WO2022088306A1 - 一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,该方法以3-氯-2-甲基丙烯、一氧化碳、盐酸羟胺为制备原料,经共聚、羟基化、关环反应得到最终产品。解决了原有4,4-二甲基异恶唑-3-酮制备技术中关环副反应杂质较多,难于精制,广灭灵产品的质量不高等技术难题。该工艺过程转化率、收率高、副产少,产品后处理简单,符合绿色经济循环理念。
Description
本发明涉及一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,具体的说是一种以3-氯-2-甲基丙烯、一氧化碳、盐酸羟胺为原料制备4,4-二甲基异恶唑-3-酮的方法。
广灭灵为我国从国外引进的新型高效农药,其在发达国家的施用已经相当普遍,具有杀草谱宽,除草效果好,施药时间长,可混性好,对环境安全等优点。目前其应用越来越广泛。广灭灵的合成路线主要有邻氯苯甲醛法和氯代特戊酰氯法两种,氯代特戊酰氯法在工业生产上被广泛采用,4,4-二甲基异恶唑-3-酮作为氯代特戊酰氯法制备广灭灵的反应中间体,其制备尤为关键。
专利WO2015/353、CN106749072、US5066665和US4405357公开了用氯代特戊酰氯与盐酸羟胺先制备3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺,然后再关环制备4,4-二甲基异恶唑-3-酮的工艺,该方法反应条件温和,反应所用的溶剂为水,相比邻氯苯甲醛法有很多优势。但由于关环副反应杂质较多,难于精制,从而影响了最终广灭灵产品的质量,目前该产品纯度不高,且收率约93%。
该方法中氯代特戊酰氯的制备文献报道有2,2-二甲基丙酸、3-羟基-2,2-二甲基丙醛、2-甲基丙醛和甲醛这三种方法,由于上述三种工艺制备氯代特戊酰氯过程中酰氯化多采用二氯亚砜,且收率相对较低,寻求一种收率高、反应温和的制备工艺成为近年来4,4-二甲基异恶唑-3-酮的研究重点。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,该方法以3-氯-2-甲基丙烯和一氧化碳为原料,经共聚反应制备3-氯特戊酸,再羟基化制备3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺,最后于碱性条件下关环得到中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮。该工艺过程转化率、收率高、副产少,产品后处理简单,符合绿色经济循环理念。
具体的合成路线为:
包括如下步骤:
(1)以3-氯-2-甲基丙烯和一氧化碳为原料,在催化剂I存在下,经共聚反应制得3-氯特戊酸;
(2)3-氯特戊酸经羟基化反应得到3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺;
(3)3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺于碱性条件下关环反应得到中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮。
更具体的:
(1)在催化剂I存在下,一氧化碳与3-氯-2-甲基丙烯发生共聚反应,反应完毕,一氧化碳停止供气,降温75~80℃,经水蒸气蒸馏,***萃取精制得到3-氯特戊酸;
步骤(1)中,所述催化剂I为BF
3·(H
2O)
x或H
2SO
4·(H
2O)
x或H
3PO
4·(H
2O)
x或其混合物;所述催化剂I的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的3~5%。
BF
3·(H
2O)
x选用BF
3·(H
2O)
2;H
2SO
4·(H
2O)
x选用H
2SO
4·H
2O或H
2SO
4·(H
2O)
2或H
2SO
4·(H
2O)
4;H
3PO
4·(H
2O)
x选用磷酸半水合物。
步骤(1)中,所述共聚反应压力维持在10~100MPa;共聚反应温度120~150℃;共聚反应时间为3~5小时。
3-氯-2-甲基丙烯采用分批加入的方式。
(2)将盐酸羟胺溶解于碱的水溶液中,加入催化剂II,同时将3-氯特戊酸在50~70℃加入溶液中,保温1-2h,得到中间体3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺的水溶液;以摩尔比计,3-氯特戊酸:盐酸羟胺=1:1.1~1.3,具体以液相色谱定量3-氯特戊酸,滴定法定量盐酸羟胺。
步骤(2)中碱的水溶液中碱的质量分数为30~40%,所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾;加入催化剂II后体系的pH为7.0~7.5。
步骤(2)中所述的催化剂II选自KI+聚乙二醇或KI+冠醚或KI+三甘醇;所述催化剂II的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的5-8%。所述的冠醚可以采用15-冠-5、18-冠-6。
本发明对体系的pH进行控制,当3-氯特戊酸加入进溶液后首先肟化,而非羟基化,避免了碱性溶液存在下3-氯特戊酸会羟基化,影响产率。
(3)将3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺水溶液在碱性条件下关环得到4,4-二甲基异恶唑-3-酮产品。
步骤(3)中反应温度为35~45℃,反应时间5-8h。
步骤(3)中所述碱性条件的pH保持在8.5-9.5,可以通过补加碱的水溶液进行调节。
本发明转化率高、收率高、副产少,解决了原有4,4-二甲基异恶唑-3-酮制备技术中关环副反应杂质较多,难于精制,广灭灵产品的质量不高等技术难题。该工艺过程符合绿色经济循环理念。
为了更好的理解本发明的技术方案,以下通过实施例形式的具体实施方式,对本发明的上述内容做进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明是对上述内容的限定。
实施例1
一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其具体步骤为:
(1)反应器中加入催化剂I BF
3·(H
2O)
2,注入一氧化碳气源,高压50MPa下,温度升至130℃,分批次加入3-氯-2-甲基丙烯181g,3-氯-2-甲基丙烯与一氧化碳气体在反应釜内发生汽化共聚反应,保温反应5小时,得到3-氯特戊酸反应液,停止一氧化碳气源,并降温至75℃。所述3-氯特戊酸反应液经水蒸气蒸馏,***萃取精制得到3-氯特戊酸。
(2)盐酸羟胺溶解在40%的氢氧化钠水溶液中,加入催化剂II KI+聚乙二醇,保持pH为7.0,将3-氯特戊酸加入至上述碱溶液中,70℃缩合反应得到3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺的水溶液。
以摩尔比计,3-氯-2-甲基丙烯:一氧化碳:盐酸羟胺:=1:1.5:1.2;
以摩尔比计,3-氯特戊酸:盐酸羟胺=1:1.3。
所述催化剂I的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的3%。
所述催化剂II的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的8%。
(3)将3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺的水溶液,继续在氢氧化钠碱性条件下保持pH为8.5,40℃反应6小时,处理,得到4,4-二甲基异恶唑-3-酮产品209.14g,液相色谱检测其含量约为99.2%,总收率约为90.8%。
实施例2
一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其具体步骤为:
(1)反应器中加入催化剂I H
2SO
4·(H
2O)
2,注入一氧化碳气源,高压10MPa下,温度升至130℃,分批次加入3-氯-2-甲基丙烯181g,3-氯-2-甲基丙烯与一氧化碳气体在反应釜内发生汽化共聚反应,保温反应5小时,得到3-氯特戊酸反应液,停止一氧化碳气源,并降温至75℃。所述3-氯特戊酸反应液经水蒸气蒸馏,***萃取精制得到3-氯特戊酸。
(2)盐酸羟胺溶解在30%的氢氧化钠水溶液中,加入催化剂II KI+冠醚,保持pH为7.5,将3-氯特戊酸加入至上述碱溶液中,60℃缩合反应得到3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺的水溶液。所述冠醚为18-冠-6。
以摩尔比计,3-氯-2-甲基丙烯:一氧化碳:盐酸羟胺:=1:2.0:1.1。
以摩尔比计,3-氯特戊酸:盐酸羟胺=1:1.1。
所述催化剂I的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的5%。
所述催化剂II的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的5%
(3)将3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺的水溶液,继续在氢氧化钠碱性条件下保持pH=8.5,45℃反应8小时,处理,得到4,4-二甲基异恶唑-3-酮产品204.67g,液相色谱检测其含量约为99.0%,总收率约为88.9%。
实施例3
一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其具体步骤为:
(1)反应器中加入催化剂I H
2SO
4·(H
2O)
4,注入一氧化碳气源,高压50MPa下,温度升至135℃,分批次加入3-氯-2-甲基丙烯181g,3-氯-2-甲基丙烯与一氧化碳气体在反应釜内发生汽化共聚反应,保温反应3小时,得到3-氯特戊酸反应液,停止一氧化碳气源,并降温至75℃。所述3-氯特戊酸反应液经水蒸气蒸馏,***萃取精制得到3-氯特戊酸。
(2)盐酸羟胺溶解在40%的氢氧化钠水溶液中,加入催化剂II KI+三甘醇,保持pH为7.5,将3-氯特戊酸加入至上述碱溶液中,50℃缩合反应得到3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺的水溶液。
以摩尔比计,3-氯-2-甲基丙烯:一氧化碳:盐酸羟胺:=1:1.8:1.2。
以摩尔比计,3-氯特戊酸:盐酸羟胺=1:1.2。
所述催化剂I的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的4%。
所述催化剂II的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的6%。
(3)将3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺的水溶液,继续在氢氧化钠碱性条件下保持pH=9.0,35℃反应5小时,处理,得到4,4-二甲基异恶唑-3-酮产品209.19g,液相色谱检测其含量约为99.1%,总收率约为90.9%。
实施例4
一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其具体步骤为:
(1)反应器中加入催化剂I H
2SO
4·H
2O,注入一氧化碳气源,高压100MPa下,温度升至120℃,分批次加入3-氯-2-甲基丙烯181g,3-氯-2-甲基丙烯与一氧化碳气体在反应釜内发生汽化共聚反应,保温反应5小时,得到3-氯特戊酸反应液,停止一氧化碳气源,并降温至75℃。所述3-氯特戊酸反应液经水蒸气蒸馏,***萃取精制得到3-氯特戊酸。
(2)盐酸羟胺溶解在30%的氢氧化钾水溶液中,加入催化剂II KI+三甘醇,保持pH为7.5,将3-氯特戊酸加入至上述碱溶液中,70℃缩合反应得到3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺的水溶液。
以摩尔比计,3-氯-2-甲基丙烯:一氧化碳:盐酸羟胺:=1:2.0:1.1。
以摩尔比计,3-氯特戊酸:盐酸羟胺=1:1.3。
所述催化剂I的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的5%。
所述催化剂II的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的7%。
(3)将3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺的水溶液,继续在氢氧化钾碱性条件下保持pH=9.0,45℃反应5小时,处理,得到4,4-二甲基异恶唑-3-酮产品209.88g,液相色谱检测其含量约为99.2%,总收率约为91.2%。
实施例5
一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其具体步骤为:
(1)反应器中加入催化剂I磷酸半水合物,注入一氧化碳气源,高压80MPa下,温度升至150℃,分批次加入3-氯-2-甲基丙烯181g,3-氯-2-甲基丙烯与一氧化碳气体在反应釜内发生汽化共聚反应,保温反应4小时,得到3-氯特戊酸反应液,停止一氧化碳气源,并降温至75℃。所述3-氯特戊酸反应液经水蒸气蒸馏,***萃取精制得到3-氯特戊酸。
(2)盐酸羟胺溶解在40%的氢氧化钾水溶液中,加入催化剂II KI+冠醚,保持pH为7.0,将3-氯特戊酸加入至上述碱溶液中,60℃缩合反应得到3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺的水溶液。
以摩尔比计,3-氯-2-甲基丙烯:一氧化碳:盐酸羟胺:=1:1.5:1.2。
以摩尔比计,3-氯特戊酸:盐酸羟胺=1:1.1。
所述催化剂I的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的3%。
所述催化剂II的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的8%。
(3)将3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺的水溶液,继续在氢氧化钾碱性条件下保持pH=9.0,40℃反应5小时,处理,得到4,4-二甲基异恶唑-3-酮产品208.5g,液相色谱检测其含量约为99.0%,总收率约为90.6%。
Claims (9)
- 一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)以3-氯-2-甲基丙烯和一氧化碳为原料,在催化剂I存在下,经共聚反应制得3-氯特戊酸;(2)3-氯特戊酸经羟基化反应得到3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺;(3)3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺于碱性条件下关环反应得到中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮。
- 根据权利要求1所述的一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其特征在于,其具体步骤为:(1)在催化剂I存在下,一氧化碳与3-氯-2-甲基丙烯发生共聚反应,反应完毕,一氧化碳停止供气,降温,经水蒸气蒸馏,***萃取精制得到3-氯特戊酸;(2)将盐酸羟胺溶解于碱的水溶液中,加入催化剂II,同时将3-氯特戊酸在50~70℃加入上述溶液中,保温1-2h,得到中间体3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺的水溶液;(3)将3-氯-N-羟基-2,2-二甲基丙胺水溶液在碱性条件下关环得到4,4-二甲基异恶唑-3-酮产品。
- 根据权利要求1所述的一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述催化剂I为BF 3·(H 2O) x或H 2SO 4·(H 2O) x或H 3PO 4·(H 2O) x或其混合物;所述催化剂I的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的3~5%。
- 根据权利要求1所述的一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述共聚反应压力维持在10~100MPa;共聚反应温度120~150℃;共聚反应时间为3~5小时。
- 根据权利要求1所述的一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其特征在于,以摩尔比计,3-氯-2-甲基丙烯:一氧化碳:盐酸羟胺:=1:1.5-2.0:1.1-1.2。
- 根据权利要求2所述的一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其特征在于:步骤(2)中碱的水溶液中碱的质量分数为30~40%,所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾;加入加入催化剂II后体系的pH为7.0~7.5。
- 根据权利要求2所述的一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述的催化剂II选自KI+聚乙二醇或KI+冠醚或KI+三甘醇;所述催化剂II的用量为3-氯-2-甲基丙烯摩尔量的5-8%。
- 根据权利要求2所述的一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其特征在于:步骤(3)中反应温度为35~45℃,反应时间5-8h。
- 根据权利要求2所述的一种中间体4,4-二甲基异恶唑-3-酮的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述碱性条件的pH保持在8.5-9.5。
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