g的异丙甲草胺含量98％，收率92％。
和实施例18相比，对缚酸剂及投料当量、反应温度、氯乙酰氯投加当量进行筛选，与异丙甲草胺的收率和色谱纯度为指证参数，结果如表1：
表2
从表2可知，与Na2CO3作为缚酸剂有利于酰化反应的进行，产物的收率和纯度都有所提升(实施例20,21)。Na2CO3的投加当量大于1.15eqv，产物的收率和纯度稍有下降(实施例21-24)。综上实施例可知，Na2CO3的投加当量为1.05eqv时，产物的收率和纯度普遍比较高，特别是在-10-0℃的反应温度下，产物的收率93-96％，产物的含量为98-99％；但反应温度降至-10℃产物的纯度有所下降；升高至20℃时产物的收率和纯度同样会下降。综上实施例还能看出，氯乙酰氯投加当量对产物的收率和纯度的影响不大。

Claims (6)

1.一种异丙甲草胺的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)氢化烷基化：用有机溶剂A溶解2-甲基-6-乙基苯胺与甲氧基丙酮，加入氢化催化剂，通入氢气进行氢化烷基化反应，反应结束后，浓缩反应溶剂得到产物B；所述的氢化催化剂为钯碳、雷尼镍、磷酸组成的组合物，其中，钯碳、雷尼镍、磷酸的重量比为1:8:4，所述氢化烷基化反应温度为70-75℃；
(2)酰化：产物B与氯乙酰氯在缚酸剂的催化下进行酰化反应，反应结束后经过后处理精制得到异丙甲草胺；
所述缚酸剂为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾；
所述的酰化反应的温度为-20-20℃。
2.如权利要求1所述的异丙甲草胺的合成方法，其特征在于，所述的有机溶剂A为甲苯、甲醇、乙醇、四氢呋喃的一种或多种。
3.如权利要求1所述的异丙甲草胺的合成方法，其特征在于，所述氢化烷基化反应的氢气压力为1-3MPa。
4.如权利要求1所述的异丙甲草胺的合成方法，其特征在于，所述的缚酸剂的投料摩尔量为2-甲基-6-乙基苯胺摩尔量的1.0-2.0倍。
5.如权利要求4所述的异丙甲草胺的合成方法，其特征在于，所述的缚酸剂为碳酸钠，碳酸钠的投料摩尔量为2-甲基-6-乙基苯胺摩尔量的1.05倍。
6.如权利要求1所述的异丙甲草胺的合成方法，其特征在于，所述的甲氧基丙酮为与水共沸精馏的90-95℃的馏分。
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