CN103739525B - 一种取代苯磺酰氯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种农药中间体的制备方法，具体是一种取代苯磺酰氯的制备方法。它是以取代苯胺为原料，首先与亚硝酸钠发生重氮化反应，然后再与含有催化剂的氯化亚砜水溶液发生酰氯化反应制得取代苯磺酰氯，产率在78%～91%之间。本发明简化了反应步骤，操作安全，反应条件温和易控，对设备要求低，收率提高，生产成本降低，且“三废”排放减少，降低了环保负荷，适合于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种农药中间体的制备技术领域，具体为通式（2）所表示的取代苯磺酰氯的制备方法。
式中，R1、R2表示为氢原子、卤原子、硝基、烷基或被卤原子取代的烷基。
背景技术
磺酰脲和磺酰胺类除草剂作为植物乙酰乳酸合成酶（ALS）抑制剂，被广泛应用于杂草的防除。这两类除草剂具有用量小、杀草谱广、选择性高、对哺乳动物安全等优点，是销量仅次于氨基甲酸酯类的产品，备受农药研发人员的关注。而取代苯磺酰氯是这两类除草剂合成中的一类重要中间体。
目前在磺酰脲及磺酰胺类除草剂的合成中，取代苯磺酰氯一般采取向重氮盐中通入SO2气体或在强碱条件下（如正丁基锂）通过亲电取代后氧化的方法向其中引入磺酰氯基团。通SO2的方法，合成操作过程繁琐，不易控制，且SO2利用率低，反应过程中会向空气中排出SO2，从而使环保负荷加重。通过实验发现，当苯环上取代基为强吸电子基团时，由于其有较强的稳定性，反应更加难以发生。公开号为US20020037811A1，公开日期为2002年3月28日的美国专利公开了除草剂五氟磺草胺的一种重要中间体2-氟-6-三氟甲基苯磺酰氯的合成，合成产率为58%。有关报道正丁基锂方法的文献（Penoxsulam-Structure-activityrelationshipsoftriazolopyrimidinesulfonamides.Bioorganic&medicinalchemistry,2009,17(12):4230-4240），该方法的反应步骤较长，成本高，且须在低温（-78℃）下进行，对反应设备要求高，不利于工业化生产，反应过程如下所示。
R表示为氢原子、卤原子、硝基、烷基、被卤原子取代的烷基等：
（a）BuLi,TMEDA,(i-pr)2NH,Et2O,-78℃;(b)(PrS)2,HCl,MeOH;(c)Cl2,H2O,HOAC。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种操作步骤简单、反应条件温和易控、产品收率高、环境污染小的取代苯磺酰氯的制备方法。该方法原料价廉易得、经济性高，有利于工业化生产。
为实现上述技术效果，本发明采用如下技术方案：一种取代苯磺酰氯的制备方法，以通式（1）所表示的取代苯胺为原料，首先与亚硝酸钠发生重氮化反应，生成重氮盐，然后生成的重氮盐再与含有催化剂的氯化亚砜水溶液发生酰氯化反应，制得通式（2）所表示的取代苯磺酰氯。
其反应式如下：
式（1）中，R1、R2表示为氢原子、卤原子、硝基、烷基或被卤原子取代的烷基，优选的，R1、R2为氢原子、卤原子、硝基、甲基、乙基、丙基，或被卤原子取代的甲基、乙基、丙基。
其具体制备步骤为：
1）重氮化反应在酸性介质下，于-25℃-30℃向取代苯胺中滴加亚硝酸钠溶液，反应20-60min；
2）酰氯化反应将上述反应后的溶液快速滴加到冰浴条件下的含有氯化亚铜或氯化铜的氯化亚砜水溶液中，反应10-20min，调pH值为2-8、萃取、旋蒸，得到通式（2）所表示的产物，即取代苯磺酰氯。
首先，在酸性介质下，于-25℃-30℃向取代苯胺中缓慢滴加亚硝酸钠溶液，形成重氮化反应体系，生成重氮盐。由于生成的重氮盐不稳定，在温度高时易分解，但是温度过低会延长反应时间，所以反应体系温度应控制在-25℃-30℃。经过多次试验，发现温度在-15℃-5℃时实验效果最佳。反应体系中，取代苯胺与酸性介质质量比为1:2-6，如果酸性介质过少会发生重氮盐的氨基化反应，酸性介质过多会造成浪费，故此选用上述范围。本发明采用的酸性介质为质量分数为37%浓盐酸或质量分数为50-75%的硫酸，重氮盐的生成必须在强酸性条件下，所以酸性较低不宜生成，而浓度过高的浓硫酸又具有强氧化性，易使不稳定的重氮盐分解，因此选用上述浓度的强酸。
对于该反应体系，要使得取代苯胺充分反应生成重氮盐就要使亚硝酸钠稍过量，亚硝酸钠量不足会导致生成的重氮盐发生自耦合反应，但是过量的亚硝酸钠同时对重氮盐有分解作用，经过多次实验探索发现，取代苯胺与亚硝酸钠的摩尔比为1:1.01-1.2时，实验效果最好。对于该反应过程，若反应时间少于20min则反应不完全，若反应时间多于60min，则会造成生成的重氮盐由于不稳定性而分解，因此该过程的反应时间为20-60min。
将上述反应后的体系在5min内加入到冰浴（0~5℃）下的催化剂与氯化亚砜水溶液的混合溶液中，在室温条件下反应10-20min。如果加入过程过慢会使重氮盐溶液升温而分解，因此加入过程要迅速，但过快会易产生大量N2造成反应液喷出，为了克服这个难题，本发明采用快速滴加的方式。该过程中由催化剂提供自由基，若催化剂的用量过小时反应速度较慢，催化效果不明显；用量过大时容易造成催化剂的浪费，而且加入量过大会相应的引入催化剂这种杂质。因此，取代苯胺与催化剂的摩尔比为1:0.05-0.2。本发明采用的催化剂为氯化铜或氯化亚铜。
该过程中，取代苯胺与氯化亚砜的摩尔比为1:2-5，为了使反应最大程度的生成产品，因此使氯化亚砜相对于化学计量比适当过量，多余的氯化亚砜会在水中水解成盐酸提供酸性环境，更易于生成磺酰氯，若氯化亚砜用量过多，则不易于后处理且会造成氯化亚砜的浪费。所述氯化亚砜溶液中氯化亚砜与水的体积比为1:1-5，若水的体积比过大不宜生成磺酰氯，在上述体积比范围内，实验效果最好，为防止氯化亚砜与水剧烈反应，生成SO2，试验必须控制在冰浴（0~5℃）的条件下，缓慢加入氯化亚砜。
通过TLC(薄层色谱法)对反应过程进行监测，得到该过程的最优反应时间为10-20min，若反应时间少于10min磺酰氯生成不完全，若反应时间多于20min会造成时间的浪费。
本发明采用氯化亚砜代替传统的SO2来与生成的重氮盐反应，既省去了通入SO2气体的步骤，使反应易控，又避免了反应过程中由于配备SO2饱和溶液而使大量SO2排出，导致资源浪费、环境污染的问题，并且相比较以往的方法，本发明有较高的产品收率。由于此反应是带正电荷的重氮盐离子(ArN2 +)得到电子，从而产生芳基自由基(Ar·)及N2，芳基自由基再与氯化亚砜水解产生的SO2反应，得到中间体ArSO2·，进而与氯化亚砜水解后得到的Cl离子结合得到产物ArSO2Cl。由于芳环上的吸电子基团会分散中间体ArSO2·的电子云密度，使其稳定性提高，因而此方法对合成含有吸电子基的苯磺酰氯其优势更为明显，实验结果也对其进行了证实。
酰氯化反应完成后，向反应体系中加入弱碱将体系pH值调至2-8。若pH值过小时产物不宜提取，并且反应液刺激性过大，若pH值过大可能会与产物发生反应，本发明采用浓氨水或碳酸钾或碳酸氢钠或碳酸钠调节pH，以上试剂均为弱碱，不会与产物发生反应。
pH值调节完后，再经萃取、旋蒸，得到通式（2）所表示的产物，即取代苯磺酰氯。所述萃取过程中的萃取剂为乙酸乙酯或***或乙腈或二氯甲烷或1,2-二氯乙烷，以上萃取剂对产物的溶解度比水大，易于萃取出取代苯磺酰氯。
本发明提供的技术方案的优点在于：简化了取代苯磺酰氯合成步骤，尤其是含有吸电子取代基的苯磺酰氯合成的反应条件及步骤，操作安全，反应条件温和，对设备要求低，产品质量和产率提高，减少了“三废”排放，减轻环保负荷，有利于进行工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明是如何实现的：
实施例1对氯苯磺酰氯的制备
将12.7g对氯苯胺加入盛有25.4g75%硫酸的三颈烧瓶中，将三颈瓶放置于冰浴中，在0～5℃下缓慢滴加20mL亚硝酸钠水溶液（5.5mol·L-1），滴加完毕后，搅拌反应20min，制得重氮盐溶液。
将23.8g氯化亚砜加入恒压滴液漏斗中，缓慢滴入冰浴下盛有14.5mL水的双颈烧瓶中，滴完后加入2.69g氯化铜，然后在冰浴条件下用胶头滴管将重氮盐溶液迅速加入该水溶液中，完毕后室温下搅拌20min，用饱和碳酸钾溶液调节体系pH至2，用乙酸乙酯萃取多次，旋蒸得到16.5g淡黄色固体，产率78%，熔点50.6～51.8℃。
实施例2对氯苯磺酰氯的制备
将12.7g对氯苯胺加入盛有38.1g浓盐酸的三颈烧瓶中，放置于冰浴中，控温0～5℃左右，缓慢滴加20mL亚硝酸钠水溶液（6.0mol·L-1），滴加过程中使温度在5℃以下，搅拌60min，制得重氮盐溶液。
将35.7g氯化亚砜加入恒压滴液漏斗中，缓慢滴入冰浴下盛有29mL水的双颈烧瓶中，滴完后加入0.99g氯化亚铜，然后用胶头滴管将重氮盐溶液迅速加入该水溶液中，完毕后室温下搅拌20min，用***萃取多次，饱和碳酸钾溶液调pH至4，旋蒸得到淡黄色固体，产率91%，熔点50.6～51.8℃。
实施例32-硝基-4-氯苯磺酰氯的制备
将17.3g2-硝基-4-氯苯胺加入盛有103.8g浓盐酸的三颈烧瓶中，放置于冰浴中，控温-5～0℃左右，缓慢滴加20mL亚硝酸钠水溶液（5.25mol·L-1），滴加过程中使温度在0℃以下，搅拌20min，制得重氮盐溶液。
将59.5g氯化亚砜加入恒压滴液漏斗中，缓慢滴入冰浴下盛有116mL水的双颈烧瓶中，滴完后加入0.8g氯化亚铜，然后用胶头滴管将重氮盐溶液迅速加入该水溶液中，完毕后室温下搅拌10min，用二氯甲烷萃取多次，饱和碳酸钾溶液调pH至8，旋蒸得到褐色固体，产率83%，熔点67.9～70.8℃。
实施例42-氟-6-三氟甲基苯磺酰氯的制备
将17.9g2-氟-6-三氟甲基苯胺加入71.6g50%的浓硫酸中，放置于冰浴中，控温-20～-10℃左右，缓慢滴加20mL亚硝酸钠水溶液（5.05mol·L-1），滴加过程中使温度在0℃以下，搅拌40min，制得重氮盐溶液。
将23.8g氯化亚砜加入恒压滴液漏斗中，缓慢滴加到冰浴下盛有72mL水的双颈烧瓶中，滴完后加入0.67g氯化铜，然后用胶头滴管将重氮盐溶液迅速加入该水溶液中，完毕后室温下搅拌10min，用1，2-二氯乙烷萃取多次，饱和碳酸钾溶液调pH至5，旋蒸得到深棕色油状液体，产率80%。
Claims (4)
1.一种取代苯磺酰氯的制备方法，其特征在于：以通式(1)所表示的取代苯胺为原料，首先与亚硝酸钠发生重氮化反应，生成重氮盐，然后生成的重氮盐再与含有催化剂的氯化亚砜水溶液发生酰氯化反应，制得通式(2)所表示的取代苯磺酰氯，其反应式如下：
式(1)中，R1、R2为氢原子、卤原子、硝基、甲基、乙基、丙基，或被卤原子取代的甲基、乙基、丙基；
所述的一种取代苯磺酰氯的制备方法，其具体步骤为：
1)重氮化反应酸性介质中，在-25℃-30℃下向取代苯胺中滴加亚硝酸钠溶液，搅拌反应
20-60min；
2)酰氯化反应将上述反应后的溶液快速滴加到冰浴条件下的含有催化剂的氯化亚砜水溶液中，溶液在室温下反应10-20min，调节pH值至2-8、萃取、旋蒸，得到通式(2)所表示的产物，即取代苯磺酰氯；
所述的整个反应过程中，以纯物质的摩尔比计，取代苯胺：亚硝酸钠：氯化亚砜：催化剂＝1:1.01-1.2:2-5:0.05-0.2；
步骤(2)中所述的氯化亚砜水溶液中氯化亚砜与水的体积比为1:1-5；
所述的催化剂为氯化亚铜或氯化铜；
步骤(2)中所述的调pH所用试剂为浓氨水或碳酸钾或碳酸氢钠或碳酸钠；
步骤(2)中所述的萃取所用的萃取剂为乙酸乙酯或***或乙腈或二氯甲烷或1,2-二氯乙烷。
2.根据权利要求1所述的一种取代苯磺酰氯的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的取代苯胺与酸性介质的质量比为1:2-6。
3.根据权利要求1所述的一种取代苯磺酰氯的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的酸性介质为质量分数为37％浓盐酸或质量分数为50-75％的硫酸。
4.根据权利要求1所述的一种取代苯磺酰氯的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的温度为-15℃-5℃。
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