一种呋虫胺的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种呋虫胺的合成方法，以γ‑丁内酯为原料，经Aldol缩合、还原两步反应制得3‑羟甲基四氢呋喃，再经Gabriel法合成3‑四氢呋喃甲胺，碳酸二甲酯(DMC)作为甲基化试剂与尿素合成O‑甲基异脲，再硝化合成O‑甲基‑N‑硝基异脲，然后与甲胺反应合成1，3‑二甲基‑2‑硝基异脲，最后3‑四氢呋喃甲胺与1，3‑二甲基‑2‑硝基异脲通过SN2双分子亲核取代反应，一步法合成呋虫胺。本发明专利技术采用无毒的碳酸二甲酯作为甲基化试剂，甲基化反应收率≥95％，O‑甲基异脲含量≥96％，副产物是二氧化碳和甲醇，工艺绿色环保，呋虫胺的总收率≥50％。本发明专利技术合成方法降低生产成本的同时，具有三废少、后处理简单、环境友好的优点，适用于工业化生产，带来显著的经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新烟碱杀虫剂合成
，涉及一种呋虫胺的合成方法。
技术介绍
呋虫胺是日本三井东亚化学株式会社开发的新型烟碱类杀虫剂，已在世界多个国家推向市场，用于防治水稻等多种作物蚜虫、叶蝉及其抗性品系。目前文献报道的呋虫胺合成路线主要有5条：路线1：以丙二酸二乙酯为原料与氯乙酸乙酯反应制备乙烷-1，1，2-三羧酸乙酯，与硼氢化钠反应制备2-羟甲基-1，4-丁二醇，再在对甲苯磺酸作用下制备3-四氢呋喃甲醇，进一步反应制备3-四氢呋喃基甲基甲磺酸酯。甲醛和甲基硝基胍反应制得的1，5-二甲基-2-(硝基亚胺基)-六氢-1，3，5-三嗪。最后两中间体进行缩合反应后，再在盐酸作用下，酸解得呋虫胺，合成路线如下：路线2：丙二酸二乙酯与环氧乙烷反应得α-乙氧羰基-γ-丁内酯，再还原成3-四氢呋喃基甲醇。与三氟甲磺酸酐反应得3-四氢呋喃基甲基三氟甲磺酸酯，再与1，5-二甲基-2-(硝基亚氨基)-六氢-1，3，5-三嗪反应，酸解得呋虫胺，合成路线如下：路线3：3-四氢呋喃基甲基甲磺酸酯与邻苯二甲酰亚胺钾盐反应后再与水合肼反应得3-四氢呋喃甲胺。然后与S-甲基-N-硝基-N/-邻苯二甲酰异硫脲反应得到S-甲基-N-硝基-N/-[(3-四氢呋喃基)甲基]异硫脲，再与甲胺反应得呋虫胺，合成路线如下：路线4：苹果酸还原得1，2，4-丁三醇，对甲苯磺酸催化得3-羟基四氢呋喃，与氯化亚砜反应得3-氯四氢呋喃，与氰化钠反应得3-氰基四氢呋喃，再催化加氢得3-四氢呋喃甲胺。与O-甲基-N-硝基异脲反应得O-甲基-N-硝基-N/-[(3-四氢呋喃基)甲基]异脲，与甲胺反应得呋虫胺，合成路线如下：路线5：3-四氢呋喃基甲胺与S-甲基-N-硝基异硫脲制得1-[(3-四氢呋喃基)甲基]-2-硝基胍，再与甲醛和异丙胺反应制备1-[(3-四氢呋喃基)甲基]-2-(硝基亚胺基)-5-异丙基-六氢-1，3，5-三嗪，与硫酸二甲酯反应制得1-[(3-四氢呋喃基)甲基]-2-(硝基亚胺基)-3-甲基-5-异丙基-六氢-1，3，5-三嗪，再与氨水反应制得呋虫胺，合成路线如下：路线1在制备乙烷-1，1，2-三羧酸乙酯的过程中，用到金属钠和碘化钾，成本高，而且存在安全风险；存在着涉及分离的多步骤反应，步骤繁杂，总收率低。路线2在制备α-乙氧羰基-γ-丁内酯的过程中，用到金属钠，需氮气保护，存在安全风险；三氟甲磺酸酐价格高，回收率低；存在着涉及分离的多步骤反应，步骤繁杂，总收率低。路线3以3-四氢呋喃甲胺、S-甲基-N-硝基-N/-邻苯二甲酰异硫脲为原料合成S-甲基-N-硝基-N/-[(3-四氢呋喃基)甲基]异硫脲的反应，原子经济性较低。路线4两次催化加氢反应，较高的反应压力，需氮气保护，存在安全风险；反应条件严格，难以控制；步骤繁杂，反应选择性不高，总收率低；反应中产生的大量废水难以处理，设备腐蚀严重。路线5合成呋虫胺的化学反应，原子利用率低，原子经济性不高；甲基化试剂硫酸二甲酯剧毒。综合上述5条路线，都存在成本高、环境污染严重等问题，因此迫切需要对呋虫胺的合成工艺进一步改进，满足绿色环保的要求，同时进一步降低成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种绿色环保、降低生产成本、提高原子经济性的呋虫胺的合成方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种呋虫胺的合成方法，以γ-丁内酯为原料，经Aldol缩合、还原两步反应制得3-羟甲基四氢呋喃，再经Gabriel法合成3-四氢呋喃甲胺；碳酸二甲酯(DMC)作为甲基化试剂与尿素合成O-甲基异脲，再硝化合成O-甲基-N-硝基异脲，然后与甲胺反应合成1，3-二甲基-2-硝基异脲；最后3-四氢呋喃甲胺与1，3-二甲基-2-硝基异脲通过SN2双分子亲核取代反应，一步法合成呋虫胺，具体合成路线如下：(1)γ-丁内酯经Aldol缩合、还原制备3-羟甲基四氢呋喃：(2)酯化反应制备3-四氢呋喃甲基甲磺酸酯：(3)Gabriel法相转移催化制备3-四氢呋喃甲胺：(4)甲基化、硝化、胺化反应制备1，3-二甲基-2-硝基异脲：(5)3-四氢呋喃甲胺与1，3-二甲基-2-硝基异脲反应合成呋虫胺：具体步骤如下：步骤1，将甲醇钠和γ-丁内酯搅拌溶于正己烷中，在10～50℃下通入甲醛，于30～60℃下保温反应8～13h，反应结束后脱除甲醛，用盐酸中和至弱酸性，过滤，除去溶剂后得到a-羟甲基-γ-丁内酯，将a-羟甲基-γ-丁内酯溶于四氢呋喃中，加入硼氢化钠，于25～60℃下保温反应5～8h，TLC跟踪，a-羟甲基-γ-丁内酯转化率达到97％后，降温至0～10℃，用盐酸中和至弱酸性，过滤，滤液浓缩，精馏得3-羟甲基四氢呋喃；步骤2，将3-羟甲基四氢呋喃、甲磺酰氯和三乙胺溶于甲苯中，回流保温反应6～8h，TLC跟踪，3-羟甲基四氢呋喃转化率达到98％后，降至室温，水洗分层，有机层经浓缩和精馏得到3-四氢呋喃基甲基磺酸酯；步骤3，将邻苯二甲酰亚胺钾盐加入到3-四氢呋喃基甲基磺酸酯的二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，于60～100℃下保温反应4～8h，再加入邻苯二甲酰亚胺钾盐，于80～120℃保温反应16～20h，降温后加入水和乙酸乙酯进行萃取，合并有机相，减压去除溶剂后，加入乙醇溶解，加入NaOH，滴入水合肼，回流反应2～4h，降至室温后过滤，浓缩得到3-四氢呋喃甲胺；步骤4，将尿素、碳酸二甲酯(DMC)和季铵盐相转移催化剂，搅拌下将温度升至60～100℃保温1～2h，尿素完全溶解后升温至100～140℃，保温反应3～7h，降温至8～10℃，依次滴加浓硫酸和发烟硝酸，室温条件下反应2～6h，反应结束后，降温至0～2℃搅拌1～5h，过滤干燥得O-甲基-N-硝基异脲，将O-甲基-N-硝基异脲、浓盐酸、30％的甲胺水溶液、水、氯化钠和季铵盐相转移催化剂混合均匀，于30～50℃下保温反应4～8h，降温至0～2℃结晶、过滤、干燥得1，3-二甲基-2-硝基异脲；步骤5，将3-四氢呋喃甲胺、饱和氯化钠水溶液、氢氧化钠和1，3-二甲基-2-硝基异脲在-10～-4℃下混合，于-5～0℃反应5～15h，TLC跟踪，3-四氢呋喃甲胺转化率达到98％后，过滤、干燥得到呋虫胺。步骤4中，所述的季铵盐相转移催化剂为苄基三乙基氯化铵(TEBA)、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵(TBAB)、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵中的一种或一种以上。步骤4中，所述的季铵盐相转移催化剂与尿素的质量比为1％～5％：1，季铵盐相转移催化剂与O-甲基-N-硝基异脲的质量比为1％～5％：1。与现有技术相比，本专利技术具有以下显著优点：在尿素甲基化反应合成呋虫胺的中间体O-甲基异脲中，本专利技术采用无毒的碳酸二甲酯作为甲基化试剂，甲基化反应收率≥95％，O-甲基异脲含量≥96％，副产物是二氧化碳和甲醇，避免生产操作危险、设备腐蚀和环境污染，保障了生态环境和食品安全。本专利技术利用3-四氢呋喃甲胺与1，3-二甲基-2-硝基异脲通过SN2双分子亲核取代反应合成呋虫胺，取代反应收率≥90％，呋虫胺含量≥98％，总收率≥50％，降低了生产成本的同时，具有三废少、后处理简单、环境友好的优点，适用于工业化生产，带来显著的经济效益。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种呋虫胺的合成方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，将甲醇钠和γ‑丁内酯搅拌溶于正己烷中，在10～50℃下通入甲醛，于30～60℃下保温反应8～13h，反应结束后脱除甲醛，用盐酸中和至弱酸性，过滤，除去溶剂后得到a‑羟甲基‑γ‑丁内酯，将a‑羟甲基‑γ‑丁内酯溶于四氢呋喃中，加入硼氢化钠，于25～60℃下保温反应5～8h，TLC跟踪，a‑羟甲基‑γ‑丁内酯转化率达到97％后，降温至0～10℃，用盐酸中和至弱酸性，过滤，滤液浓缩，精馏得3‑羟甲基四氢呋喃；步骤2，将3‑羟甲基四氢呋喃、甲磺酰氯和三乙胺溶于甲苯中，回流保温反应6～8h，TLC跟踪，3‑羟甲基四氢呋喃转化率达到98％后，降至室温，水洗分层，有机层经浓缩和精馏得到3‑四氢呋喃基甲基磺酸酯；步骤3，将邻苯二甲酰亚胺钾盐加入到3‑四氢呋喃基甲基磺酸酯的二甲基甲酰胺溶液中，于60～100℃下保温反应4～8h，再加入邻苯二甲酰亚胺钾盐，于80～120℃保温反应16～20h，降温后加入水和乙酸乙酯进行萃取，合并有机相，减压去除溶剂后，加入乙醇溶解，加入NaOH，滴入水合肼，回流反应2～4h，降至室温后过滤，浓缩得到3‑四氢呋喃甲胺；步骤4，将尿素、碳酸二甲酯和季铵盐相转移催化剂，搅拌下将温度升至60～100℃保温1～2h，尿素完全溶解后升温至100～140℃，保温反应3～7h，降温至8～10℃，依次滴加浓硫酸和发烟硝酸，室温条件下反应2～6h，反应结束后，降温至0～2℃搅拌1～5h，过滤干燥得O‑甲基‑N‑硝基异脲，将O‑甲基‑N‑硝基异脲、浓盐酸、30％的甲胺水溶液、水、氯化钠和季铵盐相转移催化剂混合均匀，于30～50℃下保温反应4～8h，降温至0～2℃结晶、过滤、干燥得1，3‑二甲基‑2‑硝基异脲；步骤5，将3‑四氢呋喃甲胺、饱和氯化钠水溶液、氢氧化钠和1，3‑二甲基‑2‑硝基异脲在‑10～‑4℃下混合，于‑5～0℃反应5～15h，TLC跟踪，3‑四氢呋喃甲胺转化率达到98％后，过滤、干燥得到呋虫胺。...

【技术特征摘要】
1.一种呋虫胺的合成方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，将甲醇钠和γ-丁内酯搅拌溶于正己烷中，在10～50℃下通入甲醛，于30～60℃下保温反应8～13h，反应结束后脱除甲醛，用盐酸中和至弱酸性，过滤，除去溶剂后得到a-羟甲基-γ-丁内酯，将a-羟甲基-γ-丁内酯溶于四氢呋喃中，加入硼氢化钠，于25～60℃下保温反应5～8h，TLC跟踪，a-羟甲基-γ-丁内酯转化率达到97％后，降温至0～10℃，用盐酸中和至弱酸性，过滤，滤液浓缩，精馏得3-羟甲基四氢呋喃；步骤2，将3-羟甲基四氢呋喃、甲磺酰氯和三乙胺溶于甲苯中，回流保温反应6～8h，TLC跟踪，3-羟甲基四氢呋喃转化率达到98％后，降至室温，水洗分层，有机层经浓缩和精馏得到3-四氢呋喃基甲基磺酸酯；步骤3，将邻苯二甲酰亚胺钾盐加入到3-四氢呋喃基甲基磺酸酯的二甲基甲酰胺溶液中，于60～100℃下保温反应4～8h，再加入邻苯二甲酰亚胺钾盐，于80～120℃保温反应16～20h，降温后加入水和乙酸乙酯进行萃取，合并有机相，减压去除溶剂后，加入乙醇溶解，加入NaOH，滴入水合肼，回流反应2～4h，降至室温后过滤，浓缩得到3-四氢呋喃甲胺；步骤4，将尿素、碳酸二甲酯和季铵盐相转移催化剂，搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟，熊燕玲，吴重言，吴静，陆静，徐其文，
申请(专利权)人：江苏克胜作物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32