CN101434546B - 一种2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法,所述的方法按如下步骤进行:在无溶剂或惰性溶剂存在下,3,4-二甲苯基烷基醚和硝酸发生一硝化反应,生成式(III)和式(IV)所示的3,4-二甲苯基烷基醚的一硝化物,再加入混酸发生二硝化反应,反应结束反应液后处理得到2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚,所述的混酸为发烟硝酸和浓硫酸的混合,所述的发烟硝酸和浓硫酸的质量比为1:1~10,本发明的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚合成方法,原料易得,对环境友好,收率较高,适宜工业化生产。
Description
(一)技术领域:
本发明涉及一种2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法,并涉及一种中间体3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法。
(二)背景技术:
2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚是高效、低毒、广谱除草剂二甲戊乐灵的中间体。二甲戊乐灵能有效地防除棉花、大豆、花生、水稻、玉米等作物的田间一年生禾本科和某些一年生阔叶杂草。
已有的合成方法主要是以3,4-二甲基苯酚为起始原料,经过硝化和烷基化反应来制备2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚。例如美国专利(US5602283)报道了用3,4-二甲基苯酚跟混酸(发烟硝酸和浓硫酸)反应得到2,6-二硝基-3,4-二甲基苯酚,用硫酸二甲酯处理2,6-二硝基-3,4-二甲基苯酚,得到2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚。该路线的缺点主要是硝化反应收率偏低,且烷基化试剂硫酸二甲酯剧毒。此外,美国专利(US6028226)也做了类似的工作,只是选择了环氧化合物或卤代烷作烷基化试剂,该路线的缺点主要是硝化反应收率偏低,且烷基化反应收率也偏低。
已有的关于中间体3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法主要是以3,4-二甲基苯酚为起始原料,跟硫酸二甲酯(J等,Chemistry & Biodiversity,2(9),1187-1194,2005)、二甲基硫醚(H.Majid等,Phosphorus,Sulfur andSilicon and the Related Elements,180(7),1701-1712,2005)等反应来制备3,4-二甲基苯甲醚。该合成路线的缺点主要是烷基化试剂硫酸二甲酯、二甲基硫醚剧毒,对环境不友好。此外,Goryunov L.I.等(ZhurnalOrganicheskoi Khimii,23(6),1230-7,1987)报道了以3,4-二甲基氟苯为起始原料,和甲醇反应生成3,4-二甲基苯甲醚。该路线主要的缺点主要是原料3,4-二甲基氟苯不易得,价格较高,且收率很低,只有30%左右。
(三)发明内容:
本发明的目的是克服现有合成方法的缺点,提供了一种2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法。
本发明为实现采用如下技术方案该方法是:
一种如式(I)所示的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法,所述的方法按如下步骤进行:在无溶剂或惰性溶剂存在下,式(II)所示的3,4-二甲苯基烷基醚和硝酸发生一硝化反应,生成式(III)和式(IV)所示的3,4-二甲苯基烷基醚的一硝化物,再加入混酸发生二硝化反应,反应结束,反应液经后处理得到2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚,式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)中的R为C1~C4的烷基,所述的混酸为发烟硝酸和浓硫酸的混合,所述的发烟硝酸和浓硫酸的质量比为1:1~10,
上述反应中,当所述的反应在无溶剂条件下反应时,所述的反应液后处理为:将反应液冷却过滤,滤饼即2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,用水洗涤,烘干得到2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚。
上述反应中,当所述的反应在惰性溶剂条件下反应时,惰性溶剂的量可以根据反应需要随意确定,所述的反应液后处理为:反应液冷却至室温,静置分层,取上层清液,用水洗涤,用无水硫酸镁干燥,脱溶,得到2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚。
所述的一硝化反应的3,4-二甲苯基烷基醚和硝酸投料物质的量比为1:1~10,以1:2~4为佳;所述的二硝化反应3,4-二甲苯基烷基醚和混酸中的硝酸物质的量比为1:1~10,以1:3~5为佳。
所述的一硝化反应的硝酸的质量浓度为50~100%的硝酸水溶液,以80-98%为佳。所述硝化反应的惰性溶剂为下列一种或一种以上的任意比例混合物:四氯化碳、氯仿或1,2-二氯乙烷。
二硝化反应的混酸为发烟硝酸(浓度为95~98%)和浓硫酸的混合酸,发烟硝酸和浓硫酸的质量比为1:1~10,以1:2~5为佳,这里所说的发烟硝酸和浓硫酸的质量比是指发烟硝酸溶液和浓硫酸溶液的质量比。
推荐所述的一硝化反应原料的滴加方式是将硝酸滴加到3,4-二甲苯基烷基醚中,一硝化反应的温度为0~45℃,以20~30℃为佳;二硝化反应原料的滴加方式是将混酸滴加到3,4-二甲苯基烷基醚的一硝化物中,二硝化反应的温度为45~80℃,以50~60℃为佳。
本发明推荐所述的式(II)所示的3,4-二甲苯基烷基醚按如下方法制备:
在催化剂存在下,3,4-二甲基溴苯和醇钠的相应的醇溶液发生烷氧化反应,生成3,4-二甲苯基烷基醚;所述的烷氧化反应的催化剂为氯化亚铜、氯化铜、溴化亚铜或溴化铜,催化剂加入量为3,4-二甲基溴苯质量的1-3%
所述的烷氧化反应的醇钠通式为RONa,其中R代表C1~C4的烷基,如甲醇钠、乙醇钠、丙醇钠、异丙醇钠、丁醇钠、异丁醇钠,相应的醇溶液通式为ROH,其中R代表C1~C4的烷基,如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇,3,4-二甲基溴苯和醇钠的物质的量比为1:1~2,以1:1.1~1.2为佳,醇钠的醇溶液的浓度为1~10mo l/L,以2~6mol/L为佳。
所述制备3,4-二甲苯基烷基醚时,优选烷氧化反应在100~160℃温度条件下进行,以120~140℃为佳,所述的烷氧化反应在0~1.8MPa压力下进行,压力的大小跟反应温度、醇溶液的种类和浓度有关。
具体的式(I)所示的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的制备方法为:在催化剂存在下,3,4-二甲基溴苯和醇钠的相应的醇溶液发生烷氧化反应,生成式(II)所示的3,4-二甲苯基烷基醚;所述的催化剂为氯化亚铜、氯化铜、溴化亚铜或溴化铜,催化剂加入量为3,4-二甲基溴苯质量的1~3%;再取3,4-二甲苯基烷基醚在无溶剂或惰性溶剂存在下,3,4-二甲苯基烷基醚和硝酸发生一硝化反应,生成式(III)和式(IV)所示的3,4-二甲苯基烷基醚的一硝化物,再加入混酸发生二硝化反应,反应结束,反应液经后处理得到2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚,式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)中的R为C1~C4的烷基,所述的混酸为发烟硝酸和浓硫酸的混合,所述的发烟硝酸和浓硫酸的质量比为1:1-10。
本发明的反应式如下:
其中,R代表C1~C4的烷基。
更具体的,所述的方法操作条件如下:
1.在催化剂存在下,反应温度控制在100~160℃温度下,3,4-二甲基溴苯和醇钠的醇溶液发生烷氧化反应,3,4-二甲基溴苯和醇钠的物质的量比为1:1~2,反应4h,冷却,过滤、除去滤饼,滤液分层,取下层清液,水洗,再取上层清液,得到3,4-二甲苯基烷基醚。
2.在无溶剂或惰性溶剂存在下,在0~45℃温度条件下,3h内将80~-98%的硝酸滴加到3,4-二甲苯基烷基醚中,其中3,4-二甲苯基烷基醚和硝酸的物质的量比为1:1~10,制得3,4-二甲苯基烷基醚的一硝化物,接着升温到45~80℃,3h内将混酸(浓度为95~98%发烟硝酸和98%浓硫酸以质量比为1:2~5的比例混合)滴加到3,4-二甲苯基烷基醚的一硝化物中,其中3,4-二甲苯基烷基醚与混酸中硝酸物质的量比为1:1~10,制得2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚。
本发明的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚合成方法,原料易得,对环境友好,收率较高,适宜工业化生产。
(四)实施方式:
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限于此:
实施例1
3,4-二甲基苯甲醚的制备:在高压釜中,加入370.1g(2.0mol)3,4-二甲基溴苯,3.7g溴化亚铜,129.6g(2.4mol)甲醇钠,1200ml甲醇,搅拌,油浴升温,在120℃下反应4h,釜内压力0.65MPa,反应结束后,冷却至室温,过滤除去滤渣(溴化钠),滤液静置分层,取下层清液(3,4-二甲基苯甲醚),往上层清液中加入200ml水,静置分层,取上层清液(3,4-二甲基苯甲醚),合并3,4-二甲基苯甲醚,用无水硫酸镁干燥,得到266.6g3,4-二甲基苯甲醚,收率98%。
实施例2-4
参考实施例1的方法,改变甲醇钠的用量,其他反应条件与实施例1相同,得到3,4-二甲基苯甲醚,结果如表1。
表1:甲醇钠用量对反应的影响
实施例 | 甲醇钠(mol) | 3,4-二甲基苯甲醚收率(%) |
2 | 2.0 | 90 |
3 | 2.2 | 98 |
4 | 4.0 | 98.2 |
实施例5-7
参考实施例1的方法,改变甲醇醇溶液的浓度,3,4-二甲基溴苯仍为370.1g(2.0mol),其他反应条件与实施例1相同,得到了3,4-二甲基苯甲醚,结果如表2。
表2:甲醇钠溶液的浓度对反应的影响
实施例 | 醇钠的醇溶液的浓度(mol/L) | 3,4-二甲基苯甲醚收率(%) |
5 | 1.0 | 60 |
6 | 6.0 | 98 |
7 | 10.0 | 98.1 |
实施例8-10
参考实施例1的方法,改变反应所用催化剂,分别用氯化亚铜、氯化铜和溴化铜替代溴化亚铜,催化剂质量仍为3.7g,其他反应条件与实施例1相同,得到了3,4-二甲基苯甲醚,结果如表3。
表3:催化剂对反应的影响
实施例 | 催化剂 | 3,4-二甲基苯甲醚收率(%) |
8 | 氯化亚铜 | 97.5 |
9 | 氯化铜 | 97.2 |
10 | 溴化铜 | 97.5 |
实施例11-13
参考实施例1的方法,改变反应的温度和压力,其他反应条件与实施例1相同,得到了3,4-二甲基苯甲醚,结果如表4。
表4:温度和压力对反应的影响
实施例 | 温度(℃) | 压力(MPa) | 3,4-二甲基苯甲醚收率(%) |
11 | 100 | 0.35 | 50 |
12 | 140 | 1.09 | 98.2 |
13 | 160 | 1.76 | 98.3 |
实施例14-18
参考实施例1的方法,用各种不同的醇钠替代甲醇钠,以各自相对应的醇溶液替换甲醇,醇钠的物质的量仍为2.4mol,各自相对应的醇溶剂的用量仍为1200ml,其他反应条件与实施例1相同,得到了相对应的3,4-二甲苯基烷基醚,结果如表5。
表5:各种3,4-二甲苯基烷基醚的合成
实施例 | 原料 | 质量(g) | 产物 | 3,4-二甲苯基烷基醚收率(%) |
14 | 乙醇钠 | 163.2 | 3,4-二甲基苯*** | 98.0 |
15 | 正丙醇钠 | 197.0 | 3,4-二甲基苯丙醚 | 97.5 |
16 | 异丙醇钠 | 197.0 | 3,4-二甲基苯异丙醚 | 97.3 |
17 | 正丁醇钠 | 230.6 | 3,4-二甲基苯丁醚 | 97.0 |
18 | 异丁醇钠 | 230.6 | 3,4-二甲基苯异丁醚 | 96.8 |
实施例19
2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚的制备:在三口烧瓶中,加入实施例1制得的136g(1.0mol)3,4-二甲基苯甲醚,搅拌,在20-30℃下,于3h内滴加132.6g(2.0mol)95%发烟硝酸,滴加完毕,保温反应3h,静置分层,得到3,4-二甲基苯甲醚的一硝化物。接着在3h内把混酸(198.9g(3.0mol)95%发烟硝酸和397.8g 98%浓硫酸)滴加到3,4-二甲基苯甲醚的一硝化物中,反应温度为50-60℃,滴完保温反应3h,然后冷却过滤,滤饼即2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,用3*100ml水洗涤,烘干得到207.9g 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,收率92%。
实施例20
2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚:在三口烧瓶中,加入实施例2制得的136g(1.0mol)3,4-二甲基苯甲醚和200ml的1,2-二氯乙烷的混合溶剂,搅拌,在20-30℃下,于3h内滴加132.6g(2.0mol)95%发烟硝酸,滴加完毕,保温反应3h,,静置分层,得到3,4-二甲基苯甲醚的一硝化物。接着在3h内把混酸(198.9g(3.0mol)95%发烟硝酸和397.8g 98%浓硫酸)滴加到3,4-二甲基苯甲醚的一硝化物中,反应温度为50-60℃,滴完保温反应3h,冷却至室温,静置分层,取上层清液,用3*100ml水洗涤,用无水硫酸镁干燥,脱溶,得到2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚210.2g,收率93%。
实施例21-23
参考实施例20的方法,改变一硝化反应中使用的硝酸的浓度,硝酸的物质的量不变,其他反应条件与实施例20相同,得到2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,结果如表6。
表6:硝酸浓度对反应的影响
实施例 | 硝酸(%) | 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚收率(%) |
21 | 50 | 80 |
22 | 80 | 91 |
23 | 100 | 93 |
实施例24-26
参考实施例20的方法,改变混酸的配比,混酸中的95%发烟硝酸的物质的量和其他反应条件与实施例20相同,得到2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,结果如表7。
表7:混酸配比对反应的影响
实施例 | 混酸(95%发烟硝酸+98%浓硫酸) | 收率(%) |
24 | 198.9g+198.9g | 85 |
25 | 198.9g+994.5g | 93 |
26 | 198.9g+1989g | 93 |
实施例27
2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚制备:除了132.6g(2.0mol)95%发烟硝酸换成66.3g(1.0mol)95%发烟硝酸外,其他操作均与实施例20相同,得到158.2g 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,收率70%。
实施例28
2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚制备:除了132.6g(2.0mol)95%发烟硝酸换成265.3g(4.0mol)95%发烟硝酸外,其他操作均与实施例20相同,得到210.2g 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,收率93%。
实施例29
2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚制备:除了132.6g(2.0mol)95%发烟硝酸换成663.2g(10.0mol)95%发烟硝酸外,其他操作均与实施例20相同,得到210.2g2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,收率93%。
实施例30
2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚制备:除了混酸(198.9g(3.0mol)95%发烟硝酸和397.8g 98%浓硫酸)换成混酸(66.3g(1.0mol)95%发烟硝酸和132.6g 98%浓硫酸)外,其他操作均与实施例20相同,得到135.6g 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,收率60%。
实施例31
2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚制备:除了混酸(198.9g(3.0mol)95%发烟硝酸和397.8g 98%浓硫酸)换成混酸(331.6g(5.0mol)95%发烟硝酸和663.2g 98%浓硫酸)外,其他操作均与实施例20相同,得到210.2g 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,收率93%。
实施例32
2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚制备:除了混酸(198.9g(3.0mol)95%发烟硝酸和397.8g 98%浓硫酸)换成混酸(663.2g(10.0mol)95%发烟硝酸和1326.4g 98%浓硫酸)外,其他操作均与实施例20相同,得到203.4g2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,收率90%。
实施例33
2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚制备:除了一硝化反应温度20-30℃换成0-5℃外,其他操作均与实施例20相同,得到125.6g 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,收率60%。
实施例34
2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚制备:除了一硝化反应温度20-30℃换成40-45℃外,其他操作均与实施例20相同,得到210.2g 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,收率93%。
实施例35
2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚制备:除了二硝化反应温度50-60℃换成45-50℃外,其他操作均与实施例20相同,得到125.6g 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,收率60%。
实施例36
2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚制备:除了二硝化反应温度50-60℃换成75-80℃外,其他操作均与实施例20相同,得到158.2g 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯甲醚,收率70%。
实施例37-41
参考实施例20的方法,用各种不同3,4-二甲苯烷基基醚替代3,4-二甲基苯甲醚,3,4-二甲苯烷基基醚的物质的量和其他反应条件与实施例20相同,得到了相对应的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚,结果如表8。
表8:各种2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成
实施例 | 原料 | 质量(g) | 产物 | 收率(%) |
37 | 3,4-二甲基苯*** | 150 | 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯*** | 93.0 |
38 | 3,4-二甲基苯丙醚 | 164 | 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯丙醚 | 92.5 |
39 | 3,4-二甲基苯异丙醚 | 164 | 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯异丙醚 | 92.3 |
40 | 3,4-二甲基苯丁醚 | 178 | 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯丁醚 | 92.0 |
41 | 3,4-二甲基苯异丁醚 | 178 | 2,6-二硝基-3,4-二甲基苯异丁醚 | 91.8 |
Claims (10)
2.如权利要求1所述的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法,其特征在于所述的一硝化反应的3,4-二甲苯基烷基醚和硝酸物质的量比为1∶1~10,所述的二硝化反应3,4-二甲苯基烷基醚与混酸中的硝酸物质的量比为1∶1~10。
3.如权利要求1所述的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法,其特征在于所述的一硝化反应的硝酸的质量浓度为50~100%。
4.如权利要求1所述的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法,其特征在于所述的惰性溶剂为下列一种或一种以上的任意比例混合 物:四氯化碳、氯仿或1,2-二氯乙烷。
5.如权利要求1所述的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法,其特征在于所述的一硝化反应原料的滴加方式是将硝酸滴加到3,4-二甲苯基烷基醚中,一硝化反应的温度为0~45℃,二硝化反应原料的滴加方式是将混酸滴加到3,4-二甲苯基烷基醚的一硝化物中,二硝化反应的温度为45~80℃。
6.如权利要求1所述的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法,其特征在于所述的式(II)所示的3,4-二甲苯基烷基醚按如下方法制备:在催化剂存在下,3,4-二甲基溴苯和醇钠的相应的醇溶液发生烷氧化反应,生成3,4-二甲苯基烷基醚;所述的催化剂为氯化亚铜、氯化铜、溴化亚铜或溴化铜,催化剂加入量为3,4-二甲基溴苯质量的1~3%。
7.如权利要求6所述的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法,其特征在于所述的醇钠为甲醇钠、乙醇钠、丙醇钠、异丙醇钠、丁醇钠或异丁醇钠。
8.如权利要求6所述的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法,其特征在于所述的3,4-二甲基溴苯和醇钠物质的量比为1:1~2。
9.如权利要求6所述的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法,其特征在于所述的醇钠的醇溶液的浓度为1~10mol/L。
10.如权利要求6所述的2,6-二硝基-3,4-二甲苯基烷基醚的合成方法,其特征在于所述的烷氧化反应在100~160℃温度及0~1.8MPa压力条件下进行。
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