2-氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺合成工藝研究

趙慶如，毛雪瑩，許彩云，張純寶

(1.河南師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007；2.上海大學(xué)錢偉長學(xué)院，上海 200444；3.衢州愛美康生物科技有限公司，浙江 衢州 324000)

雙三氟蟲脲(Bistrifluron)是由韓國東浦漢農(nóng)化學(xué)公司于2000 年開發(fā)上市的苯甲酰脲類殺蟲劑，屬于幾丁質(zhì)合成抑制劑，通過抑制昆蟲幾丁質(zhì)形成來影響內(nèi)表皮生成[1]，使昆蟲不能順利蛻皮而死亡；具有高效、低毒的特點(diǎn)，對(duì)抗性害蟲普遍有效；能有效防治蔬菜、茶葉、棉花等多種植物的大多數(shù)鱗翅目害蟲，而且對(duì)作物、人畜和環(huán)境高度安全[2]。

2-氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺是合成雙三氟蟲脲的關(guān)鍵中間體[3-4]，主要由3,5-二(三氟甲基)苯胺與氯氣或NCS發(fā)生氯代反應(yīng)得到，反應(yīng)過程中會(huì)有多種副產(chǎn)物生成(如圖1)，粗品需要經(jīng)精餾提純。我們研究發(fā)現(xiàn)，2-氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺(沸點(diǎn)：202.5℃)粗品中主要包含以下副產(chǎn)物：副產(chǎn)物1、4-氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺，該雜質(zhì)為主要雜質(zhì)；副產(chǎn)物2、2,4-二氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺；由于兩種副產(chǎn)物與產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)接近，在處理過程中很難分離開來，因此研究新高效的2-氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺合成及純化工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 2-氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺的合成路線

Fig.1 Thereaction routes for 2-chloro-3,5-bis (trifluoromethyl) aniline

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與材料

3,5-二(三氟甲基)苯胺(99.5%，阿爾法試劑)；NCS(99%，阿拉丁試劑)；其余試劑均為市售分析純。GF254薄層層析硅膠板(煙臺(tái)江友硅膠開發(fā)有限公司)，DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，5L/80低溫恒溫反應(yīng)浴(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，高壓釜(威海新元化工機(jī)械有限公司)，Avance 400核磁共振儀(德國Bruker公司)，uLtiMate3000型高效液相色譜儀(賽默飛世爾科技公司)。

1.2 合成方法

在2000 mL四口瓶中，加入3,5-二三氟甲基苯胺240 g(1.0 mol)，氯仿 1000 mL，升溫至40℃，分4批加入NCS，每批加入35 g(共計(jì)140 g，1.0 mol)，每批時(shí)間間隔2.0 h；加完最后一批NCS后，40℃保溫反應(yīng)1 h，然后升溫至55～60℃反應(yīng)2 h；GC檢測反應(yīng)，原料無剩余后，冷卻至室溫；反應(yīng)液中有大量NCS反應(yīng)后所產(chǎn)生的固體，過濾反應(yīng)液，濾液經(jīng)飽和氯化鈉溶液洗至中性，濃縮，得到黃褐色液體2-氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺粗品，把所得到的粗品經(jīng)精餾塔在100～110℃條件下進(jìn)行精餾，得到2-氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺純品195g，收率為74%，GC檢測產(chǎn)品純度為95.5%；1HNMR (400 MHz,CDCl3)δ: 7.30 (s,1 H),7.16 (s,1 H),4.53 (s,2 H)。13C NMR (100 MHz,CDCl3) δ: 144.9,124.4,123.7,121.7,121.0,119.3,114.9,113.0。

2 結(jié)果與討論

2.1 3,5-二三氟甲基苯胺與NCS的投料量比對(duì)產(chǎn)物收率的影響

在使用NCS對(duì)3,5-二(三氟甲基)苯胺進(jìn)行氯代反應(yīng)時(shí)，所生成的雜質(zhì)4-氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺和2,4-二氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺與NCS的量有著密切關(guān)系，NCS量少的話不容易使3,5-二(三氟甲基)苯胺反應(yīng)完全，影響收率；量多的話會(huì)導(dǎo)致副產(chǎn)物2,4-二氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺的大量出現(xiàn)，影響產(chǎn)品純度，因此我們對(duì)NCS的投料量進(jìn)行了研究(如表1所示)。

表1 NCS的量對(duì)產(chǎn)品收率的影響

從表1中可以看出，適當(dāng)?shù)脑黾覰CS的量能夠有效的提高產(chǎn)品的收率，尤其是3,5-二(三氟甲基)苯胺與NCS的當(dāng)量比為1∶1.0時(shí)，產(chǎn)品收率達(dá)到74%，繼續(xù)增大NCS的投料量，由于副產(chǎn)物的增加，精餾后會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品收率降低。

2.2 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物收率的影響

表2 不同反應(yīng)溫度效果

選擇幾種不同區(qū)間的反應(yīng)溫度，在加完NCS保溫反應(yīng)結(jié)束后2h進(jìn)行模板反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)操作過程如下：在2000 mL四口瓶中，加入3,5-二三氟甲基苯胺240 g(1.0 mol)，氯仿 1000 mL，升溫至40℃，分4批加入NCS，每批加入35 g(共計(jì)140 g，1.0 mol)，每批時(shí)間間隔2.0h；加完最后一批NCS后，40℃保溫反應(yīng)1 h，然后升溫至一定溫度反應(yīng)2h；GC檢測反應(yīng)，原料無剩余后，冷卻至室溫；反應(yīng)液中有大量NCS反應(yīng)后所產(chǎn)生的固體，過濾反應(yīng)液，濾液經(jīng)飽和氯化鈉溶液洗至中性，濃縮，得到黃褐色液體2-氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺粗品，把所得到的粗品經(jīng)精餾塔在100～110℃條件下進(jìn)行精餾，得到2-氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺純品，計(jì)算收率。不同反應(yīng)溫度下模板反應(yīng)原料的轉(zhuǎn)化率見表2。

表2中顯示出，在所有考察的不同反應(yīng)溫度區(qū)間中，反應(yīng)收率隨著反應(yīng)溫度的升高而增大，當(dāng)反應(yīng)溫度為55～60℃時(shí)收率最高，達(dá)到74%，繼續(xù)升高溫度，收率由于副產(chǎn)物的出現(xiàn)有所下降。

2.3 精餾溫度對(duì)產(chǎn)物收率的影響

在對(duì)2-氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺粗品進(jìn)行精餾提純過程中，精餾溫度對(duì)產(chǎn)品的收率影響也很大，為此我們進(jìn)行了篩選，見表3。

表3 不同精餾溫度效果

隨著精餾溫度的增加，產(chǎn)品收率逐漸增大，當(dāng)精餾溫度為110℃時(shí)收率達(dá)到74%，繼續(xù)升高溫度收率增加不明顯，并且產(chǎn)品純度有所降低，因此110℃為最佳精餾溫度。

3 結(jié)論

本文以3,5-二(三氟甲基)苯胺與NCS作為原料，氯仿作為溶劑，在55～60℃條件下反應(yīng)，最后經(jīng)110℃條件下精餾得到2-氯-3,5-二(三氟甲基)苯胺。

參考文獻(xiàn)

[1]趙海珍,胡 珊,張志祥,等.雙三氟蟲脲對(duì)小菜蛾的生物活性[J].農(nóng)藥,2006,45(1):59-62.

[2]劉安昌,余彩虹,張樹康,等. 新型殺蟲劑雙三氟脲的合成[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào),2015,37(1):11-13.

[3]馮 堅(jiān),顧 群. 雙三氟蟲脲對(duì)懸鈴木方翅網(wǎng)蝽的殺蟲活性[J].現(xiàn)代農(nóng)藥,2008,7(5):40-42.

[4]張含平,李 慧. 10%雙三氟蟲脲懸浮劑的高效液相色譜分析[J] .農(nóng)藥科學(xué)與管理,1972,18(2):269-276.