用一鍋法合成吡蟲啉的工藝研究,植物保護(hù)論文

用一鍋法合成吡蟲啉的工藝研究,植物保護(hù)論文吡蟲啉[化學(xué)名：1-〔6-氯-3-吡啶甲基〕-N-硝基-2-咪唑啉亞胺]是20世紀(jì)80年代由德國拜耳公司和日本特殊農(nóng)藥株式會(huì)社共同開發(fā)的新型煙堿類殺蟲劑，因其具有高活性、低毒，且對環(huán)境安全，相關(guān)的研究遭到人們廣泛的關(guān)注.當(dāng)前，吡蟲啉的合成工藝主要有直接縮合法、后硝化法以及硝基胍法三大類。直接縮合法，反響簡單，但對原料的純度要求較高，并且催化劑成本高，難于回收;后硝化法需使用大量的濃硫酸和硝酸，三廢污染嚴(yán)重;硝基胍法中第一步合成的活性中間體N-〔2-氯-5-吡啶甲基〕乙二胺收率低，難于分離，且上述3種制備方式方法的收率均未達(dá)90%.近年來，串聯(lián)反響作為一種高效、綠色的合成方式方法，具有無需分離反響中間體、操作步驟簡單、副反響少、收率高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于合成化學(xué)和藥物開發(fā)中。Ponpandian等[利用一鍋法合成了一系列1,3,4-惡二唑-2〔3H〕-酮取代物，得到的產(chǎn)物收率高達(dá)94%.Yan等利用一鍋法合成了1-芳基-1,2,3-三氮唑，得到的產(chǎn)物收率高達(dá)98%.筆者分析了吡蟲啉的合成道路，中間體N-〔2-氯-5-吡啶甲基〕乙二胺活性大，較合適于串聯(lián)反響，由此，本文設(shè)計(jì)、報(bào)道了用一鍋法合成吡蟲啉的結(jié)果。1、實(shí)驗(yàn)部分1.1主要儀器與試劑WRS-2型微機(jī)熔點(diǎn)儀；BrukerAdvance400型核磁共振譜儀〔氘代丙酮為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)〕;NEXUS470FT-IR型紅外光譜儀〔KBr壓片〕;戴安Ultimate3000型高效液相色譜儀〔色譜柱：C18柱〔4.6mm150mm,5流動(dòng)相：甲醇∶水=20∶80〔V∶V〕;檢測波長260nm;柱溫25℃;流速0.8mL/min〕.2-氯-5-氯甲基吡啶〔CCMP〕,上海達(dá)瑞精細(xì)化學(xué)品有限公司，純度98%;硝基胍，上海達(dá)瑞精細(xì)化學(xué)品有限公司，純度98%;其余所用均為市售分析純級試劑，乙腈在使用前用無水硫酸鎂浸泡24h以上。1.2實(shí)驗(yàn)方式方法在三口燒瓶中參加3.01g〔50mmol〕無水乙二胺、1.04g〔10mmol〕硝基胍以及一定量的溶劑，滴加一定量的濃鹽酸，攪拌下于一定溫度下緩慢滴加溶于一定量溶劑的1.62g〔10mmol〕CCMP混合液，反響一定時(shí)間后，停止反響。參加碳酸鉀固體中和HCl,過濾得黃色澄清液。通過減壓蒸餾，將溶劑和未反響的無水乙二胺蒸除，得到淺黃色固體，即吡蟲啉粗品。將其參加純水中加熱攪拌至近沸，趁熱過濾，所得的結(jié)晶用純水洗滌3次，沉淀物枯燥后在丙酮中結(jié)晶，真空枯燥，即得淺黃色晶體。稱重，計(jì)算得產(chǎn)率，并用液相色譜分析純度。m.p.144.9℃,〔文獻(xiàn)值：143℃~144℃〕;1HNMR〔400MHz,acetone-d6〕：8.422〔s,1H,-CH-N〕,7.852〔d,1H,-CHC-C〕,7.461〔d,1H,-CH-C〕,4.584〔s,2H,-CH2〕,3.819〔t,2H,-CH2〕,3.647〔t,2H,-CH2〕,2.799〔s,1H,-NH〕;13CNMR〔100MHz,acetone-d6〕；28.341,41.670,44.748,124.181,131.501,139.226,149.530,206.217;IR〔KBr〕/cm-1:3354.08〔s〕,3042〔w〕,2984〔w〕,2900〔w〕,1566.92〔s〕,1474.99〔m〕,1441.49〔s〕,1390.57〔m〕,1292.25〔s〕,1239.87〔s〕,1139.67〔w〕,1097.14〔m〕,1046.86〔m〕,935.97〔m〕,829.25〔m〕,617.00〔m〕.2、結(jié)果與討論2.1串聯(lián)反響設(shè)計(jì)思路由圖1可知，兩步反響合成吡蟲啉的方式方法為先由CCMP與乙二胺反響生成N-〔2-氯-5-吡啶甲基〕乙二胺，而后與硝基胍在鹽酸溶液中成環(huán)反響生成吡蟲啉。兩步反響均為親核取代反響，反響的速率和親核試劑的親核性大小有關(guān)，當(dāng)CCMP與乙二胺反響生成中間產(chǎn)物后，中間產(chǎn)物的親核性遠(yuǎn)大于乙二胺，因而，造成中間產(chǎn)物再與原料CCMP反響生成副產(chǎn)物N,N-二-〔2-氯-5-吡啶甲基〕乙二胺，該副反響的發(fā)生使第二步反響產(chǎn)率遭到影響。筆者以為，假如合理利用仲胺的高活性，將原料硝基胍一起放入反響體系內(nèi)，高活性的N-〔2-氯-5-吡啶甲基〕乙二胺與硝基胍成環(huán)生成產(chǎn)物吡蟲啉，能夠抑制副反響發(fā)生，而且由于N-〔2-氯-5-吡啶甲基〕乙二胺的活性遠(yuǎn)大于乙二胺，在受控制的反響條件下也不會(huì)發(fā)生乙二胺與硝基胍成環(huán)副反響。設(shè)計(jì)的反響體系中硝基胍作為N-〔2-氯-5-吡啶甲基〕乙二胺的捕獲劑，N-〔2-氯-5-吡啶甲基〕乙二胺一旦產(chǎn)生立即與硝基胍成環(huán)，副反響由此得到控制，進(jìn)而提高反響的收率和改善產(chǎn)品的純度。這種直接一鍋法合成目的產(chǎn)物的方式方法即為串聯(lián)合成方式方法，反響式見圖式2.2.2串聯(lián)反響的條件優(yōu)化2.2.1pH對吡蟲啉收率的影響堿性條件對CCMP和無水乙二胺的反響有利，酸性條件對N-〔2-氯-5-吡啶甲基〕乙二胺與硝基胍的反響有利。串聯(lián)反響是在同一pH環(huán)境下發(fā)生的，由此，反響中的pH控制是一個(gè)重要影響因素。設(shè)計(jì)通過改變鹽酸的用量來調(diào)節(jié)反響體系的pH.令37%鹽酸和無水乙二胺的摩爾比為R,表1反映了R與產(chǎn)品收率的關(guān)系。由表1可知，當(dāng)R=0.329時(shí)，測得反響體系的pH=8,此條件下吡蟲啉的收率最高〔96.35%〕.2.2.2溶劑對吡蟲啉收率的影響溶劑的選擇，要同時(shí)考慮原料CCMP和硝基胍的溶解性，使它們都能溶解。硝基胍的極性大，可溶解于水和極性質(zhì)子溶劑，而CCMP可溶于大多數(shù)的有機(jī)溶劑而不溶于水等質(zhì)子溶劑中，因而選擇乙腈、甲醇等作為溶劑進(jìn)行了考察。這些溶劑的極性大小順序：乙腈甲醇乙醇二氯甲烷。表2反映的是溶劑對吡蟲啉收率的影響。從表2能夠看到，以乙腈和二氯甲烷作溶劑，吡蟲啉的收率分別為96.35%和94.08%,乙醇體系中，吡蟲啉的收率達(dá)69.40%,甲醇溶液中的收率僅為44.65%.相比乙腈、二氯甲烷，質(zhì)子性溶劑中吡蟲啉收率均下降，講明CCMP與乙二胺反響的溶劑選擇占主導(dǎo)地位，最合適此反響的溶劑是乙腈或二氯甲烷，這是由于CCMP與乙二胺反響后體系的極性增大，體系極性增大使得硝基胍的溶解性得到改善所致。為此，選擇以乙腈作溶劑，可使得吡蟲啉獲得較高收率。2.2.3溫度對吡蟲啉收率的影響反響溫度對反響速率有顯著影響，溫度每上升10℃，反響速率大約增加2~4倍，溫度太低，反響轉(zhuǎn)化不完全，時(shí)間延長；但溫度太高，易導(dǎo)致副反響發(fā)生。因而，選擇適宜的反響溫度也是工藝研究中的一項(xiàng)重要工作。筆者考察了不同的反響溫度對產(chǎn)品收率的影響，結(jié)果示于表3.由表3能夠看到，隨著反響溫度的升高，反響速率增大，吡蟲啉的產(chǎn)率也隨之增加，反響一定時(shí)間時(shí)，反響速率到達(dá)最大，若繼續(xù)升溫，仲胺與CCMP的副反響速率增加，導(dǎo)致最終吡蟲啉收率的降低。結(jié)果表示清楚，乙腈作溶劑，選擇溫度為20~30℃,收率最高。2.2.4反響時(shí)間對吡蟲啉收率的影響反響時(shí)間確實(shí)立用以反映串聯(lián)反響能否到達(dá)反響平衡，因而嚴(yán)格控制反響時(shí)間是必要的。在確定了反響溫度的條件下，筆者還考察了不同反響時(shí)間對產(chǎn)品收率的影響，結(jié)果見表4.由表4能夠看到，反響時(shí)間短，反響不完全。隨著反響時(shí)間的延長，吡蟲啉的產(chǎn)率也隨之增加，一定時(shí)間后，其產(chǎn)率基本保持恒定。由表4數(shù)據(jù)可知，乙腈作溶劑，反響溫度30℃，選擇反響時(shí)間t=120min,產(chǎn)率96.35%.3、結(jié)論利用串聯(lián)反響合成吡蟲啉的方式方法可行，并且解決了活性中間體進(jìn)一步發(fā)生副反