一種2,3-二氰基丙酸乙酯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種苯基吡唑類殺蟲劑中間體2，3-二氰基丙酸乙酯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 2,3_二氰基丙酸乙酯是合成苯基吡唑類殺蟲劑氟蟲腈和乙蟲腈的重要中間體，2， 3_二氰基丙酸乙酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)式：
[0004] 2,3-二氰基丙酸乙酯由Higson和Thorpe在1906年發(fā)現(xiàn)并制備，具體合成工藝為氰 基乙酸乙酯與甲醇鈉反應(yīng)生成氰基乙酸乙酯的鈉鹽，再與羥基乙腈反應(yīng)制備得2,3_二氰基 丙酸乙酯，反應(yīng)式如下：
[0006] Dickinson等在合成三氰基乙烯的過程中重復(fù)了這一制備過程，專利2005060749 公開的信息中以碳酸鉀替代甲醇鈉的作用合成2,3_二氰基丙酸乙酯。該法原料羥基乙腈在 實(shí)驗(yàn)室制備提純過程中容易受熱聚合，現(xiàn)今羥基乙腈生產(chǎn)方法主要以俄亥俄美孚石油公司 的乙腈氧化法和三菱化成工業(yè)公司的氫氰酸羥甲基化法為代表。
[0007] Whiteley等描述了利用氰基乙酸酯、醛(烷基醛或苯甲醛）、氰化鉀制備取代基二 氰基丙酸酯的過程，烷基醛分子中烷基碳數(shù)越小則反應(yīng)收率急劇降低。自1988年中國專利 88103601公開了以2,3-二氰基丙酸乙酯為原料合成具有殺蟲活性的N-苯基吡唑系列衍生 物以來，2，3_二氰基丙酸乙酯文獻(xiàn)報(bào)道逐漸增多，主要集中在20世紀(jì)90年代至今。專利 9732843公開了將氰化鉀、氰基乙酸乙酯和多聚甲醛投入乙醇中一步法合成2,3_二氰基丙 酸乙酯，反應(yīng)式如下：
[0009] 該方法成為2，3_二氰基丙酸乙酯的主要生產(chǎn)方法，中國專利1785966、101070305、 103214395和澳大利亞專利2010100309公開的信息表明類似該方法的合成工藝得到改進(jìn)。
[0010] 另外俄羅斯專利2312100公開了以多聚甲醛、氯乙酸乙酯和2-羥基丙腈為原料的 合成方法，其中2-羥基丙腈不常使用，價(jià)格昂貴；專利2012147093公開了以2-氰基-2-丙烯 酸乙酯和氰化鈉合成2,3-二氰基丙酸乙酯的方法；印度專利2013CH03749公開了鹵代乙腈 和氰基乙酸乙酯在催化劑DABC0作用下合成2,3_二氰基丙酸乙酯的方法。
[0011] 2,3_二氰基丙酸乙酯現(xiàn)有合成方法最大的問題是使用的原料α取代(氫或烯鍵、羥 基甲基等)氰基乙酸酯一般都使用金屬氰化物或氫氰酸制備，一步法合成更是直接使用劇 毒品金屬氰化物，在工藝操作、廢物處理等方面都存在操作和安環(huán)要求較高的問題，操作不 當(dāng)容易造成安全事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明提供一種2,3_二氰基丙酸乙酯的制備方法，是以丙二酸二乙酯與羥基乙腈 為原料，在甲醇鈉的甲醇溶液中反應(yīng)得到中間體Ια-氰基甲基-丙二酸二乙酯，中間體Ια-氰 基甲基-丙二酸二乙酯再在甲苯溶劑中與氨氣反應(yīng)得到中間體Π 2-酰胺基-3-氰基丙酸乙 酯反應(yīng)液，最后中間體Π 2-酰胺基-3-氰基丙酸乙酯反應(yīng)液在催化劑1，4_二氮雜二環(huán) [2.2.2 ]辛烷(簡稱DABC0)的作用下與光氣反應(yīng)得到產(chǎn)品2，3-二氰基丙酸乙酯。
[0013] 化學(xué)反應(yīng)式：
[0015] 本發(fā)明的具體操作步驟如下：
[0016] ①將丙二酸二乙酯與甲醇混溶，10°C以下3h內(nèi)緩慢滴入甲醇鈉的甲醇溶液，降溫 至〇°C，lh內(nèi)滴入羥基乙腈，滴完保溫?cái)嚢鑜h;10°C以下用飽和鹽酸調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH值至5,過 濾，減壓脫除濾液中的溶劑后得到濃縮料（回收甲醇除水后套用），濃縮料用二氯乙烷溶解， 過濾，脫溶，得到黃色液態(tài)的中間體Ια-氰基甲基-丙二酸二乙酯，含量大于95% (氣相色譜 歸一法），收率大于82%(以羥基乙腈計(jì)）；
[0017] ②將中間體Ια-氰基甲基-丙二酸二乙酯和溶劑甲苯投入高壓釜，用氮?dú)庵脫Q出釜 內(nèi)空氣，再通入氮?dú)庵粮獌?nèi)壓力為0.1 MPa，升溫至80°C，6h以內(nèi)分2~3個(gè)批次通入干燥的氨 氣反應(yīng)得到中間體Π 2-酰胺基-3-氰基丙酸乙酯反應(yīng)液，然后蒸餾中間體Π 2-酰胺基-3-氰 基丙酸乙酯反應(yīng)液回收甲苯溶劑和脫除副產(chǎn)物乙醇，當(dāng)蒸餾回收甲苯質(zhì)量達(dá)甲苯質(zhì)量用量 的50%時(shí)，中間體Π 2-酰胺基-3-氰基丙酸乙酯反應(yīng)液中的乙醇含量已降至反應(yīng)液總質(zhì)量 的0.3 %以下，此時(shí)中間體Π 2-酰胺基-3-氰基丙酸乙酯反應(yīng)液進(jìn)入第三步反應(yīng)；
[0018] ③將DABC0投入經(jīng)脫溶和脫除乙醇的中間體Π 2-酰胺基-3-氰基丙酸乙酯反應(yīng)液 中，升溫至l〇〇°C，通入光氣反應(yīng)5h，反應(yīng)完畢減壓脫除溶劑，得到紅色液態(tài)的2,3_二氰基丙 酸乙酯粗品。2,3_二氰基丙酸乙酯粗品含量大于85% (氣相色譜歸一法），收率大于90% (以 中間體I計(jì)）。再在140°C/lmmHg減壓蒸餾粗品，得到淡黃色液態(tài)的2,3_二氰基丙酸乙酯產(chǎn) 品，含量大于98 % (氣相色譜內(nèi)標(biāo)法）。
[0019] 本發(fā)明所述步驟①中，丙二酸二乙酯與甲醇混溶的質(zhì)量比為1:1，丙二酸二乙酯與 甲醇鈉的摩爾比為1:1.2,丙二酸二乙酯與羥基乙腈的摩爾比為1.05~1.1:1，二氯乙烷與 丙二酸二乙酯的質(zhì)量比為2:1，甲醇鈉的甲醇溶液的質(zhì)量百分濃度為25%。
[0020] 本發(fā)明所述步驟②中，中間體Ια-氰基甲基-丙二酸二乙酯與甲苯的質(zhì)量比為1:8， 氨氣與中間體Ια-氰基甲基-丙二酸二乙酯的摩爾比為1.05:1。
[0021] 本發(fā)明所述步驟③中，催化劑DABC0與中間體Ια-氰基甲基-丙二酸二乙酯的質(zhì)量 比為1:1000,光氣與中間體Ια-氰基甲基-丙二酸二乙酯的摩爾比為1.15:1。
[0022] 在本發(fā)明所述步驟①中，羥基乙腈分子的α氫同樣具備較強(qiáng)活性，如果改變投料順 序，先將羥基乙腈與甲醇鈉混合，則先形成羥基乙腈的鈉鹽，致使后續(xù)反應(yīng)無法進(jìn)行。過量 的丙二酸二乙酯和中間體I均容易在酸或堿環(huán)境中發(fā)生水解，酯基團(tuán)水解為羧酸基團(tuán)，丙二 酸二乙酯與羥基乙腈分子結(jié)合生成一分子水，使用濃鹽酸調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH值的過程將大量水 分帶入反應(yīng)液，滴加羥基乙腈反應(yīng)溫度控制在〇°C、調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH值過程的溫度控制在10°C 以下能防止酯基團(tuán)水解為羧酸基團(tuán)。
[0023] 在本發(fā)明所述步驟②中通過高壓和分批次通入氨氣的措施控制中間體I的酰胺 化，氨氣分2~3個(gè)批次通入，如果在高壓環(huán)境中一次性通入氨氣，中間體I分子的兩個(gè)酯基 團(tuán)均容易發(fā)生酰胺化，生成副產(chǎn)物；如果在常壓條件下勻速通入氨氣，則反應(yīng)難以繼續(xù)進(jìn) 行。在酰胺化過程中，酯基團(tuán)與氨氣生成副產(chǎn)品乙醇，大量乙醇的存在對(duì)酰胺基團(tuán)與光氣的 后續(xù)反應(yīng)影響大，因此在通入光氣反應(yīng)之前必須除去反應(yīng)液中的乙醇，通過蒸餾回收甲苯 溶液，帶出反應(yīng)液中的乙醇，使反應(yīng)液中的乙醇成分控制在較低水平。具體實(shí)施過程中通過 蒸餾回收甲苯溶液，乙醇含量控制在反應(yīng)液總質(zhì)量的0.3%以下，即視為反應(yīng)液中的乙醇已 脫除。
[0024] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0025] 1.不使用劇毒品金屬氰化物作為原料，不使用α取代(氫或烯鍵、羥基甲基取代等） 氰基乙酸酯作為起始原料，產(chǎn)生的三廢不含金屬氰化物劇毒品，處理難度不高，回收溶劑可 以套用；
[0026] 2.操作工藝簡單安全，使用的原料便宜易得。反應(yīng)收率高，產(chǎn)品品質(zhì)好，生產(chǎn)成本 低，后處理簡單，易于產(chǎn)業(yè)化。
【具體實(shí)施方式】 [0027] 實(shí)施例1
[0028] 將168.28(1.05!11〇1)丙二酸二乙酯與168.28甲醇投入反應(yīng)瓶中混溶，10°(3以下311 內(nèi)滴入272.3g(質(zhì)量分?jǐn)?shù)25 %，1.26mo 1)甲醇鈉的甲醇溶液，滴畢冷卻至0°C，lh內(nèi)再緩慢滴 入57.1g(lmol)羥基乙腈，滴畢0°C保溫lh;10°C以下用飽和鹽酸調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH值至5,過濾， 減壓脫除濾液中的溶劑后得到濃縮料，用336.4g二氯乙烷溶解濃縮料和浸洗濾餅，浸洗液 合并至濃縮料溶液，過濾，濾液脫溶，得到173g黃色液態(tài)的中間體Ια-氰基甲基-丙二酸二乙 酯，含量95.2%，收率82.7% (以羥基乙腈計(jì)）。
[0029] 將173g(0.83mol)中間體I和1384g(1598ml)甲苯投入高壓釜，氮?dú)庵脫Q釜內(nèi)空氣， 通氮?dú)庵涟謨?nèi)壓力為〇 . IMPa，升溫至80°C，通入7.5g(0.44mol)干燥的氨氣反應(yīng)3h，再補(bǔ)入 7.5g(0.44mol)氨氣后繼續(xù)反應(yīng)3h;蒸餾反應(yīng)液，在脫出710g甲苯時(shí)反應(yīng)液中的乙醇已脫 除；將0.17gDABC0投入反應(yīng)液中，升溫至100°C，5h內(nèi)勻速通入94g (0.95mo 1)光氣反應(yīng)，反應(yīng) 完畢減壓脫除溶劑，得到13 4 g紅色液態(tài)的2，3 -二氰基丙酸乙酯產(chǎn)品，含量8 5.1 %，收率 90.3%(以中間體1計(jì)）。140°〇/1111111!^減壓蒸餾產(chǎn)品，得到淡黃色液態(tài)的2,3-二氰基丙酸乙 酯，含量98.6%。
[0030] 實(shí)施例2
[0031] 將168.2g(1.05mol)丙二酸二乙酯與168.2g甲醇投入反應(yīng)瓶中混溶，10°C以下3h 內(nèi)滴入272.3g(質(zhì)量分?jǐn)?shù)25 %，1.26mo 1)甲醇鈉的甲醇溶液，滴畢冷卻至0°C，lh內(nèi)再緩慢滴 入57.1g(lmol)羥基乙腈，滴畢0°C保溫lh;10°C以下用飽和鹽酸調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH值至5,過濾， 減壓脫除濾液中的溶劑后得到濃縮料，用336.4g二氯乙烷溶解濃縮料和浸洗濾餅，浸洗液 合并至濃縮料溶液，過濾，濾液脫溶，得到172. lg黃色液態(tài)的中間體Ια-氰基甲基-丙二酸二 乙酯，含量95.3%，收率82.3% (以羥基乙腈計(jì)）。
[0032] 將172g(0.82mol)中間體I和1375g(1588ml)甲苯投入高壓釜，氮?dú)庵脫Q釜內(nèi)空氣， 通氮?dú)庵涟謨?nèi)壓力為〇 · IMPa，升溫至80°C，通入4.9g(0 · 29mol)干燥的氨氣反應(yīng)2h，補(bǔ)通入 4.98(0.29111〇1)干燥的氨氣反應(yīng)211，再補(bǔ)通入4.98(0.291]1〇1)干燥的氨氣繼續(xù)反應(yīng)211 ;蒸餾 反應(yīng)液，在脫出736g甲苯時(shí)反應(yīng)液中的乙醇已脫除；將0.17gDAB⑶投入反應(yīng)液中，升溫至 100°C，5h內(nèi)勻速通入93g(0.94mol)光氣反應(yīng)，反應(yīng)完畢減壓脫除溶劑，得到134.5g紅色液 態(tài)的2，3-二氰基丙酸乙酯產(chǎn)品，含