專利名稱：2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸的制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種化合物的生產(chǎn)方法，確切地說，是由甘氨酸經(jīng)酯化，重氮化，環(huán)丙烷化，皂化，酸化合成2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸的方法。
2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸是生產(chǎn)一種有殺螨特效的第三代農(nóng)藥甲氰菊酯的關(guān)鍵中間原料。其合成成本高低是決定甲氰菊酯農(nóng)藥生產(chǎn)能否工業(yè)化的關(guān)鍵。這種化合物的合成方法主要有下面幾種1)由甘氨酸乙酯鹽酸鹽經(jīng)重氮化，環(huán)丙烷化，皂化，酸化合成。2)由二氯乙酰氯在還原性金屬鉛或鋅作用下與四甲基乙烯反應(yīng)合成的2，2，3，3-四甲基-4-氯環(huán)丁酮，再在堿作用下縮環(huán)，酸化制備，如德國專利DE2，539，048;DE2，417，615;美國專利US4，064，174提供的技術(shù)。3)四氯乙酰在叔胺存在下與四甲基乙烯反應(yīng)得到氯化環(huán)丁酮再縮環(huán)，酸化合成。
在已有的這些2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸的制備方法中，目前只有方法(1)能工業(yè)化生產(chǎn)。但其甘氨酸乙酯鹽酸鹽工業(yè)生產(chǎn)較為麻煩。
本發(fā)明提供一種制備2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸的新方法，使用的原料是易于得到的甘氨酸，經(jīng)與C4-C6的醇脫水酯化，重氮化，環(huán)丙烷化，皂化，酸化等幾步以較高的總收率得到2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸，其反應(yīng)按下式所示
本發(fā)明的方法是一種包括甘氨酸共沸脫水酯化，甘氨酸酯鹽酸鹽的重氮化，四甲基乙烯與重氮的環(huán)丙烷化以及環(huán)丙烷羧酸酯的皂化酸化在內(nèi)的多步合成方法。
在本方法的酯化反應(yīng)1中所使用的醇為C4-C6的直鏈或支鏈的飽和脂肪醇，其用量應(yīng)當和甘氨酸等摩爾比，但考慮到醇在水中的少量溶解以及使甘氨酸有效利用，并且過量的醇可回收重復(fù)使用，醇的摩爾數(shù)為所用甘氨酸的1.5-4倍。酯化可以是氯化氫氣體或是工業(yè)鹽酸，但是反應(yīng)中使用的鹽酸含量不宜太低，一般應(yīng)高于20%，其用量(折合成氯化氫)與甘氨酸的摩爾數(shù)比應(yīng)大于1.05。為了使酯化反應(yīng)的脫水順利，快速地進行，反應(yīng)在油浴下進行，其溫度應(yīng)比醇-水共沸溫度高約30-40℃，一般為125～135℃，采用共沸脫水技術(shù)除去原料及產(chǎn)物中的水，以保證得到高的酯化產(chǎn)率。反應(yīng)產(chǎn)物甘氨酸酯鹽酸鹽在反應(yīng)溫度或稍低的溫度下為黃色或淺棕紅色的粘稠液體，在40℃時用等重量的水溶解后，在25℃的室溫下放置1個月仍未見明顯的分解發(fā)生。
甘氨酸酯鹽酸鹽的重氮化反應(yīng)2所用的溶劑可以是二氯甲烷，二氯乙烷，四氯化碳等氯代烴。重氮化反應(yīng)溫度可以在-15～+10℃之間。反應(yīng)所用的亞硝酸鈉約為甘氨酸酯的1.05-1.2倍。
環(huán)丙烷化反應(yīng)3中所用的四甲基乙烯為重氮的3-7倍為宜，過量的部分在反應(yīng)后可回收使用。反應(yīng)溫度在65℃-85℃之間較為合適。反應(yīng)所用的催化劑是銅的羧酸鹽或無機鹽，如硫酸銅、乙酸銅、氯乙酸銅、二氯乙銅、三氯乙銅等。其用量為重氮的1mol%。
如反應(yīng)式4所示，2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸酯的皂化反應(yīng)，只需要等當量的氫氧化鈉，但為了使更快，更徹底的進行皂化反應(yīng)，不但使用2-4倍量的氫氧化鈉，而且還加入一定量的乙醇進行消相，皂化溫度為95～105℃。酸化過程可使用鹽酸或硫酸，酸化溫度為60～80℃。
具體的制備方法以實例說明如下。
實施例1在裝有分水器的容量為2L的反應(yīng)瓶中按順序加入750ml工業(yè)丁醇(98%，d20＝0.810)，156g工業(yè)甘氨酸(2mol，含6g水)，攪拌，加入270ml濃鹽酸(33-38%)，油浴加熱升溫，控制溫度在125-135℃之間，回流反應(yīng)并使醇-水共沸脫水，從脫水器中不斷分掉共沸液的下層(水層)，大約4-6小時左右，脫水完畢，共分出下層液約為280ml(d20≈1.0)(脫水完畢后，餾出液中不見水，餾出溫度在100℃左右)，然后在常壓下蒸出丁醇，待不能蒸出時，再逐漸減壓蒸丁醇，待真空度為650mmHg，在油浴溫度125-135℃的條件下蒸不出丁醇時，停止蒸餾，整個蒸丁醇過程約需1.5小時。停止蒸餾后，冷卻，得粗產(chǎn)物甘氨酸丁酯鹽酸鹽333g。在瓶中溫度低于40℃時，加入500g水，室溫下攪拌溶解，得淺黃色甘氨酸丁酯鹽酸鹽水溶液833g(d20≈1.06)，其PH值在3-5之間。
實施例2在帶有冷卻夾套的250ml單頸反應(yīng)瓶中，加入90ml二氯乙烷，83.3g例1中得到的甘氨酸丁酯鹽酸鹽水溶液(0.2mol)，冷卻，待溫度為-5℃時，從滴液漏斗中滴加由16.6g亞硝酸鈉與50ml水配成的溶液控制滴加速度15-25分鐘加完，加完后繼續(xù)反應(yīng)10分鐘，然后滴加18ml 5%的稀硫酸，控制速度1分鐘，然后滴加18ml 5%的稀硫酸，控制速度1分鐘內(nèi)加完，加完后再反應(yīng)1-2分鐘，停止攪拌，溶液立即分層，下層為黃色的重氮乙酸丁酯的二氯乙烷溶液，分出有機層，水層用10ml二氯乙烷再抽提一次，合并二氯乙烷溶液，用100ml2.5%的碳酸鈉水溶液攪拌洗滌，洗去殘存的酸，然后分出有機層，用5g無水硫酸鈉干燥，得145g的含量17-19%的黃色重氮乙酸丁酯溶液，相對于甘氨酸，重氮收率88-95%。
實施例3在裝有回流冷凝管(上端接鼓泡器)的500ml三頸反應(yīng)瓶中加入0.5g無水氯乙酸銅，110g四甲基乙烯，加熱，待油浴溫度為80℃時，開始滴加由例2中合成得到的全部重氮乙酸丁酯的二氯乙烷溶液，約2-4分鐘(此時約加入2-5g重氮乙酸丁酯二氯乙烷溶液)后，開始放出氮氣，催化劑逐漸變?yōu)榭Х壬?，控制滴加速度?0-80分鐘加完全部重氮，加完后繼續(xù)反應(yīng)10分鐘。停止反應(yīng)后，控制油浴溫度在110℃，常壓下蒸出未反應(yīng)的四甲基乙烯和二氯乙烷(約蒸出200g)，然后減壓蒸出殘留的二氯乙烷，最后收集124-126℃/15mmHg的餾份，稱重得23g 2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸丁酯。產(chǎn)率68%。
實施例4在200ml單頸反應(yīng)瓶中加入例3合成的四甲基環(huán)丙烷羧酸正丁酯，14.5g氫氧化鈉，80ml水，40ml95%乙醇，控制油浴溫度95-105℃，回流反應(yīng)8小時，然后蒸出乙醇，丁醇，餾出溫度78-99℃，待反應(yīng)瓶中乙醇，丁醇蒸出后，再加入50ml水，約在70℃時加入15%的鹽酸中和過量的堿并調(diào)節(jié)PH值至2-4，此時析出2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸白色固體，冷卻到室溫后，過濾，水洗，并用紅外烘干，得2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸14.5-15.5g，m.p，118℃，皂化酸化產(chǎn)率91-94%，產(chǎn)品純度＞98%。
實施例5由例3得到的蒸出溶劑后的粗產(chǎn)品中，加入20g氫氧化鈉，105ml水、40ml95%乙醇，在100℃下回流8小時使之皂化，然后蒸出乙醇及生成的丁醇后，再用鹽酸酸化得16.2g 2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸，純度＞96.5%，基于甘氨酸的收率55%。
從以上實施例可見，利用本發(fā)明方法，可以方便地合成2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸，同現(xiàn)有的方法相比，不但反應(yīng)過程簡單，易于控制，且產(chǎn)率較高。
權(quán)利要求
1.一種化合物2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸的制備方法，其特征是利用甘氨酸與醇在鹽酸作用下進行酯化反應(yīng)，采用脫水技術(shù)得到高收率的甘氨酸酯鹽酸鹽并水溶后得到其水溶液，再經(jīng)用亞硝酸鈉重氮化，再與烯烴環(huán)丙烷化，皂化，酸化得到2，2，3，3-四基環(huán)丙烷羧酸。
2.按權(quán)利要求1所述方法中，醇是C4-C6的直鏈或支鏈的飽和脂肪醇。
3.按權(quán)利要求1所述方法中，重氮化所用溶劑為二氯乙烷，二氯甲烷，三氯甲烷，四氯化碳等氯代烴。
4.按權(quán)利要求1所述方法中，皂化所用堿為氫氧化鈉，皂化時所用消相劑為乙醇。
5.按權(quán)利要求1所述方法中，酸化所使用的酸為鹽酸或硫酸。
6.按權(quán)利要求1所述方法中，甘氨酸酯化溫度為125-135℃，重氮化溫度為-15-+10℃;環(huán)丙烷化溫度為65-85℃，皂化溫度95-105℃，酸化溫度60-80℃。
全文摘要
一種制備甲氰菊酯農(nóng)藥中間體2，2，3，3-四甲基環(huán)丙烷羧酸的方法，是采用甘氨酸與C
文檔編號C07C51/09GK1062345SQ90106468
公開日1992年7月1日 申請日期1990年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月13日
發(fā)明者蔡家強, 俞俊學(xué), 原曉華, 石作武, 李崢嶸, 陸世維, 郭和夫 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所