噻虫胺合成路线及工艺优化研究

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噻虫胺是一种高效、低毒、广谱的杀虫剂。目前,噻虫胺的合成路线主要有四种,路线㈠通过5-氨甲基-2-氯噻唑和1,2-二甲基-3-硝基异硫脲的亲电取代生成噻虫胺(CLO);路线㈡是通过2-氯-5-氯甲基噻唑(CCMT)和甲基硝基胍(MENI)一步生成噻虫胺(CLO);路线㈢先以2-氯-5-氯甲基噻唑和2-甲基-N-硝基异硫脲的亲电取代,得1-(2-氯噻唑甲基)-3-硝基-2-甲基异硫脲,再由1-(2-氯噻唑甲基)-3-硝基-2-甲基异硫脲和甲胺溶液发生亲电取代得噻虫胺(CLO);路线㈣首先通过Mannich反应生成1-甲基-5-丙基-2-硝基亚氨基-1,3,5-六氢-三嗪(MNTR),然后通过亲电取代反应,得1-(2-氯噻唑-5-甲基)-2-硝基亚胺基-3-甲基-5-丙基-1,3,5-六氢-三嗪(CMPT)。最后,由分解反应,得到目标产物噻虫胺(CLO)。结合四条路线的特点可以发现路线㈠和㈢都会带来巨大环境问题。为此本文选择了路线㈡和㈣合成噻虫胺,并对他们进行了工艺探索。  本研究考察了CCMT和MENI直接发生亲电取代反应生成目标产物CLO的工艺。对得到的产品进行了HPLC、熔点、核磁、质谱等分析,由此推测出得到的产物为噻虫胺和其顺反异构体[(Z)-1-(2-氯-1,3-噻唑-5-基甲基)-3-甲基-2-硝基胍]的混合物。通过甲基硝基胍、正丙胺和甲醛水溶液发生Mannich反应生成1-甲基-5-丙基-2-硝基亚氨基-1,3,5-六氢三嗪(MNTR),并对合成MNTR的路线进行了工艺探索。分析了温度、时间、溶剂以及加料顺序对化合物MNTR收率的影响,综合考虑得到最佳反应工艺:在甲醇溶液中,55℃时搅拌反应6h,这时MNTR的产率为97.0%(文献产率92.0%)。通过MNTR和CCMT发生亲电取代得1-(2-氯噻唑-5-甲基)-2-硝基亚胺基-3-甲基-5-丙基-1,3,5-六氢三嗪(CMPT),并对合成CMPT的路线进行了工艺探索。探讨了原料配比、反应温度、傅酸剂以及溶剂的使用对化合物CMPT收率的影响。最终确定在DMF溶液中,以K2CO3为缚酸剂,反应温度48-52℃,反应20h为较好反应工艺。对CMPT粗产品采用重结晶进行提纯,避免了柱层析提纯的使用,有利于进一步的工业化应用。CMPT在酸作用下发生分解得到目标产物噻虫胺(CLO),并对该工艺进行了优化研究,就是考察了反应溶剂、酸的种类及其酸用量、反应温度和时间对CLO收率的影响,表明在甲醇溶液中,滴加1N HCl,反应温度在20-25℃,反应28h较好,产率可达88.2%。同时利用溶剂挥发法培养得到中间体1-甲基-5-丙基-2-硝基亚氨基-1,3,5-六氢三嗪(MNTR)单晶,单晶X-衍射分析表明该单晶属于单斜晶系,P21/n空间群。在所研究的两条路线中,路线㈣的工艺具有工业化应用前景。而路线㈡的合成工艺为一步合成产物,如何抑制异构体的产生成为该路线能否得到应用的关键,值得进一步研究。
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