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

在农业和林业生产中，我们必须充分掌握各种防治对象的发生和变化规律，及时、准确地选择和使用农药，这对确保农业和林业的稳定发展和经济效益具有重要意义。我国是个农业大国,农药成为国民经济不可或缺的重要农业生产物资。农田化学除草剂的广泛应用,除了能有效解决草害问题,还能降低劳动强度,提高劳动生产率,产生极其显著的社会效益。异噁唑草酮是用于玉米、甘蔗田的有机杂环类选择性内吸型苗前除草剂,通过抑制对羟基苯丙酮双氧酶而破坏叶绿素的形成,导致杂草枯萎,从而达到除草的目的。2-甲硫基-4-三氟甲基苯甲酸甲酯是合成异噁唑草酮的重要中间体通过酮和酯的Klaisen缩合反应得到1-环丙基-3-(2-甲硫基-4-二氟甲基苯基)丙-1,3-二酮,进一步环合得到异噁唑草酮。由此可见2-甲硫基-4-三氟甲基苯磺酸甲酯是合成除草剂异噁唑草酮的重要中间体。2-甲硫基-4-三氟甲基苯磺酸甲酯的合成方法文献报道的有以下方法:第1种合成方法第2种方法我们课题组经过大量实验,在参考国内外文献的基础上1实验部分1.1主试剂和设备1.1.1主试剂对溴三氟甲苯(99%),浓硝酸(65%),浓硫酸(98%),丙酮、甘油、乙酸乙酯、甲醇为分析纯。1.1.2核磁共振测定HP5989A质谱仪E150-400(EI),BrukorAVANCE400核磁共振仪(以TMS为内标物),SGWX-4显微熔点测定仪(温度计已校正),Agilent1200Series型液相色谱仪(HPLC)。1.2合成方法1.2.1-溴-2-硝基三氟甲苯a的合成在装有电动搅拌器、滴液漏斗和温度计的四口烧瓶中加入0.35mol对溴三氟甲苯(99%)79.6g,1h内缓慢滴加0.35mol浓硫酸(98%)35g和0.35mol的浓硝酸(65%)80℃保温反应,完毕,降温至60℃,加入45g水,室温,静置分层,水层用乙酸乙酯萃取,合并有机相,用水洗,加入饱和碳酸氢钠溶液,洗涤、无水硫酸钠干燥,得到90g黄色油状物4-溴-2-硝基三氟甲苯0.33mol,收率95.6%,纯度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的合成在装有温度计、滴液漏斗、和搅拌器的四口烧瓶中加入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,升温到140℃反应1.5h,冷却至室温,用137mL水和136mL乙酸乙酯分离,水层用3x136mL乙酸乙酯萃取,用366mL盐水洗涤,无水硫酸钠干燥,得到36.6g黄色固体2-硝基-4-(三氟甲基)苯甲腈0.167mol。收率83.5%,纯度98.7%。熔点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的合成在装有温度计、滴液漏斗、和搅拌器的四口烧瓶中加入0.16mol2-硝基-4-(三氟甲基)苯甲腈35g,54.4g丙酮,室温下缓慢滴加20%的甲硫醇钠溶液60.6g(0.173mol),反应4h,冰浴冷却至0～5℃,析出黄色固体,过滤,洗涤,干燥得到黄色固体32.9g2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲腈0.15mol,收率94.3%,纯度99%。熔点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的合成在装有电动搅拌器、滴液漏斗和温度计的四口烧瓶中加入0.12mol2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲腈26.3g,加入27.7g氢氧化钾(97%)0.48mol,13.2mL水,131mL甘油,升温至126℃反应3h,冷却至室温,加入30%盐酸,调节溶液pH值2～3,过滤,滤饼用243.6mL水洗涤,干燥,得到27.3g米白色固体2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲酸0.115mol,收率95.8%,纯度99.5%。熔点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的合成在装有温度计、滴液漏斗、回流冷凝管和搅拌器的四口烧瓶中加入40.2g2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲酸0.16mol,缓慢滴加256mL甲醇,28.8mL浓硫酸,加热到70℃,回流反应10h,冷却,水洗,饱和碳酸氢钠溶液洗涤,再用饱和硫酸钠溶液洗到中性,无水硫酸钠干燥,得到32.5g米黄色2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲酸甲酯0.128mol,收率80%,纯度98.6%。熔点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结果与讨论2.1硝化反应2.1.1反应温度对收率的影响由于苯环上的硝化反应受温度和物料比的影响较大。经过大量试验发现,温度低,反应较慢;温度过高,浓硝酸容易分解,而且会发生副反应,通过综合分析温度为80℃,收率最佳。通过考察不同原料比在80℃条件下反应,结果(表1)。对溴三氟甲苯和浓硝酸的物料比为1:1,收率最高,为95.6%。2.1.2温度对收获率的影响由表2可以看出:反应温度对收率有明显影响,温度低时催化活性低,不利于反应,温度高了则副反应加剧,所以当反应温度为80℃时,收率最高。2.2氰基取代反应2.2.1材料比较的影响原料配比的增加让反应能够更加彻底,因此主产物收率提高。但是用量过高时可能导致副反应发生,所以比例应该控制在1:0.89较好。2.2.2反应期对收获率的影响考察4-溴-2-硝基三氟甲苯和CuCN发生取代反应,当反应时间控制在1.5h,收率最高。2.3甲硫基取代反应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)苯甲和甲硫醇钠发生取代反应,生成2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲腈时,当物料比为1:0.92,收率最佳。2.3.2反应期对收获率的影响由实验数据可以看出,当增加反应时间,收率增大,但是超过4h后,收率开始下降,所以最佳反应时间应当控制在4h。2.4反应与水解反应2.4.1影响布料收率的评价察物料比对收率的影响,当2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲腈和氢氧化钾的物料比为1:0.25时,收率最高。2.4.2反应期对收获率的影响考察反应时间对收率的影响,当2-硫甲基-4-(三氟甲基)苯甲腈和氢氧化钾发生水解反应,反应时间为3h,收率最大。2.5.1反应中的酯化反应2.5.1反应温度对收获率的影响由表9可以看出:反应温度对收率有明显影响,温度低时催化活性低,不利于反应,温度高了则副反应加剧,所以当反应温度为70℃时,收率最高。2.5.2反应期对收获率的影响随着反应时间的延长,收率不断增加,当超过10h后继续延长反应时间,收率开始下降,所以当反应时间为10h,收