2-甲硫基-4-三氟甲基苯磺酸甲酯的合成

2-甲硫基-4-三氟甲基苯磺酸甲酯的合成

在農業(yè)和林業(yè)生產中，我們必須充分掌握各種防治對象的發(fā)生和變化規(guī)律，及時、準確地選擇和使用農藥，這對確保農業(yè)和林業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展和經濟效益具有重要意義。我國是個農業(yè)大國,農藥成為國民經濟不可或缺的重要農業(yè)生產物資。農田化學除草劑的廣泛應用,除了能有效解決草害問題,還能降低勞動強度,提高勞動生產率,產生極其顯著的社會效益。異噁唑草酮是用于玉米、甘蔗田的有機雜環(huán)類選擇性內吸型苗前除草劑,通過抑制對羥基苯丙酮雙氧酶而破壞葉綠素的形成,導致雜草枯萎,從而達到除草的目的。2-甲硫基-4-三氟甲基苯甲酸甲酯是合成異噁唑草酮的重要中間體通過酮和酯的Klaisen縮合反應得到1-環(huán)丙基-3-(2-甲硫基-4-二氟甲基苯基)丙-1,3-二酮,進一步環(huán)合得到異噁唑草酮。由此可見2-甲硫基-4-三氟甲基苯磺酸甲酯是合成除草劑異噁唑草酮的重要中間體。2-甲硫基-4-三氟甲基苯磺酸甲酯的合成方法文獻報道的有以下方法:第1種合成方法第2種方法我們課題組經過大量實驗,在參考國內外文獻的基礎上1實驗部分1.1主試劑和設備1.1.1主試劑對溴三氟甲苯(99%),濃硝酸(65%),濃硫酸(98%),丙酮、甘油、乙酸乙酯、甲醇為分析純。1.1.2核磁共振測定HP5989A質譜儀E150-400(EI),BrukorAVANCE400核磁共振儀(以TMS為內標物),SGWX-4顯微熔點測定儀(溫度計已校正),Agilent1200Series型液相色譜儀(HPLC)。1.2合成方法1.2.1-溴-2-硝基三氟甲苯a的合成在裝有電動攪拌器、滴液漏斗和溫度計的四口燒瓶中加入0.35mol對溴三氟甲苯(99%)79.6g,1h內緩慢滴加0.35mol濃硫酸(98%)35g和0.35mol的濃硝酸(65%)80℃保溫反應,完畢,降溫至60℃,加入45g水,室溫,靜置分層,水層用乙酸乙酯萃取,合并有機相,用水洗,加入飽和碳酸氫鈉溶液,洗滌、無水硫酸鈉干燥,得到90g黃色油狀物4-溴-2-硝基三氟甲苯0.33mol,收率95.6%,純度99%。1HNMR(400MHz,CDC13)δ:7.2(1H,ArH),7.7(1H,ArH),8.1(s,1H,ArH)。1.2.2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈b的合成在裝有溫度計、滴液漏斗、和攪拌器的四口燒瓶中加入0.2mol4-溴-2-硝基三氟甲苯54.5g,加入N,N-二甲基甲酰胺146mL,20.2gCuCN0.224mol,升溫到140℃反應1.5h,冷卻至室溫,用137mL水和136mL乙酸乙酯分離,水層用3x136mL乙酸乙酯萃取,用366mL鹽水洗滌,無水硫酸鈉干燥,得到36.6g黃色固體2-硝基-4-(三氟甲基)苯甲腈0.167mol。收率83.5%,純度98.7%。熔點43～44℃。1HNMR(400MHz,CDC13)δ:8.61(s.1HArH),8.13(s,2H,ArH)。1.2.3-硫甲基-4-三氟甲基苯甲腈b的合成在裝有溫度計、滴液漏斗、和攪拌器的四口燒瓶中加入0.16mol2-硝基-4-(三氟甲基)苯甲腈35g,54.4g丙酮,室溫下緩慢滴加20%的甲硫醇鈉溶液60.6g(0.173mol),反應4h,冰浴冷卻至0～5℃,析出黃色固體,過濾,洗滌,干燥得到黃色固體32.9g2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲腈0.15mol,收率94.3%,純度99%。熔點81～82℃。1HNMR(400MHz,CDC13)δ:2.61(s,3H,SCH3),7.46(d,1H,ArH),7.48(d,1H,ArH)。1.2.4-硫甲基-4-三氟甲基苯甲酸mol的合成在裝有電動攪拌器、滴液漏斗和溫度計的四口燒瓶中加入0.12mol2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲腈26.3g,加入27.7g氫氧化鉀(97%)0.48mol,13.2mL水,131mL甘油,升溫至126℃反應3h,冷卻至室溫,加入30%鹽酸,調節(jié)溶液pH值2～3,過濾,濾餅用243.6mL水洗滌,干燥,得到27.3g米白色固體2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲酸0.115mol,收率95.8%,純度99.5%。熔點179～180℃。1HNMR(400MHz,CDCl3)δ:2.45(s,3H,SCH3),8.39(d,1H,ArH),7.41(s,1H,ArH),8.19(d,1H,ArH)。1.2.5-硫甲基-4-三氟甲基苯甲酸甲酯e的合成在裝有溫度計、滴液漏斗、回流冷凝管和攪拌器的四口燒瓶中加入40.2g2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲酸0.16mol,緩慢滴加256mL甲醇,28.8mL濃硫酸,加熱到70℃,回流反應10h,冷卻,水洗,飽和碳酸氫鈉溶液洗滌,再用飽和硫酸鈉溶液洗到中性,無水硫酸鈉干燥,得到32.5g米黃色2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲酸甲酯0.128mol,收率80%,純度98.6%。熔點48.8～49.5℃。1HNMR(400MHz,CDC13)δ:2.48(s,3H,SCH3),3.97(s,3H,OCH3),7.43(d,1H,ArH),7.46(s,1H,ArH),8.12(d,1H,ArH)。2結果與討論2.1硝化反應2.1.1反應溫度對收率的影響由于苯環(huán)上的硝化反應受溫度和物料比的影響較大。經過大量試驗發(fā)現(xiàn),溫度低,反應較慢;溫度過高,濃硝酸容易分解,而且會發(fā)生副反應,通過綜合分析溫度為80℃,收率最佳。通過考察不同原料比在80℃條件下反應,結果(表1)。對溴三氟甲苯和濃硝酸的物料比為1:1,收率最高,為95.6%。2.1.2溫度對收獲率的影響由表2可以看出:反應溫度對收率有明顯影響,溫度低時催化活性低,不利于反應,溫度高了則副反應加劇,所以當反應溫度為80℃時,收率最高。2.2氰基取代反應2.2.1材料比較的影響原料配比的增加讓反應能夠更加徹底,因此主產物收率提高。但是用量過高時可能導致副反應發(fā)生,所以比例應該控制在1:0.89較好。2.2.2反應期對收獲率的影響考察4-溴-2-硝基三氟甲苯和CuCN發(fā)生取代反應,當反應時間控制在1.5h,收率最高。2.3甲硫基取代反應2.3.1-硫甲基-4-三氟甲基苯甲腈2-硫甲基苯甲腈3.2的合成考察2-硝基-4-(三氟甲基)苯甲和甲硫醇鈉發(fā)生取代反應,生成2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲腈時,當物料比為1:0.92,收率最佳。2.3.2反應期對收獲率的影響由實驗數(shù)據(jù)可以看出,當增加反應時間,收率增大,但是超過4h后,收率開始下降,所以最佳反應時間應當控制在4h。2.4反應與水解反應2.4.1影響布料收率的評價察物料比對收率的影響,當2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲腈和氫氧化鉀的物料比為1:0.25時,收率最高。2.4.2反應期對收獲率的影響考察反應時間對收率的影響,當2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲腈和氫氧化鉀發(fā)生水解反應,反應時間為3h,收率最大。2.5.1反應中的酯化反應2.5.1反應溫度對收獲率的影響由表9可以看出:反應溫度對收率有明顯影響,溫度低時催化活性低,不利于反應,溫度高了則副反應加劇,所以當反應溫度為70℃時,收率最高。2.5.2反應期對收獲率的影響隨著反應時間的延長,收率不斷增加,當超過10h后繼續(xù)延長反應時間,收率開始下降,所以當反應時間為10h,收