新型吡咯类杀虫剂溴虫腈合成新工艺

新型吡咯类杀虫剂溴虫腈合成新工艺第6卷第2期2007年4月现代农药ModernAgrochemicalsVOI_6NO.2Apr.2007麟新型吡咯类杀虫剂溴虫腈合成新工艺陆阳,李春仁,陶京朝,张志荣,徐固华(1.信阳农专有机化学教研室,河南信阳464000;2.信阳职业技术学院,河南信阳464000;3.郑州大学化学系,郑州450001;4.安徽省华祥农药化工公司,合肥230041)摘要:阐述了芳基吡咯类活性化合物的研究与开发进展,对文献报道的溴虫腈合成路线行了归纳和分析,设计了以对氯苄胺为原材料的新的合成路线,总收率达到52.1%,纯度为96.1%,通过红外光谱,核磁共振对产品进行了结构表征.,关键词:溴虫腈:杀虫剂;合成中图分类号:TQ453.6文献标识码:A文章编号:16715284(2007)02.002204NewsrnthesisMethodforaNewArylpyrroleInsecticideChlorfenapyrLUYang.,LIChunren!.TAOJingzhao.ZHANGZhi.rong,XUGuhua(1.OfficeofOrganicChemistry,XinyangAgricultureCollege,HenanXinyang464000,China;2.ChemicalEngineeringDepartmentofXinyangVocationalandTechnicalCollege,HenanXinyang464000,China;3.ChemistryDepartmentofZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China;4.AnhuiProvinceHuaxiangPesticidesChemicalEngineeringCompany,Hefei230041,China)Abstract:Theresearchanddevelopmentofsubstitutedarylpyrrolecompoundswereexpounded.Domesticandforeignmethodsofthesynthesisofchlorfenapyrwereintroduced,whilemajorprocessandproblemswerediscussed.Anewsyntheticrouteofchlorfenapyrbasedontheanalysisofrelativeliteraturemethodswasdesigned.Thetotalyieldreached52.1%andproductpuritywas96.1%.ThestructureoftheproductwascharacterizedbyIR.HNMRand”CNMR.Keywords:chlorfenapyr;insecticide;synthesis溴虫腈是一种新型取代芳基吡咯类杀虫剂,因其低毒特性,被农业部推荐为无公害农药.溴虫腈在中国的专利将于明年到期,目前国内研究主要采取的是肌氨酸路线,不仅原材料供应紧张,而且环境污染严重,所以立足于国内原材料,开发出低成本,环境污染小的新合成工艺是非常必要的.溴虫腈的合成方法归纳起来有:(1)N一甲基一2一芳基一4一溴一5一三氟甲基吡咯一3一腈在光照下与溴反应,再与乙醇钠反应州;(2)芳基吡咯腈在叔丁醇钾作用下,在四氢呋喃中与氯甲基乙基醚反应p;(3)芳基吡咯腈在DMF,三氯氧磷,三乙胺的存在下与二乙氧基甲烷反应.其合成路线一需要光照,反应缓慢;合成路线二用到致癌物质氯甲基乙基醚,危险较大;合成路线三使用DMF,三氯氧磷溶剂,造成有机废水污染环境.2一对氯苯基一5一(三氟甲基)吡咯一3一腈是溴虫腈合成的关键中间体,其合成方法如下:1)以对氯苯基氨基丙烯腈为原料,经溴化,与三氟丙酮环合0;2)一对氯苯基甘氨酸与三氟乙酰氯反应,再与2一氯代丙烯腈反应;3)三氟甲基对氯苄基甲酮与羟胺反应生成肟,与2一氯代丙烯腈反应;4)一对氯苯基三氟乙酰氨基腈与酰氯反应,再与2一氯代丙烯腈反应;5)对氯苯乙酰胺衍生物经氯化,再与丙烯腈环合;6)对氯苯甲酰氯与三氟乙胺盐酸盐作用,再经氯化转变为氯偕亚胺,在碱的作用下与2一氯代丙烯腈反应川.分析该中间体的各条路线,合收稿日期:2006一ll一27作者简介:陆阳(19一),男,河南信阳市人,讲师,从事有机教学和新产品开发,质量检测工作.Tel:037666963l5.l3607605543;Email:luyangzhzhl63.tom2007年4月陆阳,等:新型吡咯类杀虫剂溴虫腈合成新工艺成路线一国内无工业化原材料的批量生产;合成路线二起始原材料对氯苯甲醛价格高,使用剧毒品氢化钠;合成路线三要求无水,低温条件,成肟反应中产生异构体;合成路线四原t4Cr格昂贵;合成路线五,六原料无商业化生产,收率不高.本文研究了溴虫腈的合成新方法,并确定了比较合理的合成路线.首先对氯苄胺在三氯化磷的存在下与三氟乙酸发生反应,三氟乙酰化得到N一对氯苄基三氟乙酰胺,收率为90.4%;其次N一对氯苄基三氟乙酰胺在三氯氧磷的存在下通过氯化得到对氯苄基氯偕三氟乙酰亚胺,收率达到81.3%;第三步是对氯苄基氯偕三氟乙酰亚胺在碱的存在下与氯代丙烯腈发生l,3偶极环加成反应,区域定向性地得到2一对氯苯基一5一(三氟甲基)吡咯一3一腈,收率为86.1%;第四步:2一对氯苯基一5一(三氟甲基)吡咯一3一腈在氯苯中与溴发生取代反应,得到2一对氯苯基.4一溴一5一(三氟甲基)吡咯一3一腈,收率为90.7%;第五步:2一对氯苯基一4一溴一5一(三氟甲基)吡咯一3一腈在碱的作用下分别与氯溴甲烷,乙醇钠反应,得到目标产物溴虫腈,收率达到90.8%.c-0-一.Hc-Nc+c.-0-,c一c-B一NCCl!:!:!132.NaOC2Hsl试验部分1.1试剂和仪器仪器:XT一4双目显微熔点仪(温度计未经校正);元素分析仪:德国Heraeus公司CHNORAPID型分析仪;IR用Fr一8000红外光谱仪(KBr压片);HNMR由BrukerAC一400核磁共振仪测定,内标为TMS;产品纯度采用气相色谱法分析,福立GC9790气谱仪.1.2试验步骤1.2.1N一对氯苄基三氟乙酰胺的合成38.6g(O.27mo1)对氯苄胺,4og(O.35too1)三氟乙酸和104g(1.04too1)三乙胺分别投入到194mL乙腈中,室温下缓慢滴加46g(O.35mo1)三氯化磷,然后升温至60保温3h.蒸出部分乙腈,加水结晶,过滤,水洗,干燥得到白色固体57.95g,收率90.4%,熔点9192.IR(cm):3303,3099,2897,1699,1560,1495,1360,1217,1186,1150,1092,846.HNMR6(10):7.357.22(m,4H,phH),6.64(S,1H,NH),4.50-4.49(d,2H,CH2).”CNMR6(10):43.21(1C,CHz),ll7.2lll4.35(1C,C),129.34,129.23(4C,芳环6,7,9,10位),l34.3O(1C,CH:OC2H5芳环8位),157.02,157.39(1C,CO).1.2.2对氯苄基氯偕三氟乙酰亚胺的合成将21.8g(0.09mo1)N一对氯苄基三氟乙酰胺加入75mL三氯氧磷中,加热到100,回流反应4h,降温,减压蒸出过量的三氯氧磷后,减压蒸馏,收集l3Ol32/8kPa的馏分l8.7g,收率为81.3%.IR(cm):303l,2941,l703,1596,1493,1291,1214,l161,1093,803.HNMR6(10):7.357.25(m,4H,phH),4.77(s,2H,CH2).”CNMR6(10.):56.34(1C,CH2),l2O.62,ll7.87,ll5.12,ll2.37(1C,C),l28.94,l29.1l(5C,5,6,7,9,10位),l33.67(1C,8位),l34.33(1C,2位).1.2.32一对氯苯基一5一(三氟甲基)吡咯一3一腈的合成将23.6g(0.092mo1)对氯苄基氯偕三氟乙酰亚胺投入到98mL乙腈中,加入适量催化剂,在35下,0.5h内滴加8.4g(0.092mo1)氯代丙烯腈,回流反应4h,真空浓缩得到红色油状残留物.用9:l的正己烷/乙酸乙酯混合溶剂进行重结晶,得到浅黄色针状晶体21.4g,收率为86.1%,熔点237240(文献:228229).IR(cm-):3223,3057,2237,1653,1595,1474,1426,1204,1173,1098,831.HNMR6(100):l3.40(S,lH,NH),7.837.65(m,24现代农药第6卷第2期4H,Ar-H),7.30(S,lH,4位H).CNMR6(1O.o):9O.53(1C,3位),ll5.3lll5.38(1C,4位),ll6.52(1c,CN),122.13,121.73,121.33,120.93(1C,5位),124.74,122.08,ll9.43,ll6.77(1C,CF3),127.82(1C,2位),129.70,129.1l(4C,9,10,12,l3位),134.82(1C,ll位),140.97(1C8位).1.2.42-x-4-溴.5一(三氟甲基)吡咯-3一腈的合成将l8.3g(0.067too1)2一对氯苯基一5一(三氟甲基)吡咯一3一腈溶于ll2mL氯苯中,在45C下缓慢加入l5.8g(0.099mo1)溴,滴完后升温到IO0*C,反应6h,真空脱出溶剂,加水析出固体,过滤,用偏亚硫酸钠洗涤,得到黄色固体2l-3g,收率90.7%.用正己烷/乙酸乙酯混合溶剂进行重结晶,得到白色固体21.2g,熔点246249C(文献值:247250).IR(cm):3218,3046,2235,1604,1588,1466,l207,l183,ll10,976,827.HNMR6(10):l3.74(S,1H,NH),7.817.66(m,4H,ArH).CNMR6(1O):94.99(1C,3位),101.6101.5(1C,4位),ll4.5(1C,CN),ll8.7,ll9.1,ll9.5,l19.9(1C,5位),ll6.1,ll8.8,121.5,124.1(1C,CF3),126.8(1C,2位),129.2129.3(4C,9,10,12,13位),135.1(1c,ll位),140.7(1C,8位).1.2.5溴虫腈的合成将l6-4g(0.047mo1)2一对氯苯基4溴一5一(三氟甲基)吡咯一3填溶于46.8mL四氢呋喃中,缓慢滴加含有2.76g(60%,0.069mo1)氢化钠的58mL四氢呋喃中,在30C下搅拌O.5h,然后滴加l1.5g(0.092mo1)溴氯甲烷,在60反应5h,再用含有6.9g(0.106too1)乙醇钠的四氢呋喃溶液处理,再在60反应6h,降温,过滤,脱去溶剂,用正己烷结晶,得到黄色固体17.6g,正己烷/乙酸乙酯混合溶剂进行重结晶,得到白色固体l7.4g,收率90.8%,熔点9394C(文献值:9192).IR(cm):2983,2898,2231,1598,1545,1482,1438,l171,l125,lo97,1055,1031,832.HNMR6(10:7.547.47(m,4H,A卜H),5.19(S,1H,NCHz),3.423.37(m,2H,CH2-CH3),1.18一1.15(t,3H,CH3).CNMR6(10-6):14.68(1C,CH3),64.57(1C,l5位CHz),75.4175.44(1C,N-CHz),99.18(1C,3位C),103.55103.58(1C,4位C),ll3.39(1C,CN),ll6.Ol,l18.70,121.39,124.07(1C,C),120.44,120.20(1C,5位),125.26(1C,2位),129.62131.20(4C,9,10,12,13位),137.27(1C,ll位),144.27(1C,8位).ESlMS408【l+H】+.2结果与讨论2.1N一对氯苄基三氟乙酰胺的合成中各因素的影响2.1.1原料配比及温度对收率的影响由表l可知,随着投料比的增加,收率呈递增趋势;随着温度的上升,收率先增加,后下降,6O时收率最高.因此反应的优惠条件为(对氯苄胺):n(三氟乙酸):n(三氯化磷)=l:l-3:1.3,反应温度为6O.表1原料配比及温度对收率的影响%2.1.2反应时间对收率的影响由表2可知,当反应时间为3h时,收率最高.表2反应时间对收率的影响2.2对氯苄基氯偕三氟乙酰亚胺的合成中各因素的影响2.2.1反应温度及反应时间对收率的影响由表3看出,随着时间和温度的增加,收率提高,在IO0C,4h以上,对收率影响不明显,所以选择lo0,反应4h最好.表3反应温度及反应时间对收率的影响%2.2.2溶剂的影响曾有文献采用光气,但是光气有剧毒,通过试验发现,选用三氯氧磷为溶剂不仅反应条件温和,容易控制,而且可以获得更佳收率.2.32一对氯苯基一5一(三氟甲基)吡咯一3一腈的合成中各因素的影响2.3.1原料配比及时间对收率的影响由表4可知,随着时间的增加,收率逐渐提高,至4h时收率最高;两种投料比对收率的影响不大,2007年4月陆阳,等:新型吡咯类杀虫剂溴虫腈合成新工艺考虑成本,以,l(氯偕亚胺):n(氯代丙烯腈):n(三乙胺)=1:1.1:1.1为宜.表4原料配比及时间对收率的影响%配比2h3h4h5hI:I.I:I.I75.283.286.I85.2I:I.2:I.278.285.286.086.I2.3.2溶剂对收率的影响从环合反应机理可知,对l,3-偶极子稳定的溶剂有利于反应进行,通过大量试验证明了这一点.试验表明,以甲苯,氯苯为溶剂时,收率仅30%;以乙腈,DMF为溶剂,收率为80%,尤其以乙腈最佳,DMF因为有较高的沸点,脱溶分离较难,所以选择乙腈为溶剂最为理想.2.4反应温度对2.对氯苯基.4.溴.5.(三氟甲基)吡咯.3.腈合成的影响由表5可知,温度为100”(2时,收率最高,超出100(2容易造成溴的溢出.表5反应温度对收率的影响2.5溴虫腈合成中各因素的影响2.5.1温度与时间的关系2.5.1.1与溴氯甲烷的反应由表6可以看出,随着温度的升高,反应时间明显缩短.超出70(2,产品颜色较深,所以选择反应温度为60*(2最为适宜.表6反应温度与反应时间的关系温度,304050607080时间/hI5.4I2.57.455.I4.92.5.1.2与乙醇钠的反应由表7可知,6h反应完全继续升温对反应的影响不大,但会造成产品的颜色加深,因此温度为60C较适宜.表7反应温度与反应时间的关系2.5-2溶剂的影响反应中用到乙醇钠,溶剂应为非质子溶剂,同时溴化物又要求有较大的极性,因此选择易于从体系中分离,具有适当沸点的极性非质子溶剂四氢呋喃为反应溶剂最佳.2.5.3投料比对收率的影响2.5.3.1与溴氯甲烷的反应由表8可知,l(吡咯溴化物):n(氢化钠):n(溴氯甲烷)=l:1.5:2.0最佳.表8投料比对收率的影响2.5.3.2与乙醇钠的反应由表9可知,n(吡咯溴化物).,2(乙醇钠)一l2.5时,收率最高.表9投料比对收率的影响配比I:I.5I:I.8I:2.0I:2.3I:2.5反应情况不完全不完全不完全基本完全完全3结论1)反应的单步收率高,每步收率均达80%以上,反应条件温和易控.2)该路线避免了环境敏感,高毒性化学品氢化钠及致癌物氯甲基乙基醚的使用,对环境友好.3)该路线设计合理,原料价廉易得,中间体容易分离,溶剂能够回收循环利用,适于工业化生产.4)该路线涉及的环合方法是区域定向的,操作简便易行.参考文献【I】LyonsAC.HuberSK.IntermediatesUsefulfortheSynthesisofI?ArylpyrrolePesticides:US,627I392IPI.1995-07一I2.【21AddorRW,FurchJA,KuhnDG.ProcessforthePreparationofInsecticida1.AcaricidalandNematicidal2-Aryl-5-(trifluommethy1)-pyrroleCompounds:US.5030735IPI.I99107.I)9.I3l3KuhnDG,KamhiVM,FurchJA.TheSynthesisofI)yrroleswithInsecticidalActivity.PesticSci,I994.4I:279.286.【41PflugerRW.IndermiihleJ,FelixF.ProcessforthePreparationof3-PhenylpyrroleDerivatives:US,4958031)【PI.I99()-9-I8.【5】Knapp,Jr,PattiW.Manufactureof4-Aryl一2?perfluoroalkyl?3?oxazolin-5-onefromArylglycine:US.5453508【PI.I995-9-26.(下转第28页下)28现代农药第6卷第2期表4蒸干法测悬浮率的精密度l含平变兰a莠去津19.7219.8519.7519.9919,9719.8560.12320.62乙草胺I4.46I4.38I4.34I4.56I4.43I4.4340.07530.52绿麦隆5.525.575.585.545.565.5540.02410.43a一绿麦隆I2tl一要一二JO08rl6fl40200t】l4567业大学,2002,33(3):269272.a一莠去津;b一乙草胺;c一邻苯二甲酸二丁酯131曹斌.正确把握可湿性粉剂悬浮率渊定的几点要素IJI.农药科学图l样品气谱图与管理,1999,20(3):II.(上接第l4页)CevascoAA,ChiarelloG.A,RiekerWF,eta1.ProcessforthePreparationofDialkylPyridine-2.3-dicarboxylateandDerivativesThereoffromDialkylDichloromaleate:EP.461401PI.I99II2一I8.MeierJ,DeinhammerW.KmgelohK.f)cIsforthePreparationofPyddine2,3-DicarboxylicAcidEsters:US:5008392le1.19910416.DoehnerR.WindsorJ.ProcessforthePreparationofPyridineDicarboxylateDerivatives:US,582050fPI.19990406.CevascoAA,ChiarelloGA,RiekerWF,eta1.ProcessforPreparationofDialkylPydine一2,3-dicarboxylateandDerivativesThereoffromDialkylDichloromaleate;EP.461403【PI.199l一12一l8.Doehner,”FrancisR,LadnerDW,eta1.Novel5(and/or)8Substituted2.f2一Imidazolin-2一y1)nicotinicAcids,EstersandSalts,UsefulasHerbicidalAgentsandNivelIntermediatesforthePreparationofSaidNicotinicAcids,EstersandSalts:EP.322616lPI.I98907一()5.【8】中野达也.a一烷基丙烯醛的制造方法:JP.5-989lPI.19930l_08.9永松茂治,吉丸俊彦,安藤吕幸.等.吡啶?2,3-二羧酸衍生物的制造方法:JP.1.143857IPI.19890606.f10】RiekerWF.ProcessforthePurlficationof2,3-PyridineandQuinolinedicarboxylicAcidDiesterCompounds:EP.548522lP1.1992一ll一09.fllJGuptonBF,BeachV.ConversionofPyridine-2,3-dicarboxylicAcidEsterstoCyclicAnhydrides:US,5208342le1.199305一(H.i12SzczepausklH,DiirrD.ProcessforthePreparationof2-(Imidazatiu-2-y1)-3-pyridineand3-QuinolinecarboxylicAcids:US.4758667IPI.1988一()7一l9.(上接第25页)I6】Kameswaran,Venkatamman.ProcessforthePreparationofInsecticidal,AcaricidalandNematicidal2-Aryl-3-substituted-5-(trifluoro-methy1)pyrroleCompounds:US,5225568IPI.199376.171Kameswaran.Venkataraman.ProcessfortheManufactureof2-Aryl-5-perfluoroalkylpyrroleDerivatives:US.5777132IPI.I997627.18】Kameswamn.DebrominativeChlorinationofPyrroles:US,54497891PJ.I9959一I2.191Kameswaran.Venkataramau,Barton,a1.ProcessfortheMauu-factureofPesticidalI一(Alkoxymethy1)pyrroleCompounds:US.5I5I536lPI.I992929.I101Kameswaran,Venkataraman,Doehner,eta1.ProcessfortheManu?factureofInsecticidal2-Aryl-I一(alkoxymethy1)-4-halo-5-(trifluoro-methy1)pyrrole:US,5194630lPI.1993316.1II】KameswaranV,KuhnDG.ProcessfortheManufactureofInsecticidalNematicidalandAcaricidal2-Aryl-3-substituted?5-(trifluoromethy1)pyrroleCompoundsfromN一(substitutedbenzy1)-2.2.2-trifluoro-acetimedoylChlorideCompounds:US,5I45689lPI.199I一0909.【121Doehtter,RobertFB,JerryM.Alkoy,ymethylationofPyrroles:US.5359090lPI.I994一1025.