一種氟矽唑的合成方法
2023-06-03 06:04:21 1
專利名稱：一種氟矽唑的合成方法
技術領域：
本發明涉及精細化工產品的製備及應用，特別是一種氟矽唑的合成方法。
背景技術：
氟矽唑是20世紀80年代由美國杜邦公司以在歐洲、南美洲、北美洲和日本等地進行的大量實驗結果為依據推出的高效有機矽殺菌劑；屬三唑類殺菌劑，是留醇脫甲基化抑制劑，對於子囊菌綱、擔子菌綱和半知菌類有效，對卵菌無效，可用於防治蘋果黑星病、白粉病菌、禾穀類白粉黑腔菌、殼針孢屬菌、葡萄鉤絲殼菌、葡萄球座菌以及甜菜等多種作物上的各種病原菌，是重要的殺菌劑品種，商品名福星，對日光較穩定，在310°C以下亦比較穩定。殺菌劑Nustar、01ymp、Punch中也含有氟娃唑。而雙(4-氟苯基)-甲基氯甲基娃燒是目前此類比較新穎的農藥(殺菌劑)氟矽唑和氟矽唑類似物的重要中間體，其合成過程中對氟溴苯格氏試劑生產成本高、危險係數大(尤其是夏季等高溫環境)，很大程度上影響了氟矽唑的工業化的進一步生產。所以雙(4-氟苯基)甲基氯甲基矽烷的成功合成對於降低工業化危險係數、增加這種農藥的推廣力度具有很高的實用價值，且降低了生產成本，帶來了較好的經濟效益，能使合成工藝大大的推廣應用。目前合成該化合物的主要原料對氟溴苯格氏試劑的方法是用乙醚做溶劑，存在眾多缺點1)反應副產物多且難以去除，乙醚原料沸點、閃點低，易燃燒爆炸，當空氣中含量為I. 83-48.0%或氧氣中含量為2. 1-82.5%, 即有此可能，乙醚的蒸氣密度較空氣大2-6倍，容易著火，增大了工業化生產危險係數；2) 每生產一噸產品在反應第一步就產生20噸含溴廢水，處理難度大，環境汙染嚴重。3)化學性質不穩定，暴露於空氣中、遇光或受熱即變質，生成過氧化物或乙醛，刺激性更強，且純度要求高，微量的雜質即增加產率和純度的困難；4)引發階段不易控溫，對設備的要求苛刻，加上運輸、儲存和投料困難，春夏秋等季節環境溫度略高就不能生產。由於上述存在問題，特別是容易引起燃燒爆炸，使用的範圍逐年減少，世界上各大化工行業也早禁用。相關用乙醚作為溶劑製備對氟溴苯格氏試劑的文獻，參見a. Mober g W K. Fung icidal I, 2,4 Γtriazole deriv atives :US,4510136[P]· 1985「04「09 ;b.馬清海，毛向群·殺菌劑氟娃唑的合成[J]·河北化工，2006(1) :32,38 ；c. Organometallic Chemistry (1989) 3 133-139，其收率和純度僅為50-60%。也有文獻用甲基叔丁基醚做溶劑製備對氟溴苯格氏試劑，參見孫曉泉，陸濤.高效有機矽殺菌劑氟矽唑的工藝改進[J].山西化工，2008 (3) 28， 3，總收率61. 32%，由於收到純度和產率的限制、甲基叔丁基醚沸點高等缺點，也不適合工業的大規模生產。目前的氟矽唑生產公司也嘗試用四氫呋喃做溶劑進行研究，但都因為格氏試劑和氯矽烷原料反應效率太低沒有實用價值而失敗。基於上述各種原因，目前急需一種具有經濟性高、收率好、副反應少和對環境汙染小、全天候和安全方便的由對氟溴苯格氏試劑合成雙(4-氟苯基)甲基氯甲基矽烷原料來加強此種性能優良的農藥的生產能力。我們在以往試驗經驗的基礎上，對本試驗進行了深入的研究，最終發現了符合上述要求的試驗方法和條件。對比相關文獻以及專利的報導，本發明有以下幾點優勢1)採用自選高效催化劑使反應可以用較高沸點有機溶劑製備格氏試劑後和氯矽烷類原料高效反應，安全方便的合成了純度達95%以上的中間體；2)採用甲苯等為溶劑體系，在以往的文獻中幾乎沒有此種方法；3)採用的溶劑循環利用廉價且綠色環保；4)後處理工藝簡單，可以達到98%以上的產率，將原有工藝生產每噸產品產生的20 噸廢水量降為0，副產物鎂鹽可以作為產物出售，整個工藝沒有任何三廢，是清潔生產工藝， 因此本發明在工業生產中具有很高的優越性。
發明內容
本發明的目的在於針對上述存在問題，提供了一種高效、經濟、綠色、安全且符合工業生產要求的氟矽唑的合成方法。本發明的技術方案一種氟矽唑的合成方法，以對氟溴苯、甲基氯甲基二氯矽烷、鎂屑為原料，以碘為引發劑，在有機溶劑中進行催化反應製得，步驟如下I)在氮氣保護下將鎂屑加入有機溶劑中，升溫至40°C後加入碘，然後在60_64°C 下滴加對氟溴苯，滴加完畢後在該溫度條件下繼續反應3h，得到對氟溴苯格氏試劑；2)在氮氣保護下將甲基氯甲基二氯化矽、催化劑加入有機溶劑中，固料完全溶解後降溫至0-10°C，滴加上述對氟溴苯格氏試劑，滴加完畢後在-5°c 10°C溫度下催化反應 12h，然後升至室溫，過濾並用有機溶劑洗滌濾餅，將濾液常壓蒸餾回收有機溶劑後，即可製得氟矽唑中間體；3)在氮氣保護下將三唑溶於甲苯中得到三唑甲苯溶液，加入質量百分比濃度為 50%的NaOH水溶液中，加熱回流至無水生成，然後常壓蒸出甲苯，再加入N，N-二甲基甲醯胺(DMF)並升溫至152°C，在該溫度下回流3小時至三唑鈉鹽全部溶解，製得無水三唑鈉鹽的N，N- 二甲基甲醯胺(DMF)懸浮液；4)將上述N，N-二甲基甲醯胺懸浮液降溫至50°C，加入上述氟矽唑中間體，再升溫至132-136 ，攪拌反應8-12小時後減壓蒸餾除去N，N-二甲基甲醯胺，然後降溫至45°C， 向體系中加入水和甲苯攪拌並自然降至室溫，分層，收集有機相，再用飽和NaCl水溶液洗滌有機相，經無水MgSO4乾燥，即可製得得目標產品氟矽唑。所述對氟溴苯、鎂屑、碘與有機溶劑的質量比為
I 8. 5-9. O O. 001-0. 003 8. 0-8. 5。所述有機溶劑為甲苯、二甲苯、甲基叔丁基醚、異丙醚、二乙醚、二氧六環或四氫呋喃。所述催化劑為CuCl、AgCl、CuCl2、(CH3COO) 2Cu、CuC104、Cu (CH3CN) 4C104 或 CuCN。所述甲基氯甲基二氯化矽與催化劑的質量比為I : O. 01-0. 05，有機溶劑的用量
為將甲基氯甲基二氯化矽和催化劑完全溶解；甲基氯甲基二氯化矽與對氟溴苯格氏試劑的摩爾比為I : 2。所述對氟溴苯和對氟溴苯格氏試劑的滴加速率均為每10秒I滴。所述三唑甲苯溶液中甲苯的用量為將三唑完全溶解並過量20-40%，三唑甲苯溶液與質量百分比濃度為50%的NaOH水溶液的體積比為40-53 I，三唑與質量百分比濃度為50%的NaOH水溶液的質量比為1-3 I。所述DMF懸浮液與氟矽唑中間體的質量比為4-6 1，水、甲苯與氟矽唑中間體的質量比為1-5 : I。本發明的優點是製備方法簡單實用、效率高、安全方便，產品純度高、收率高，最終產物的收率在96%以上，純度在95%以上；合成中採用的試劑毒性低、經濟性高且副反應少；由於溶劑循環利用，使生產成本與危險係數大大降低，經濟性好，可商業化大規模生產，滿足當前不斷增長的市場需求。
具體實施例方式實施例I :一種氟矽唑的合成方法，步驟如下I)在裝有回流及機械攪拌裝置的IL四口瓶中，在氮氣保護下將42. 3g鎂屑加入 48g甲苯中，升溫至40°C後加入O. 006g碘，然後在60-64°C下滴加4. 8g對氟溴苯，滴加完畢後用冰水降溫並保持該溫度條件下繼續反應3h，得到對氟溴苯格氏試劑；2)在裝有回流及機械攪拌裝置的2L四口瓶中，在氮氣保護下將122. 6g(0. 75mol) 甲基氯甲基二氯化娃、3. 24g AgCl加入348g甲苯中，固料完全溶解後降溫至0_10°C,滴加該實例中步驟I製備的對氟溴苯格氏試劑，滴加完畢後在-50C 10°C溫度下催化反應12h， 然後升至室溫，過濾並用40g甲苯洗滌濾餅，將濾液常壓蒸餾回收甲苯後，即可製得氟矽唑中間體雙(4-氟苯基)甲基氯甲基矽烷；3)在裝有回流及機械攪拌裝置的500ML四口瓶中，在氮氣保護下依次加入12. 2g 三唑、130. 5g(150ML)甲苯、7.08g 50 % NaOH水溶液後加熱回流至無水生成，然後常壓蒸出甲苯，此時體系為三唑鈉鹽固體。向該體系中加入108g(114ML)DMF，並升溫至152°C，在該溫度下回流3小時，使三唑鈉鹽全部溶解，製得無水三唑鈉鹽的N，N- 二甲基甲醯胺懸浮液；4)將上述製得的N，N-二甲基甲醯胺懸浮液降溫至50°C，加入50g中間體雙(4_氟苯基)甲基氯甲基矽烷，此時有大量固體析出，再升溫至132-136 ，攪拌反應8-12小時後減壓蒸餾除去N，N-二甲基甲醯胺，然後降溫至45°C，向體系中加入150ML水、200ML甲苯攪拌並自然降至室溫，分層，收集有機相，並用飽和NaCl水溶液洗滌有機相2-3次後，無水 MgSO4乾燥，脫溶得目標產品氟矽唑。目標產品氟矽唑的核磁參數如下=1HNMr(CDCI3),δ0. 66(S，3H，CH3)，3. 89 (S，2H， CH2)，7. 44 (d, 4H, Ar-H)，7. 34 (d, 4H, Ar-H)，8. 05 (S，1H, CH)，8. 68 (S，1H)。檢測顯示轉化率為95%，通過核磁(氫譜、碳譜)、紅外、氣相色譜儀確定產品純度為 96-97% ο實施例2 一種氟矽唑的合成方法，步驟如下I)在裝有回流及機械攪拌裝置的IL四口瓶中，在氮氣保護下將42. 3g鎂屑加入 48g甲苯中，升溫至40°C後加入O. 006g碘，然後在60-64°C下滴加4. 8g對氟溴苯，滴加完畢後用冰水降溫並保持該溫度條件下繼續反應3h，得到對氟溴苯格氏試劑；2)在裝有回流及機械攪拌裝置的2L四口瓶中，在氮氣保護下將122. 6g(0. 75mol) 甲基氯甲基二氯化矽、7. 86g Cu(CH3CN)4CIO4WA 348g甲苯中，固料完全溶解後降溫至 0-10°C，滴加該實例中步驟I製備的對氟溴苯格氏試劑，滴加完畢後在_5°C 10°C溫度下催化反應12h，然後升至室溫，過濾並用40g甲苯洗滌濾餅，將濾液常壓蒸餾回收甲苯後，即可製得氟矽唑中間體雙(4-氟苯基)甲基氯甲基矽烷。3)在裝有回流及機械攪拌裝置的500ML四口瓶中，在氮氣保護下依次加入12. 2g 三唑、130. 5g(150ML)甲苯、7. 08g 50% NaOH水溶液後加熱回流至無水生成，然後常壓蒸出甲苯，此時體系為三唑鈉鹽固體，向該體系中加入108g(114ML)DMF，並升溫至152°C，在該溫度下回流3小時，使三唑鈉鹽全部溶解，製得無水三唑鈉鹽的DMF懸浮液；4)將上述製得的N，N-二甲基甲醯胺懸浮液降溫至50°C，加入50g中間體雙(4_氟苯基)甲基氯甲基矽烷，有大量固體析出，再升溫至132-136 ，攪拌反應8-12小時後減壓蒸餾除去DMF，然後降溫至45°C，向體系中加入150ML水、200ML甲苯攪拌並自然降至室溫， 分層，收集有機相，並用飽和NaCl水溶液洗滌有機相2-3次後，無水MgSO4乾燥，脫溶得目標產品氟娃唑。目標產品—氟矽唑的核磁參數如下=1HNMr(CDCI3)，δO. 66(S，3H，CH3), 3. 89 (S， 2H, CH2)，7. 44 (d, 4H, Ar-H)，7. 34 (d, 4H, Ar-H)，8. 05 (S，1H, CH)，8. 68 (S，1H)。檢測顯示轉化率為95%，通過核磁(氫譜、碳譜)、紅外、氣相色譜儀確定產品純度為 96-97% ο實施例3 一種氟矽唑的合成方法，步驟如下I)在裝有回流及機械攪拌裝置的IL四口瓶中，在氮氣保護下將42. 3g鎂屑加入 49g異丙醚中，升溫至40°C後加入O. 006g碘，然後在60-64°C下滴加4. 8g對氟溴苯，滴加完畢後用冰水降溫並保持該溫度條件下繼續反應3h，得到對氟溴苯格氏試劑；2)在裝有回流及機械攪拌裝置的2L四口瓶中，在氮氣保護下將122. 6g(0. 75mol) 甲基氯甲基二氯化娃、3. 24g AgCl加入350g異丙醚中，固料完全溶解後降溫至0_10°C,滴加該實例中步驟I製備的對氟溴苯格氏試劑，滴加完畢後在_5°C 10°C溫度下催化反應 12h，然後升至室溫，過濾並用45g異丙醚洗滌濾餅，將濾液常壓蒸餾回收異丙醚後，即可製得氟矽唑中間體雙(4-氟苯基)甲基氯甲基矽烷；3)在裝有回流及機械攪拌裝置的500ML四口瓶中，在氮氣保護下依次加入12. 2g 三唑、130. 5g(150ML)甲苯、7. 08g 50% NaOH水溶液後加熱回流至無水生成，然後常壓蒸出甲苯，此時體系為三唑鈉鹽固體，向該體系中加入108g(114ML)DMF，並升溫至152°C，在該溫度下回流3小時，使三唑鈉鹽全部溶解，製得無水三唑鈉鹽的DMF懸浮液；4)將上述製得的N，N-二甲基甲醯胺懸浮液降溫至50°C，加入50g中間體雙(4_氟苯基)甲基氯甲基矽烷，有大量固體析出，再升溫至132-136 ，攪拌反應8-12小時後減壓蒸餾除去DMF，然後降溫至45°C，向體系中加入150ML水、200ML甲苯攪拌並自然降至室溫， 分層，收集有機相，並用飽和NaCl水溶液洗滌有機相2-3次後，無水MgSO4乾燥，脫溶得目標產品氟娃唑。目標產品—氟矽唑的核磁參數如下=1HNMr(CDCI3)，δO. 66(S，3H，CH3), 3. 89 (S， 2H, CH2)，7. 44 (d, 4H, Ar-H)，7. 34 (d, 4H, Ar-H)，8. 05 (S，1H, CH)，8. 68 (S，1H)。檢測顯示轉化率為95%，通過核磁(氫譜、碳譜)、紅外、氣相色譜儀確定產品純度為 96-97% ο實施例4
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—種氟矽唑的合成方法，步驟如下I)在裝有回流及機械攪拌裝置的IL四口瓶中，在氮氣保護下將42. 3g鎂屑加入 49g異丙醚中，升溫至40°C後加入O. 006g碘，然後在60-64°C下滴加4. 8g對氟溴苯，滴加完畢後用冰水降溫並保持該溫度條件下繼續反應3h，得到對氟溴苯格氏試劑；2)在裝有回流及機械攪拌裝置的2L四口瓶中，在氮氣保護下將122. 6g(0. 75mol) 甲基氯甲基二氯化矽、7. 86g Cu (CH3CN)4ClO4加入350g異丙醚中，固料完全溶解後降溫至
0-10°C，滴加該實例中步驟I製備的對氟溴苯格氏試劑，滴加完畢後在_5°C 10°C溫度下催化反應12h，然後升至室溫，過濾並用45g異丙醚洗滌濾餅，將濾液常壓蒸餾回收異丙醚後，即可製得目標產品；3)在裝有回流及機械攪拌裝置的500ML四口瓶中，在氮氣保護下依次加入12. 2g 三唑、130. 5g(150ML)甲苯、7. 08g 50% NaOH水溶液後加熱回流至無水生成，然後常壓蒸出甲苯，此時體系為三唑鈉鹽固體。向該體系中加入108g(114ML)DMF，並升溫至152°C，在該溫度下回流3小時，使三唑鈉鹽全部溶解，製得無水三唑鈉鹽的DMF懸浮液；4)將上述製得的N，N-二甲基甲醯胺懸浮液降溫至50°C，加入50g中間體雙(4_氟苯基)甲基氯甲基矽烷，有大量固體析出，再升溫至132-136 ，攪拌反應8-12小時後減壓蒸餾除去DMF，然後降溫至45°C，向體系中加入150ML水、200ML甲苯攪拌並自然降至室溫， 分層，收集有機相，並用飽和NaCl水溶液洗滌有機相2-3次後，無水MgSO4乾燥，脫溶得目標產品氟娃唑。目標產品氟矽唑的核磁參數如下=1HNMr(CDCI3),δ0. 66(S，3H，CH3)，3. 89 (S，2H， CH2)，7. 44 (d, 4H, Ar-H)，7. 34 (d, 4H, Ar-H)，8. 05 (S，1H, CH)，8. 68 (S，1H)。檢測顯示轉化率為95%，通過核磁(氫譜、碳譜)、紅外、氣相色譜儀確定產品純度為 96-97% ο
權利要求
1.一種氟矽唑的合成方法，其特徵在於以對氟溴苯、甲基氯甲基二氯矽烷、鎂屑為原料，以碘為引發劑，在有機溶劑中進行催化反應製得，步驟如下1)在氮氣保護下將鎂屑加入有機溶劑中，升溫至40°c後加入碘，然後在60-64°C下滴加對氟溴苯，滴加完畢後在該溫度條件下繼續反應3h，得到對氟溴苯格氏試劑；2)在氮氣保護下將甲基氯甲基二氯化矽、催化劑加入有機溶劑中，固料完全溶解後降溫至0-10°C，滴加上述對氟溴苯格氏試劑，滴加完畢後在_5°C 10°C溫度下催化反應12h， 然後升至室溫，過濾並用有機溶劑洗滌濾餅，將濾液常壓蒸餾回收有機溶劑後，即可製得氟矽唑中間體；3)在氮氣保護下將三唑溶於甲苯中得到三唑甲苯溶液，加入質量百分比濃度為50% 的NaOH水溶液中，加熱回流至無水生成，然後常壓蒸出甲苯，再加入N，N- 二甲基甲醯胺 (DMF)並升溫至152°C，在該溫度下回流3小時至三唑鈉鹽全部溶解，製得無水三唑鈉鹽的 N, N- 二甲基甲醯胺(DMF)懸浮液；4)將上述N，N-二甲基甲醯胺懸浮液降溫至50°C，加入上述氟矽唑中間體，再升溫至 132-136°C，攪拌反應8-12小時後減壓蒸餾除去N，N-二甲基甲醯胺，然後降溫至45°C，向體系中加入水和甲苯攪拌並自然降至室溫，分層，收集有機相，再用飽和NaCl水溶液洗滌有機相，經無水MgSO4乾燥，即可製得得目標產品氟矽唑。
2.根據權利要求I所述氟矽唑的合成方法，其特徵在於所述對氟溴苯、鎂屑、碘與有機溶劑的質量比為 I : 8. 5-9. O O. 001-0. 003 8. 0-8. 5。
3.根據權利要求I所述氟矽唑的合成方法，其特徵在於所述有機溶劑為甲苯、二甲苯、甲基叔丁基醚、異丙醚、二乙醚、二氧六環或四氫呋喃。
4.根據權利要求I所述氟矽唑的合成方法，其特徵在於所述催化劑為CuCl、AgCl、 CuCl2, (CH3COO) 2Cu、CuClO4, Cu (CH3CN) 4C104 或 CuCN。
5.根據權利要求I所述氟矽唑的合成方法，其特徵在於所述甲基氯甲基二氯化矽與催化劑的質量比為I : O. 01-0. 05，有機溶劑的用量為將甲基氯甲基二氯化矽和催化劑完全溶解；甲基氯甲基二氯化矽與對氟溴苯格氏試劑的摩爾比為I : 2。
6.根據權利要求I所述氟矽唑的合成方法，其特徵在於所述對氟溴苯和對氟溴苯格氏試劑的滴加速率均為每10秒I滴。
7.根據權利要求I所述氟矽唑的合成方法，其特徵在於所述三唑甲苯溶液中甲苯的用量為將三唑完全溶解並過量20-40%，三唑甲苯溶液與質量百分比濃度為50%的NaOH 水溶液的體積比為40-53 1，三唑與質量百分比濃度為50%的NaOH水溶液的質量比為 1-3 I。
8.根據權利要求I所述氟娃唑的合成方法，其特徵在於所述DMF懸浮液與氟娃唑中間體的質量比為4-6 1，水、甲苯與氟矽唑中間體的質量比為1-5 I。
全文摘要
一種氟矽唑的合成方法，以對氟溴苯、甲基氯甲基二氯矽烷、鎂屑為原料，以碘為引發劑，在有機溶劑中進行催化反應得到產物，步驟如下1)製備對氟溴苯格氏試劑；2)通過催化反應製備氟矽唑中間體；3)製備N,N-二甲基甲醯胺(DMF)懸浮液；4)通過N,N-二甲基甲醯胺(DMF)懸浮液和氟矽唑中間體反應，即可製得氟矽唑。本發明的優點是製備方法簡單實用、效率高、安全方便，產品純度高、收率高，最終產物的收率在96%以上，純度在95%以上；合成中採用的試劑毒性低、經濟性高且副反應少；由於溶劑循環利用，使生產成本與危險係數大大降低，經濟性好，可商業化大規模生產，滿足當前不斷增長的市場需求。
文檔編號C07F7/10GK102584881SQ20121000938
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者劉子文, 周建華, 孔曉菲, 徐鳳波, 朱佳芳, 李正名, 董建蘭, 許榮花 申請人:南開大學