本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，特別涉及一種氰氟草酯的合成方法。
背景技術(shù)：
3，4二氟苯腈生產(chǎn)氰氟草酯主要有兩種方法，一種方法是：3，4二氟苯腈先與對苯二酚通過醚化反應(yīng)合成中間體4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯酚，再與(s)-2-(4-甲基苯磺酰氧基)丙酸丁酯反應(yīng)得到氰氟草酯；這種方法中對苯二酚易生成二取代雜質(zhì)嚴(yán)重的影響了產(chǎn)品收率。另一種方法是：3，4二氟苯腈先與r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸乙酯反應(yīng)再與氫氧化鈉反應(yīng)得中間體，中間體再與丁醇反應(yīng)得到氰氟草酯；這種方法反應(yīng)路線較長，操作不方便，收率偏低。
申請公布號為cn105601538a、名稱為一種氰氟草酯的制備方法的中國專利，先后經(jīng)過醚化反應(yīng)和脫水酯化得到氰氟草酯；其中，醚化反應(yīng)中，向非質(zhì)子性有機溶劑中加入縛酸劑、有機堿和相轉(zhuǎn)移催化劑，然后分批加入(r)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸，再加入3，4二氟苯腈，加熱至60～90℃，保溫反應(yīng)2～4h，反應(yīng)結(jié)束后脫去溶劑，降至室溫、加水溶解，用酸調(diào)節(jié)ph至3～5，攪拌析出固體，過濾，得到中間體(r)-2-[(4-(2-氟-4腈基)-苯氧基)]-丙酸，其中，(r)-2-[(4-(2-氟-4腈基)-苯氧基)]-丙酸與3，4二氟苯腈的摩爾比為1：1～1.5，所述的縛酸劑為無機堿。脫水酯化反應(yīng)中，將中間體(r)-2-[(4-(2-氟-4腈基)-苯氧基)]-丙酸和正丁醇、脫水溶劑以及質(zhì)子酸催化劑加入反應(yīng)容器，加熱回流，分水至無水分出，反應(yīng)結(jié)束得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液水洗至中性，脫除溶劑得到氰氟草酯；所述的脫水溶劑為不與水混溶的烷烴類或酮類非質(zhì)子性有機溶劑；兩步反應(yīng)總收率可達(dá)94％以上，光學(xué)純度大于99％，反應(yīng)式如下：
上述醚化反應(yīng)中，縛酸劑和有機堿及相轉(zhuǎn)移催化劑配合使用，在醚化反應(yīng)中加入有機堿和相轉(zhuǎn)移催化劑，其作用是：反應(yīng)底物(r)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸與縛酸劑為兩相反應(yīng)，加入催化量的有機堿可使(r)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸和縛酸劑在均相體系迅速反應(yīng)，生成活性中間體，有利于醚化反應(yīng)的進(jìn)行，有效提高反應(yīng)速率；同時，加入的相轉(zhuǎn)移催化劑可攜帶縛酸劑與反應(yīng)中生成的有機堿鹽快速反應(yīng)，使有機堿游離出來，游離出來的有機堿可進(jìn)行下一個循環(huán)繼續(xù)反應(yīng)，降低醚化反應(yīng)所需要的溫度，縮短反應(yīng)時間，提高反應(yīng)選擇性。
本申請人發(fā)現(xiàn)，上述醚化反應(yīng)過程中存在以下缺點：保溫反應(yīng)結(jié)束后最先生成的中間體為鉀鹽(以縛酸劑為碳酸鉀為例)，鉀鹽需要加水溶解后加酸調(diào)節(jié)ph至3～5才能生成所需中間體(r)-2-[(4-(2-氟-4腈基)-苯氧基)]-丙酸，工藝比較繁瑣；在上述脫水酯化反應(yīng)過程中存在以下缺點：中間體(r)-2-[(4-(2-氟-4腈基)-苯氧基)]-丙酸需要經(jīng)過過濾得到，然后再加入反應(yīng)容器中與正丁醇之間發(fā)生可逆的酯化反應(yīng)，操作繁瑣，且反應(yīng)產(chǎn)物中除了生成酯還生成水，要將產(chǎn)物水脫除才能促進(jìn)酯化反應(yīng)向右進(jìn)行，否則酯化反應(yīng)在進(jìn)行一段時間后將會逆向進(jìn)行，阻礙酯化反應(yīng)的進(jìn)程，而脫水的過程則比較緩慢，這無疑導(dǎo)致整個氰氟草酯的制備效率低下。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種氰氟草酯的合成方法，反應(yīng)過程無可逆的酯化反應(yīng)，生成中間體之后直接在同一反應(yīng)容器內(nèi)加入3，4二氟苯腈即可反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物氰氟草酯，中間體無需單獨分離出來，工藝比較簡單，合成效率較高，產(chǎn)品收率較高。
技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種氰氟草酯的合成方法，包括以下步驟：(1)將r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸和催化劑在有機溶劑中溶解得混合溶液m1；(2)向所述溶液m1中緩慢加入縛酸劑直至無氣體產(chǎn)生得混合溶液m2；(3)向溶液m2中加入溴丁烷，85～95℃反應(yīng)生成中間體r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸丁酯；(4)保持所述步驟(3)的溫度不變，加入3,4二氟苯腈反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物氰氟草酯。
優(yōu)選地，所述r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸和所述催化劑之間的質(zhì)量比為26.7～80：1；
優(yōu)選地，所述r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸與所述縛酸劑的質(zhì)量比為1：1.56～1.77；所述縛酸劑、所述溴丁烷以及所述3,4二氟苯腈的質(zhì)量比為2.01～2.32：1：1.02～1.03。
優(yōu)選地，所述縛酸劑為碳酸鉀。
優(yōu)選地，所述有機溶劑由質(zhì)子性有機溶劑與非質(zhì)子性有機溶劑組成；所述質(zhì)子性有機溶劑為甲苯，所述非質(zhì)子性有機溶劑為二甲基甲酰胺；所述甲苯與所述二甲基甲酰胺的體積比為1：1.6～6。與僅僅使用非質(zhì)子性有機溶劑或質(zhì)子性有機溶劑相比，質(zhì)子性有機溶劑與非質(zhì)子性有機溶劑組成的混合有機溶劑可以減少反應(yīng)過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，所述催化劑為溴化銨。
進(jìn)一步地，在所述步驟(4)中反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物氰氟草酯之后，還經(jīng)抽濾、甲苯洗滌、脫溶以及烘干得純凈干燥的氰氟草酯。
有益效果：本發(fā)明中，縛酸劑與r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸反應(yīng)會生成鉀鹽(這里以縛酸劑為碳酸鉀為例進(jìn)行說明)、二氧化碳和水，在步驟(2)中，反應(yīng)直至無氣體產(chǎn)生說明原料r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸完全反應(yīng)，生成的鉀鹽為步驟(3)中與溴丁烷之間反應(yīng)產(chǎn)生中間體r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸丁酯做好準(zhǔn)備，在步驟(3)中鉀鹽與溴丁烷之間發(fā)生反應(yīng)生成中間體r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸丁酯的過程中，還生成氫溴酸，且在步驟(4)中加入3,4二氟苯腈之后，中間體r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸丁酯與3,4二氟苯腈反應(yīng)又會生成氫氟酸，而縛酸劑能夠與氫溴酸和氫氟酸反應(yīng)生成鹽促使反應(yīng)平衡右移，從而能夠提高鉀鹽與溴丁烷之間以及中間體r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸丁酯與3,4二氟苯腈之間的反應(yīng)速率及轉(zhuǎn)化率，所以在步驟(2)中，通常加入過量的縛酸劑，一部分縛酸劑用于跟r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸反應(yīng)生成鉀鹽，另一部分縛酸劑用于吸收氫氟酸和氫溴酸。步驟(2)和(3)的整體反應(yīng)方程式如下：
另外，在步驟(3)中產(chǎn)生中間體r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸丁酯的過程中，是直接在鉀鹽中加入溴丁烷既可以實現(xiàn)，無需另外加水將鉀鹽溶解然后加酸調(diào)節(jié)ph至3～5，工藝簡單易容易控制；在步驟(3)中產(chǎn)生中間體r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸丁酯之后，直接向其中加入原料3,4二氟苯腈即可反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物，無需經(jīng)過濾步驟將中間體r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸丁酯單獨分離出來，操作簡便，且反應(yīng)中無酯化反應(yīng)這樣的可逆反應(yīng)，無需經(jīng)過脫水過程，反應(yīng)時間較短，反應(yīng)速率較快；反應(yīng)方程式如下：
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
實施方式1：
在500ml反應(yīng)瓶內(nèi)投40gr-2-(4-羥基苯氧基)丙酸和0.5g溴化銨，并加入100ml二甲基甲酰胺dmf和25ml甲苯作為溶劑將其溶解，之后緩慢加入碳酸鉀66.7g，待反應(yīng)瓶內(nèi)無氣體產(chǎn)生后加入30.5g溴丁烷，90℃反應(yīng)6小時后加入31g3，4二氟苯腈反應(yīng)4h，然后抽濾得濾液，并用50ml甲苯洗滌后與濾液合并后脫溶、烘干后得氰氟草酯74.8g，反應(yīng)總收率為95.3％，外觀為白色固體。
實施方式2：
在500ml反應(yīng)瓶內(nèi)投40gr-2-(4-羥基苯氧基)丙酸和0.5g溴化銨，并加入100ml二甲基甲酰胺dmf和50ml甲苯作為溶劑將其溶解，之后緩慢加入碳酸鉀70.7g，待反應(yīng)瓶內(nèi)無氣體產(chǎn)生后加入30.5g溴丁烷，85℃反應(yīng)7小時后加入31g3，4二氟苯腈反應(yīng)5h，然后抽濾得濾液，并用50ml甲苯洗滌后與濾液合并后脫溶、烘干后得氰氟草酯75.2g，反應(yīng)總收率為95.7％，外觀為白色固體。
實施方式3：
在500ml反應(yīng)瓶內(nèi)投40gr-2-(4-羥基苯氧基)丙酸和1.5g溴化銨，并加入150ml二甲基甲酰胺dmf和25ml甲苯作為溶劑將其溶解，之后緩慢加入碳酸鉀62.2g，待反應(yīng)瓶內(nèi)無氣體產(chǎn)生后加入30.5g溴丁烷，90℃反應(yīng)6.5h后加入31g3，4二氟苯腈反應(yīng)5.5h，然后抽濾得濾液，并用50ml甲苯洗滌后與濾液合并后脫溶、烘干后得氰氟草酯75g，反應(yīng)總收率為95.5％，外觀為白色固體。
實施方式4：
在500ml反應(yīng)瓶內(nèi)投40gr-2-(4-羥基苯氧基)丙酸和1g溴化銨，并加入120ml二甲基甲酰胺dmf和25ml甲苯作為溶劑將其溶解，之后緩慢加入碳酸鉀63.7g，待反應(yīng)瓶內(nèi)無氣體產(chǎn)生后加入30.5g溴丁烷，80℃反應(yīng)7小時后加入31g3，4二氟苯腈反應(yīng)4h，然后抽濾的濾液，并用50ml甲苯洗滌后與濾液合并后脫溶、烘干后得氰氟草酯75g，反應(yīng)總收率為95.5％，外觀為白色固體。
實施方式5：
在500ml反應(yīng)瓶內(nèi)投40gr-2-(4-羥基苯氧基)丙酸和1.5g溴化銨，并加入120ml二甲基甲酰胺dmf和75ml甲苯作為溶劑將其溶解，之后緩慢加入碳酸鉀62.2g，待反應(yīng)瓶內(nèi)無氣體產(chǎn)生后加入31g溴丁烷，90℃反應(yīng)6小時后加入31.8g3，4二氟苯腈反應(yīng)4h，然后抽濾的濾液，并用50ml甲苯洗滌后與濾液合并后脫溶、烘干后得氰氟草酯75g，反應(yīng)總收率為95.5％，外觀為白色固體。
對比例：
一種氰氟草酯的制備方法，包括以下步驟：
1)醚化反應(yīng)
向250ml四口燒瓶中投入n，n-二甲基乙酰胺100ml、碳酸鉀50g、三乙烯二胺5g和相轉(zhuǎn)移催化劑18-冠-60.3g，再分批投入(r)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸26g(0.14mol)，有大量氣泡產(chǎn)生；待(r)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸投料完畢，再投入3，4-二氟苯腈20g(0.14mol)，然后升溫至60℃，保溫反應(yīng)3小時，反應(yīng)結(jié)束。減壓蒸餾蒸除溶劑，降至室溫加水150ml溶解，用15％稀鹽酸調(diào)節(jié)ph值至4～5，攪拌析出固體，過濾得(r)-2-[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]-丙酸備用。
2)酯化反應(yīng)
向500ml四口燒瓶中投入上述中間體(r)-2-[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]-丙酸、200ml環(huán)己烷、正丁醇18g(0.24mol)和催化量的濃硫酸1g，升溫回流分水至無水分分出，反應(yīng)結(jié)束。
酯化反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)液水洗三次至ph為7，分出有機相，減壓蒸干溶劑得產(chǎn)品，兩步反應(yīng)總收率94％(以(r)-4-羥基苯氧基丙酸計)，外觀為白色固體。
從上述實施例1～5以與對比例進(jìn)行比較可以看出，使用本發(fā)明中的方法制備氰氟草酯的反應(yīng)總收率大于對比例，且使用本發(fā)明中的方法無需另外加水將生成的中間產(chǎn)物鉀鹽溶解然后加酸調(diào)節(jié)ph至3～5，工藝簡單易容易控制；產(chǎn)生中間體r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸丁酯之后，直接向其中加入原料3,4二氟苯腈即可反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物，無需經(jīng)過濾步驟將中間體r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸丁酯單獨分離出來，操作簡便，且反應(yīng)中無酯化反應(yīng)這樣的可逆反應(yīng)，無需經(jīng)過脫水過程，反應(yīng)時間較短，反應(yīng)速率較快；可見，在本發(fā)明中，從原料r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸與縛酸劑之間發(fā)生反應(yīng)生成鉀鹽，到鉀鹽與溴丁烷之間反應(yīng)生成中間體r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸丁酯，再到中間體r-2-(4-羥基苯氧基)丙酸丁酯與原料3,4二氟苯腈反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物氰氟草酯的整個過程中均在同一反應(yīng)容器內(nèi)完成，反應(yīng)中只需在反應(yīng)時保持溫度在85～95℃，后續(xù)原料均可以直接加入，工藝簡單易操作，反應(yīng)速率較高，合成效率較高，收率較高。
上述實施方式只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。