CN103288874A - 一种草铵膦及其衍生物的制备方法 - Google Patents

一种草铵膦及其衍生物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种草铵膦及其衍生物的制备方法。步骤如下：（1）以取代乙内酰脲与甲基膦酸酯类化合物为原料，加入碱，在反应溶剂中，于20～100℃反应温度下进行亲核取代反应，得到乙内酰脲衍生物，反应过程用高效液相色谱跟踪产物生成情况以判断反应终点；所述甲基膦酸酯类化合物、取代乙内酰脲与碱的摩尔比为1：1.0～5.0：1.0～4.0；（2）将步骤（1）制得的乙内酰脲衍生物与无机酸在水中回流反应30～60小时，反应结束后加入氨水调节至溶液的pH=12，旋蒸除去溶剂，加入无水甲醇回流30～60分钟，过滤，母液旋干，加入甲醇重结晶后得到式（I）所示的纯品草铵膦或者其衍生物；其中，乙内酰脲衍生物与无机酸的摩尔比为1.0：4.0～9.0。

Description

一种草铵膦及其衍生物的制备方法
技术领域
本发明涉及一种草铵膦及其衍生物的制备方法。
背景技术
草铵膦(glufosinate)是赫斯特公司于上世纪80年代开发的新型灭生性除草剂，可用于果园、葡萄园、非耕地防除一年和多年生双子叶及禾本科杂草。赫斯特公司以草铵膦为目标，通过抗性基因转移、选育抗性作物品种，成功地将草铵膦的抗性基因导入了水稻、小麦、玉米等20多种作物中。这些转基因作物不仅在北美地区普遍种植，近年来在亚洲、澳洲、欧洲等部分国家和地区也开始推广，目前草铵膦用量仅次于草甘膦，是世界第二大转基因作物耐受除草剂。随着转基因技术的高速发展，草铵膦的市场前景十分看好。
目前国内外有关草铵膦的技术路线较多，例如高温催化合成法(EP0292918)，溴化合成法(俞传明.农药,2001,40(4),15)，紫外光催化合成法(李以名.农药,2012,51(1),12)等，这些路线虽然都能得到草铵膦，但是普遍存在路线长，操作繁琐，收率低等缺点，不适于工业化生产。目前比较成熟的工艺路线是利用Strecker反应制备氨基腈，经过水解制备草铵膦(US4264532，CN1267305A)。
Figure BDA00003194157300011
这条路线反应过程短，收率相对较高，但是存在如下一些缺点：1、反应过程使用剧毒品***，生产过程中存在安全隐患，环保压力大；2、用酸水解过程中，产生大量的氯化铵，提纯产品需要进行多次重结晶，工艺繁琐；3、反应过程中的关键中间体氨基氰类化合物沸点高且无明显紫外吸收，难以用气相色谱和液相色谱跟踪检测反应进程，不利于生产过程进行中间控制。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种草铵膦及其衍生物的制备方法。本发明是以甲基膦酸酯衍生物与取代乙内酰脲进行亲核取代反应，再水解制备草铵膦及其衍生物的方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种草铵膦及其衍生物的制备方法，步骤如下：
（1）以式（III）所示的取代乙内酰脲与式（II）所示的甲基膦酸酯类化合物为原料，加入碱，在反应溶剂中，于20～100℃反应温度下进行亲核取代反应，得到式（IV）所示的乙内酰脲衍生物，反应过程用高效液相色谱跟踪产物生成情况以判断反应终点；所述甲基膦酸酯类化合物、取代乙内酰脲与碱的摩尔比为1：1.0～5.0：1.0～4.0；
其中，R1为H、C1～C8的烷烃、C1～C8的酰基或苄基；R2为H、-CH3、(CH3)2CH-、(CH3)2CHCH2-或CH3CH2CH(CH3)-；X为氯、溴或碘；
（2）将步骤（1）制得的式（IV）所示的乙内酰脲衍生物与无机酸在水中回流反应30～60小时，反应结束后加入氨水调节至溶液的pH=12，旋蒸除去溶剂，加入无水甲醇回流30～60分钟，过滤，母液旋干，加入甲醇重结晶后得到式（I）所示的纯品草铵膦或者其衍生物；其中，式（IV）所示的乙内酰脲衍生物与无机酸的摩尔比为1.0：4.0～9.0；
所述步骤（1）中，反应溶剂为醇、酮或醚，所述碱为甲醇钠、乙醇钠、碳酸钾或乙醇胺。
所述醇为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇；所述酮为丙酮或丁酮；所述醚为四氢呋喃、***或丁醚。
所述步骤（1）中，甲基膦酸酯类化合物、取代乙内酰脲与碱的摩尔比优选为1：1.2：2.5。
所述步骤（1）中，反应温度优选为60℃。
所述步骤（2）中，无机酸为盐酸、硫酸或硝酸。
所述步骤（2）中，无机酸优选为硫酸，硫酸与式（IV）所示的乙内酰脲衍生物的摩尔比优选为4:1。
所述步骤（2）中，回流时间优选为40小时。
本发明中，式（II）所示的甲基膦酸酯类化合物由甲基亚膦酸酯类化合物与二卤代物反应制备(俞传明，农药，2001,40(4),15)
Figure BDA00003194157300031
式（III）所示的取代乙内酰脲由氨基酸与氰酸钾反应制备得到(Read.,J.Am.Chem.Soc.,1922,44,1746～1755)
Figure BDA00003194157300032
本发明的有益效果是，本发明以甲基膦酸酯类化合物为原料，经过与取代乙内酰脲进行亲核取代反应得到乙内酰脲衍生物，反应条件温和，收率较高，反应过程易于检测，同时避免了剧毒化学品***的使用；乙内酰脲衍生物水解后无需多次重结晶便可获得纯品草铵膦及其衍生物。反应路线短，反应过程易于检测，产物收率高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)乙内酰脲的制备
向250mL三口烧瓶中加入乙内酰脲12.01g(0.12mol)，乙醇钠10.2g(0.15mol)，乙醇90mL，室温搅拌20min，待完全溶解后，滴加甲基-2-溴乙基膦酸乙酯21.4g(0.10mol)，滴加完毕，升温至80℃反应5h，冷却至室温，抽滤除去固体，旋蒸除去溶剂，加入100mL乙醇溶解过滤，脱溶后得到5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)乙内酰脲粗品20.88g，收率：89.2%，含量:86.4%。1H NMR(D2O,300MHz)δ:1.212～1.245(m,3H);1.513(d,J=13.6Hz,3H);1.672～1.910(m,4H);3.928～3.976(m,2H);4.182(t,J=5.4Hz,1H)。
实施例2：5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)乙内酰脲的制备
向250mL三口烧瓶中加入乙内酰脲12.01g(0.12mol)，乙醇钠10.2g(0.15mol)，乙醇90mL，室温搅拌20min，待完全溶解后，滴加甲基-2-溴乙基膦酸乙酯21.4g(0.10mol)，滴加完毕，升温至40℃反应5h，冷却至室温，抽滤除去固体，旋蒸除去溶剂，加入100mL乙醇溶解过滤，脱溶后得到5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)乙内酰脲粗品13.68g，收率：58.4%，含量:56.6%。
实施例3：5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)乙内酰脲的制备
向250mL三口烧瓶中加入乙内酰脲12.01g(0.12mol)，乙醇钠10.2g(0.15mol)，乙醇90mL，室温搅拌20min，待完全溶解后，滴加甲基-2-溴乙基膦酸乙酯21.4g(0.10mol)，滴加完毕，升温至80℃反应3h，冷却至室温，抽滤除去固体，旋蒸除去溶剂，加入100mL乙醇溶解过滤，脱溶后得到5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)乙内酰脲粗品18.36g，收率：78.4%，含量:76.6%。
实施例4：5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)乙内酰脲的制备
向250mL三口烧瓶中加入乙内酰脲12.01g(0.12mol)，乙醇钠10.2g(0.15mol)，四氢呋喃90mL，室温搅拌20min，待完全溶解后，滴加甲基-2-溴乙基膦酸乙酯21.4g(0.10mol)，滴加完毕，升温至80℃反应5h，冷却至室温，抽滤除去固体，旋蒸除去溶剂，加入100mL乙醇溶解过滤，脱溶后得到5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)乙内酰脲粗品19.58g，收率：83.6%，含量:78.3%
实施例5：5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)乙内酰脲的制备
向250mL三口烧瓶中加入乙内酰脲12.01g(0.12mol)，乙醇钠10.2g(0.15mol)，丙酮90mL，室温搅拌20min，待完全溶解后，滴加甲基-2-溴乙基膦酸乙酯21.4g(0.10mol)，滴加完毕，升温至60℃反应5h，冷却至室温，抽滤除去固体，旋蒸除去溶剂，加入100mL乙醇溶解过滤，脱溶后得到5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)乙内酰脲粗品18.76g，收率：80.1%，含量:77.9%
实施例6：5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)-5-甲基乙内酰脲的制备
向250mL三口烧瓶中加入5-甲基乙内酰脲13.68g(0.12mol)，乙醇钠10.2g(0.15mol)，丙酮90mL，室温搅拌20min，待完全溶解后，滴加甲基-2-溴乙基膦酸乙酯21.4g(0.10mol)，滴加完毕，升温至60℃反应5h，冷却至室温，抽滤除去固体，旋蒸除去溶剂，加入100mL乙醇溶解过滤，脱溶后得到5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)-5-甲基乙内酰脲粗品18.38g，收率：74.1%，含量:78.2%
实施例7：草铵膦的制备
向250mL三口烧瓶中加入实施例1制备的5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)乙内酰脲13.55g(0.05mol)，滴加质量浓度为40%的硫酸49.02g(0.2mol)，滴加完毕，加热至回流反应50h，加入25%的氨水调节溶液的pH值至12，65℃旋蒸脱除溶剂，加入无水甲醇回流0.5h，过滤除盐，母液旋干后用甲醇重结晶得纯品草铵膦，收率：8.6g，收率：86.8%，含量:98.6%
实施例8：草铵膦衍生物的制备
向250mL三口烧瓶中加入实施例6制备的5-(2-(甲基乙氧基膦酰基)乙基)-5-甲基乙内酰脲12.41g(0.05mol)，滴加质量浓度为40%的硫酸49.02g(0.2mol)，滴加完毕，加热至回流反应50h，加入25%的氨水调节溶液的pH值至12，65℃旋蒸脱除溶剂，加入无水甲醇回流0.5h，过滤除盐，母液旋干后用甲醇重结晶得纯品4-[羟基(甲基)膦酰基]-2-甲基高丙氨酸8.1g，收率：76.4%，含量:96.6%。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种草铵膦及其衍生物的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）以式（III）所示的取代乙内酰脲与式（II）所示的甲基膦酸酯类化合物为原料，加入碱，在反应溶剂中，于20～100℃反应温度下进行亲核取代反应，得到式（IV）所示的乙内酰脲衍生物，反应过程用高效液相色谱跟踪产物生成情况以判断反应终点；所述甲基膦酸酯类化合物、取代乙内酰脲与碱的摩尔比为1：1.0～5.0：1.0～4.0；
Figure FDA00003194157200011
其中，R1为H、C1～C8的烷烃、C1～C8的酰基或苄基；R2为H、-CH3、(CH3)2CH-、(CH3)2CHCH2-或CH3CH2CH(CH3)-；X为氯、溴或碘；
（2）将步骤（1）制得的式（IV）所示的乙内酰脲衍生物与无机酸在水中回流反应30～60小时，反应结束后加入氨水调节至溶液的pH=12，旋蒸除去溶剂，加入无水甲醇回流30～60分钟，过滤，母液旋干，加入甲醇重结晶后得到式（I）所示的纯品草铵膦或者其衍生物；其中，式（IV）所示的乙内酰脲衍生物与无机酸的摩尔比为1.0：4.0～9.0；
Figure FDA00003194157200012
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，反应溶剂为醇、酮或醚，所述碱为甲醇钠、乙醇钠、碳酸钾或乙醇胺。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述醇为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇；所述酮为丙酮或丁酮；所述醚为四氢呋喃、***或丁醚。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，甲基膦酸酯类化合物、取代乙内酰脲与碱的摩尔比为1：1.2：2.5。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，反应温度为60℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，无机酸为盐酸、硫酸或硝酸。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，无机酸为硫酸，硫酸与式（IV）所示的乙内酰脲衍生物的摩尔比为4:1。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，回流时间为40小时。
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Address before: 250100 Shandong Province Flyover District of Ji'nan City Beiyuan Street No. 234

Applicant before: Inst. of Pesticide, Shandong Prov.

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