CN118772034A - 一种2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工合成领域，尤其涉及一种2‑对氯苯基‑5‑（三氟甲基）吡咯‑3‑腈的制备工艺，该制备工艺采用对氯苯甘氨酸或对氯苯甘氨酸钠盐作为原料，在三氯化磷或三氯氧磷的存在下与三氟乙酸、光气发生反应，三氟乙酰化得到N‑对氯苄基三氟乙酰胺，N‑对氯苄基三氟乙酰胺在氨气或三乙胺的存在下与氯代丙烯腈发生1,3偶极环加成反应，区域定向性的得到2‑对氯苯基‑5‑（三氟甲基）吡咯‑3‑腈。此合成路线工艺简单，工艺条件温和，原材料易得，对环境影响小；另外产品对原材料的收率高，并且稳定，具有较高的工业实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及化工合成领域，尤其涉及一种2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺。
背景技术
2-对氯苯基-5-（三氟甲基）-吡咯-3-腈是一种化工合成化合物，该化合物是微生物链霉菌Streptomyces fumanus代谢产物Dioxapyrrolomycin的合成中间体，因此具有潜在的生物活性，而被广泛用于制备溴虫腈和曲洛比利等农药的关键中间体。
溴虫腈是一种高效的杀虫杀螨剂，广泛应用于农业领域；曲洛比利能够有效抑制硬壳和软体无脊椎动物，可用于防治软体动物和船舶防污。
目前，对2-对氯苯基-5-（三氟甲基）-吡咯-3-腈的合成方式一般分为几种方式，1、以2－对氯苯基三氟乙酰胺基腈与酰氯或三氟甲基磺酸反应，生成口恶唑胺的衍生物，再在碱性条件下与2－氯丙烯腈反应制得；2、以对氯苯乙酰胺衍生物经过氯化转变成相应的二氯化物，再在DBU存在下直接与丙烯腈进行环合反应制得；3、以三氟甲基对氯苄基甲酮为原料，与羟胺反应生成肟，碱性条件下进一步与2－氯丙烯腈反应制得。
上述方式存在以下缺陷：方法1在反应过程中，烷基酰氯及三氟甲基磺酸只起到媒介的作用，并不构成新的化合物骨架，且价格昂贵难以回收，将直接影响到产品的成本，因而此路线不经济；方法2目前无商业适用性原材料，并且化合物对氯苯乙酰胺衍生物转变成的二氯化物在DBU条件下与丙烯腈进行环合反应的转化收率非常低；方法3原材料通常由对氯苄基溴与三氟甲基乙酸乙酯通过格氏反应获得，而格氏反应对环境的含水要求高，反应的控制难度大，对温度条件的要求苛刻。
发明内容
为了解决前述技术问题，本发明提供了一种2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，该工艺方法以对氯苯甘氨酸和三氟乙酸为原材料，首先制备得到对氯苄基三氟乙酰胺，然后与氯代丙烯腈发生1,3偶极环加成反应，区域定向性的得到2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈，从而解决了传统合成路线中存在的工艺复杂，工艺条件苛刻，原材料成本高，收率较低以及环境影响大的问题。
具体是通过以下技术方案实现的：
一种2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，包括以下步骤:
S1、向反应釜内依次加入对氯苯甘氨酸、三氟乙酸和乙腈，向反应釜内添加催化剂，搅拌均匀后加热升温，将固体光气与乙腈的混合液滴加至反应釜内并保温。
S2、加热升温，将固体光气与乙腈的混合液再次滴加至反应釜内并保温。
S3、取样检测，降低反应釜内压力，回收乙腈，得到N-对氯苄基三氟乙酰胺并称重计量。
S4、将N-对氯苄基三氟乙酰胺加入反应釜内依次添加DMF和2-氯丙烯腈，加入添加剂调节反应釜内环境至弱碱性，加热升温并保温。
S5、冷却、结晶、过滤，得到2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈并称重计量。
优选的，S1中的加热温度为50-55℃，混合液体的滴加时间为6小时，保温时间为2小时。
优选的，S1中混合液固体光气和乙腈的质量比为18:20-30，对氯苯甘氨酸、三氟乙酸和乙腈的质量比为25:23:65-85。
优选的，S1中所述催化剂为三氯化磷或者三氯氧磷，所述对氯苯甘氨酸能够替换为对氯苯甘氨酸钠盐。
优选的，S2中加热温度为65-80℃，混合液体的滴加时间为3小时，保温时间为0.5-2小时。
优选的，S2中所述混合液中固体光气和乙腈的质量比为17:22-28。
优选的，S4中DMF的温度低于5℃，2-氯丙烯腈的温度为20-25℃，加热保温为45-65℃，保温时间为0.5-2小时。
优选的，S4中DMF和2-氯丙烯腈的质量比为21-26:3。
优选的，S4中所述添加剂为氨气或三乙胺，所述弱碱性环境为pH值8-9。
优选的，所述对氯苯甘氨酸与所述2-氯丙烯腈的质量比为25:12。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
1、以对氯苯甘氨酸、三氟乙酸、2-氯丙烯腈等作为合成反应的反应物，生产成本较低，适合大批量工业化生产；
2、该反应合成路线工艺简单，工艺条件温和，能源需求量较小，对环境影响小，绿色环保；
3、采用反应物分批次投放的生产工艺，并相应的调整反应温度，使得合成反应更加彻底，提高反应物的利用率和产物的得率；
4、反应物溶剂乙腈等能够顺利回收，实现溶剂的多次反复利用，降低生产成本。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
实施例1
一种2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，按照以下步骤进行：
S1、向反应釜内依次加入50g对氯苯甘氨酸、46g三氟乙酸和150g乙腈，向反应釜内添加20g三氯化磷作为催化剂，利用反应釜内的搅拌机构搅拌均匀，通过加热系统将反应釜内温度加热至50℃，将36g固体光气与50g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为6小时，滴加完毕之后保温2小时。
该过程中，反应物为对氯苯甘氨酸和三氟乙酸，乙腈由于其良好的有机物、无机物的溶解能力而作为反应物对氯苯甘氨酸和三氟乙酸的溶剂，将反应物、溶剂和催化剂三氯化磷依次加入反应釜内之后，将反应釜内物质搅拌均匀，使得各种物质充分接触，有利于反应的进行，进一步将反应釜内温度加热至50℃，此时，将36g固体光气与50g乙腈均匀混合后，缓慢、匀速滴加至反应釜内，由于反应釜内的温度条件，固体光气在反应釜内首先分解成光气，然后在催化剂三氯化磷的条件下，与反应物对氯苯甘氨酸和三氟乙酸三氟乙酰化，生成N-对氯苄基三氟乙酰胺，反应式如下：
固体光气与乙腈混合液滴加过程中维持反应釜内温度不变，并且滴加时长为6小时，滴加完成之后，保温2小时，使其反应更加充分。
其中，反应物氯苯甘氨酸能够替换为对氯苯甘氨酸钠盐，由于以氯苯甘氨酸或者对氯苯甘氨酸钠盐较易获得，成本较低，因此作为反应物，能够在一定程度上降低生产成本。
其中，催化剂三氯化磷能够替换为三氯氧磷，两者均能够促进反应的快速进行。
S2、到达保温时间之后，启动反应釜的加热系统，将反应釜温度加热至70℃，此时，将34g固体光气与50g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为3小时，滴加完成之后保温1小时。
该过程为S1的延续，随着反应的进行，反应釜内反应物的浓度降低，此时将反应釜内温度升高至70℃，增加反应物的活性，此时滴加固体光气的乙腈溶液，推动反应物的进一步反应，并在滴加完成之后进行一定时间的保温，从而增加反应物的利用率。
通过分阶段的添加固体光气与乙腈的混合液，给反应物充足的时间进行反应，使得各反应物之间充分接触反应，保证合成反应的充分性，提高了反应物的利用率，进而提高产物的得率。
S3、到达保温时间后，提取少许样品进行检测，验证反应的完成度，当验证合格之后，逐渐降低反应釜内压力，完成溶剂乙腈的回收，得到反应中间物N-对氯苄基三氟乙酰胺，称取其重量并记录数据。
该过程中，通过测量溶剂乙腈中反应物的浓度，确定反应完成度，具体操作方法为：多次取样，取样间隔时间为10min，利用液相色谱法分别对取样样品中反应物三氟乙酸的浓度进行测量，当三氟乙酸的浓度小于0.008g/ml或者连续两次测量得到的三氟乙酸的浓度不变时，判定为反应结束。
反应完成之后，降低反应釜内压力和温度，收集反应釜内的乙腈溶剂，使其能够重复使用，从而降低生产成本，将反应釜中剩余的反应中间物N-对氯苄基三氟乙酰胺进行收集称重。
S4、将反应得到的N-对氯苄基三氟乙酰胺加入反应釜内，向反应釜内添加200gDMF后，再向反应釜内滴加24g2-氯丙烯腈，滴加完成之后，向反应釜内通入氨气，或者向反应釜内添加三乙胺，从而将反应釜内环境调节为pH值8-9的弱碱性，加热至55℃后保温1小时。
该过程中，反应物为N-对氯苄基三氟乙酰胺和2-氯丙烯腈，而DMF作为溶剂和催化剂，并且将反应环境调节至弱碱性并加热，此时N-对氯苄基三氟乙酰胺在与氯代丙烯腈发生1,3偶极环加成反应，区域定向性的得到2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈，反应式如下：
在该反应过程中，维持反应釜内温度为55℃，反应时长为1小时，使得反应物充分反应，从而增加得率。
其中，DMF在加入反应釜之前的的温度低于5℃，2-氯丙烯腈在加入反应釜之前的温度为20-25℃。
S5、反应完成之后，降低反应釜内的温度和压力，使得反应产物充分冷却结晶之后，进行充分过滤，得到最终产物2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈，收集并称重，记录数据。
实施例2
一种2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，按照以下步骤进行：
S1、向反应釜内依次加入50g对氯苯甘氨酸、46g三氟乙酸和150g乙腈，向反应釜内添加催化剂三氯化磷，利用反应釜内的搅拌机构搅拌均匀，通过加热系统将反应釜内温度加热至70℃，将70g固体光气与100g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为9小时，滴加完毕之后保温3小时。
S2、到达保温时间后，提取少许样品进行检测，验证反应的完成度，当验证合格之后，逐渐降低反应釜内压力，完成溶剂乙腈的回收，得到反应中间物N-对氯苄基三氟乙酰胺，称取其重量并记录数据。
S3、将反应得到的N-对氯苄基三氟乙酰胺加入反应釜内，向反应釜内添加200gDMF后，再向反应釜内滴加24g2-氯丙烯腈，滴加完成之后，向反应釜内通入氨气，或者向反应釜内添加三乙胺，从而将反应釜内环境调节为pH值8-9的弱碱性，加热至55℃后保温1小时。
S4、反应完成之后，降低反应釜内的温度哈压力，使得反应产物充分冷却结晶之后，进行充分过滤，得到最终产物2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈，收集并称重，记录数据。
实施例3
本实施例是在实施例1的基础上，S1中，将第一次添加的乙腈质量调整为130g，具体为：向反应釜内依次加入50g对氯苯甘氨酸、46g三氟乙酸和130g乙腈，向反应釜内添加催化剂三氯化磷，利用反应釜内的搅拌机构搅拌均匀，通过加热系统将反应釜内温度加热至50℃，将36g固体光气与50g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为6小时，滴加完毕之后保温2小时。
其余条件与实施例1相同。
实施例4
本实施例是在实施例1的基础上，S1中，将第一次添加的乙腈质量调整为170g，具体为：向反应釜内依次加入50g对氯苯甘氨酸、46g三氟乙酸和170g乙腈，向反应釜内添加催化剂三氯化磷，利用反应釜内的搅拌机构搅拌均匀，通过加热系统将反应釜内温度加热至50℃，将36g固体光气与50g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为6小时，滴加完毕之后保温2小时。
其余条件与实施例1相同。
实施例5
本实施例是在实施例1的基础上，S1中，将反应温度调整为45℃，具体为：向反应釜内依次加入50g对氯苯甘氨酸、46g三氟乙酸和150g乙腈，向反应釜内添加催化剂三氯化磷，利用反应釜内的搅拌机构搅拌均匀，通过加热系统将反应釜内温度加热至45℃，将36g固体光气与50g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为6小时，滴加完毕之后保温2小时。
其余条件与实施例1相同。
实施例6
本实施例是在实施例1的基础上，S1中，将反应温度调整为55℃，具体为：向反应釜内依次加入50g对氯苯甘氨酸、46g三氟乙酸和150g乙腈，向反应釜内添加催化剂三氯化磷，利用反应釜内的搅拌机构搅拌均匀，通过加热系统将反应釜内温度加热至55℃，将36g固体光气与50g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为6小时，滴加完毕之后保温2小时。
其余条件与实施例1相同。
实施例7
本实施例是在实施例1的基础上，S2中，将反应温度调整为65℃，具体为：启动反应釜的加热系统，将反应釜温度加热至65℃，将34g固体光气与50g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为3小时，滴加完成之后保温1小时。
其余条件与实施例1相同。
实施例8
本实施例是在实施例1的基础上，S2中，将反应温度调整为75℃，具体为：启动反应釜的加热系统，将反应釜温度加热至75℃，将34g固体光气与50g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为3小时，滴加完成之后保温1小时。
其余条件与实施例1相同。
实施例9
本实施例是在实施例1的基础上，S4中，将反应温度调整为50℃，具体为：将反应得到的N-对氯苄基三氟乙酰胺加入反应釜内，向反应釜内添加200gDMF后，再向反应釜内滴加24g2-氯丙烯腈，滴加完成之后，向反应釜内通入氨气，或者向反应釜内添加三乙胺，从而将反应釜内环境调节为pH值8-9的弱碱性，加热至50℃后保温1小时。
其余条件与实施例1相同。
实施例10
本实施例是在实施例1的基础上，S4中，将反应温度调整为60℃，具体为：将反应得到的N-对氯苄基三氟乙酰胺加入反应釜内，向反应釜内添加200gDMF后，再向反应釜内滴加24g2-氯丙烯腈，滴加完成之后，向反应釜内通入氨气，或者向反应釜内添加三乙胺，从而将反应釜内环境调节为pH值8-9的弱碱性，加热至60℃后保温1小时。
其余条件与实施例1相同。
实施例11
本实施例是在实施例2的基础上，S1中，将固体光气与乙腈混合液的滴加时间调整为8小时，保温时间调整为2小时，具体为：向反应釜内依次加入50g对氯苯甘氨酸、46g三氟乙酸和150g乙腈，向反应釜内添加催化剂三氯化磷，利用反应釜内的搅拌机构搅拌均匀，通过加热系统将反应釜内温度加热至70℃，将70g固体光气与100g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为8小时，滴加完毕之后保温2小时。
其余条件与实施例2相同。
实施例12
本实施例是在实施例2的基础上，S1中，将固体光气与乙腈混合液的滴加时间调整为10小时，保温时间调整为4小时，具体为：向反应釜内依次加入50g对氯苯甘氨酸、46g三氟乙酸和150g乙腈，向反应釜内添加催化剂三氯化磷，利用反应釜内的搅拌机构搅拌均匀，通过加热系统将反应釜内温度加热至70℃，将70g固体光气与100g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为10小时，滴加完毕之后保温4小时。
其余条件与实施例2相同。
对比例1：
本对比例是在实施例1的基础上，做出如下调整：
S1中，将乙腈的添加质量调整为130g，将加热温度调整为45℃；
S2中，将加热温度调整为65℃；
S4中，将加热温度调整为50℃。
具体为S1、向反应釜内依次加入50g对氯苯甘氨酸、46g三氟乙酸和130g乙腈，向反应釜内添加20g三氯化磷作为催化剂，利用反应釜内的搅拌机构搅拌均匀，通过加热系统将反应釜内温度加热至45℃，将36g固体光气与50g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为6小时，滴加完毕之后保温2小时。
S2、到达保温时间之后，启动反应釜的加热系统，将反应釜温度加热至65℃，此时，将34g固体光气与50g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为3小时，滴加完成之后保温1小时。
S4、将反应得到的N-对氯苄基三氟乙酰胺加入反应釜内，向反应釜内添加200gDMF后，再向反应釜内滴加24g2-氯丙烯腈，滴加完成之后，向反应釜内通入氨气，或者向反应釜内添加三乙胺，从而将反应釜内环境调节为pH值8-9的弱碱性，加热至50℃后保温1小时。
其余条件与实施例1相同。
对比例2：
本对比例是在实施例1的基础上，做出如下调整：
S1中，将乙腈的添加质量调整为170g，将加热温度调整为55℃；
S2中，将加热温度调整为75℃；
S4中，将加热温度调整为60℃。
具体为S1、向反应釜内依次加入50g对氯苯甘氨酸、46g三氟乙酸和170g乙腈，向反应釜内添加20g三氯化磷作为催化剂，利用反应釜内的搅拌机构搅拌均匀，通过加热系统将反应釜内温度加热至55℃，将36g固体光气与50g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为6小时，滴加完毕之后保温2小时。
S2、到达保温时间之后，启动反应釜的加热系统，将反应釜温度加热至75℃，此时，将34g固体光气与50g乙腈的混合液匀速滴加至反应釜内，滴加时间为3小时，滴加完成之后保温1小时。
S4、将反应得到的N-对氯苄基三氟乙酰胺加入反应釜内，向反应釜内添加200gDMF后，再向反应釜内滴加24g2-氯丙烯腈，滴加完成之后，向反应釜内通入氨气，或者向反应釜内添加三乙胺，从而将反应釜内环境调节为pH值8-9的弱碱性，加热至60℃后保温1小时。
其余条件与实施例1相同。
分别对实施例1、实施例2、对比例1和对比例2中，乙腈回收率、中间产物N-对氯苄基三氟乙酰胺得率和最终产物2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈得率的数据记录如下表所示：
分别对实施例1和实施例3-10中，乙腈回收率、中间产物N-对氯苄基三氟乙酰胺得率和最终产物2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈得率的数据记录如下表所示：
分别对实施例2、实施例11和实施例12中，中间产物N-对氯苄基三氟乙酰胺得率和最终产物2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈得率的数据记录如下表所示：
依照本发明如上文的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，其特征在于,包括以下步骤:
S1、向反应釜内依次加入对氯苯甘氨酸、三氟乙酸和乙腈，向反应釜内添加催化剂，搅拌均匀后加热升温，将固体光气与乙腈的混合液滴加至反应釜内并保温；
S2、加热升温，将固体光气与乙腈的混合液再次滴加至反应釜内并保温；
S3、取样检测，反应完成后降低反应釜内压力，回收乙腈，得到N-对氯苄基三氟乙酰胺并称重计量；
S4、将N-对氯苄基三氟乙酰胺加入反应釜内依次添加DMF和2-氯丙烯腈，加入添加剂调节反应釜内环境至弱碱性，加热升温并保温；
S5、冷却、结晶、过滤，得到2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈并称重计量。
2.根据权利要求1所述的2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，其特征在于：
S1中，加热温度为50-55℃，混合液体的滴加时间为6小时，保温时间为2小时。
3.根据权利要求2所述的2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，其特征在于：
S1中，混合液固体光气和乙腈的质量比为18:20-30，对氯苯甘氨酸、三氟乙酸和乙腈的质量比为25:23:65-85。
4.根据权利要求3所述的2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，其特征在于：
S1中，所述催化剂为三氯化磷或者三氯氧磷，所述对氯苯甘氨酸能够替换为对氯苯甘氨酸钠盐。
5.根据权利要求1所述的2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，其特征在于：
S2中，加热温度为65-80℃，混合液体的滴加时间为3小时，保温时间为0.5-2小时。
6.根据权利要求5所述的2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，其特征在于：
S2中，所述混合液中固体光气和乙腈的质量比为17:22-28。
7.根据权利要求1所述的2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，其特征在于：
S4中，DMF在加入反应釜之前的温度低于5℃，2-氯丙烯腈在加入反应釜之前的温度为20-25℃，加热温度为45-65℃，保温时间为0.5-2小时。
8.根据权利要求7所述的2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，其特征在于：
S4中，DMF和2-氯丙烯腈的质量比为21-26:3。
9.根据权利要求8所述的2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，其特征在于：
S4中，所述添加剂为氨气或三乙胺，所述弱碱性环境为pH值8-9。
10.根据权利要求1所述的2-对氯苯基-5-（三氟甲基）吡咯-3-腈的制备工艺，其特征在于：
所述对氯苯甘氨酸与所述2-氯丙烯腈的质量比为25:12。
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2024
- 2024-09-12 CN CN202411273044.1A patent/CN118772034A/zh active Pending
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