一种制备茚虫威中间体的方法与流程

1.本发明涉及化工技术领域，更具体地说，本发明涉及一种茚虫威中间体的制备方法。


背景技术：

2.茚虫威，通用名称：indoxacard，casrn:173584-44-6，是美国杜邦公司开发的新型噁二嗪类(oxadiazine)杀虫剂。
3.茚虫威的合成方法有许多报道(wo9211249，wo9620151，us5869657，wo9319045)。其中合成茚虫威的一个重要中间体是：7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]噁二嗪-2,4a(3h,5h)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯，如下式所示：
[0004][0005]
上式所示的茚虫威中间体可以通过下式所代表的羟基化合物：[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯：
[0006][0007]
在催化剂作用下，在溶剂中与甲醛衍生物进行环合反应得到，如下式所示：
[0008][0009]
文献(wo9319045,1995)报道该环合反应催化剂是p2o5，甲醛衍生物是二甲氧基甲烷，溶剂是1,2-二氯乙烷，反应温度25℃～80℃。
[0010]
文献(advanced synthesis&catalysis,737-745；2016)报道在上述反应条件下，反应温度60℃，反应收率65％。
[0011]
文献(cn109651288,2019)报道该环合反应催化剂是对甲苯磺酸，甲醛衍生物是二甲氧基甲烷，溶剂是甲苯，反应温度100℃～115℃，羟基化合物：甲醛衍生物＝1.0:2.0～4.0(摩尔比)，反应生成的甲醇通过共沸精馏除去，反应收率90％～92％。
[0012]
文献(cn104262285,2015)报道该环合反应催化剂是对甲苯磺酸，甲醛衍生物是二乙氧基甲烷，溶剂是甲苯，反应温度100℃～110℃，羟基化合物：甲醛衍生物＝1.0:5.0(摩尔比)，反应生成的乙醇通过共沸精馏除去，反应收率83％。
[0013]
文献报道的环合反应是在常压操作间歇反应釜中进行，甲醛衍生物为二甲氧基甲烷或二乙氧基甲烷，二甲氧基甲烷和二乙氧基甲烷沸点低，共沸物沸点更低，远远低于反应温度，所以，需要投入过量许多的二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷，给后续分离回收处理带来麻烦。另外，还造成反应器中二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷浓度很低，反应速度慢，羟基化合物中的亚胺容易分解。


技术实现要素：

[0014]
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种制备茚虫威中间体的方法，通过将反应移至循环反应器中进行，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0015]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：茚虫威中间体：7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]噁二嗪-2,4a(3h,5h)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯，可以通过羟基化合物：[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯，在催化剂作用下，在溶剂中与甲醛衍生物等进行环合反应得到，如下式所示：
[0016][0017]
原料羟基化合物、二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷、对甲苯磺酸和甲苯等物料连续进入循环反应器，反应完毕进入缓冲罐，反应生成的甲醇或者乙醇汽化，通过共沸精馏除去，反应包括间歇操作和连续操作两种，具体步骤如下：
[0018]
原料羟基化合物和对甲苯磺酸溶于甲苯的溶液从c-进料阀进入，通过1-循环泵进入2-文丘里管，二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷从d-进料阀进入2-文丘里管，反应物料通过3-换热器进行热量交换，控制温度90℃～110℃，然后进入4-缓冲罐，反应生成的甲醇或者乙醇汽化，通过共沸精馏除去，含有茚虫威中间体的甲苯溶液从a-出料阀出来。然后经过冷却，水洗，脱溶，用甲醇结晶，得到茚虫威中间体：7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]噁二嗪-2,4a(3h,5h)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯。
[0019]
所述进料原料中二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷接近等当量，经过反应器后，缓冲罐里只有少量的二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷。对于间歇操作来说，二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷完全反应掉，从精馏塔顶出来的主要是烷基醇-甲苯二元共沸物；对于连续操作来说，少量过量的二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷以三元共沸物形式从精馏塔顶出来。
[0020]
上式中，催化剂是对甲苯磺酸、五氧化二磷等，优选对甲苯磺酸；溶剂是甲苯、1,2-二氯乙烷等，优选甲苯；甲醛衍生物是二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷等。
[0021]
该环合反应在循环反应器中进行，可以提高产物选择性和收率，大大减少二甲氧
基甲烷或者二乙氧基甲烷的投料量。
[0022]
所述循环反应器的核心部件是文丘里管，因此，循环反应器里物料混合剧烈，传热传质效果好，反应物浓度高，反应速度快。
[0023]
连续进入循环反应器的物料中，原料羟基化合物：二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷：对甲苯磺酸摩尔比＝1.0:1.0～1.5:0.05～0.10；原料羟基化合物：甲苯重量比＝1.0:4.0～8.0。
[0024]
所述反应温度＝60℃～150℃，优选90℃～110℃，反应温度高，操作压力，反应温度低，需要的操作压力就低，在90℃～110℃操作，能够在接近常压条件下达到共沸温度。
[0025]
所述反应压力＝0.1mpa(常压)～0.5mpa，优选0.1mpa(常压)～0.2mpa。
[0026]
在上述反应条件下，在循环反应器中，物料混合剧烈，传热传质效果好，反应物特别是二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷浓度高，反应速度快，反应收率大于92％，大大降低二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷的投料量。
[0027]
反应温度控制通过循环反应器管路中的换热器来实现，也可以通过缓冲罐配套的换热装置来实现。
[0028]
本发明的技术效果和优点：本发明提供的制备茚虫威中间体的方法，原料羟基化合物、甲醛衍生物、催化剂和溶剂等物料连续进入循环反应器，反应生成的烷基醇通过共沸精馏除去。循环反应器里物料混合剧烈，反应物浓度高，反应速度快，产物选择性好，收率大于92％。由于是循环流动反应，甲醛衍生物消耗低。
附图说明
[0029]
图1为本发明所述方法的工艺流程示意图。
[0030]
附图标记说明：
[0031]
1-循环泵、2-文丘里管、3-换热器、4-缓冲罐、5-共沸精馏塔、a-出料阀、b-循环阀、c-进料阀、d-进料阀。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
实施例1：间歇操作制备茚虫威中间体：7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]噁二嗪-2,4a(3h,5h)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯
[0034]
在图1所示的工艺流程中，4-缓冲罐的容积5l，3-换热器的传热面积1m2，甲醛衍生物为二甲氧基甲烷。
[0035]
按照下述配比配制3l原料[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯和对甲苯磺酸溶于甲苯的溶液：原料[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯：二甲氧基甲烷：对甲苯磺酸＝1.0:1.5:0.05(摩尔比)；原料[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯：甲苯＝1.0:6.0(重量比)。
[0036]
方法具体步骤为：
[0037]
步骤一、关闭a-出料阀、d-进料阀，打开b-循环阀、c-进料阀，将上述配制好的溶液加入循环反应器中；
[0038]
步骤二、然后关闭c-进料阀，开启1-循环泵进行物料循环，同时通过3-换热器进行加热，当温度达到100℃～110℃，5-共沸精馏塔塔顶开始回流，开启d-进料阀加入二甲氧基甲烷，反应生成的甲醇以共沸物形式从5-共沸精馏塔塔顶采出，甲苯-甲醇共沸点63.8℃，甲醇69％，所述二甲氧基甲烷加料速度以完全反应为宜，加料时间1h～3h；
[0039]
步骤三、当定量(1.5eq.)二甲氧基甲烷加料完毕，取样分析，原料[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯转化率大于99％；
[0040]
步骤四、停止加热，关闭1-循环泵，打开a-出料阀，物料经过冷却，水洗，脱溶，用甲醇结晶，得到茚虫威中间体：7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]噁二嗪-2,4a(3h,5h)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯，收率92％。
[0041]
实施例2：连续操作制备茚虫威中间体：7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]噁二嗪-2,4a(3h,5h)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯
[0042]
先按照实施例1进行间歇操作，当循环物流中原料[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯转化率大于99％，打开a-出料阀连续出料，同时打开c-进料阀和d-进料阀连续进料，进料原料与配比与实施例1相同，连续进料流量以原料[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯反应完全为宜，连续出料流量与连续进料流量相当。反应温度100℃～110℃，反应生成的甲醇以共沸物形式从5-共沸精馏塔塔顶采出。
[0043]
从a-出料阀出来的物料经过冷却，水洗，脱溶，用甲醇结晶，得到茚虫威中间体：7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]噁二嗪-2,4a(3h,5h)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯，收率92％。
[0044]
实施例3：间歇操作制备茚虫威中间体：7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]噁二嗪-2,4a(3h,5h)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯
[0045]
在图1所示的工艺流程中，4-缓冲罐的容积5l，3-换热器的传热面积1m2，甲醛衍生物为二乙氧基甲烷。
[0046]
按照下述配比配制3l原料[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯和对甲苯磺酸溶于甲苯的溶液：原料[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯：二乙氧基甲烷：对甲苯磺酸＝1.0:1.3:0.05(摩尔比)；原料[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯：甲苯＝1.0:6.0(重量比)。
[0047]
方法具体步骤为：
[0048]
步骤一、关闭a-出料阀、d-进料阀，打开b-循环阀、c-进料阀，将上述配制好的溶液加入循环反应器中；
[0049]
步骤二、然后关闭c-进料阀，开启1-循环泵进行物料循环，同时通过3-换热器进行加热。当温度达到100℃～110℃，5-共沸精馏塔塔顶开始回流，开启d-进料阀加入二乙氧基甲烷，反应生成的乙醇以共沸物形式从5-共沸精馏塔塔顶采出(甲苯-乙醇共沸点76.7℃，甲醇68％)，加料速度以二乙氧基甲烷完全反应为宜，加料时间1h～3h；
[0050]
步骤三、当定量(1.3eq.)二乙氧基甲烷加料完毕，取样分析，原料[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯转化率大于99％；
[0051]
步骤四、停止加热，关闭1-循环泵，打开a-出料阀，物料经过冷却，水洗，脱溶，用甲
醇结晶，得到茚虫威中间体：7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]噁二嗪-2,4a(3h,5h)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯，收率94％。
[0052]
实施例4：连续操作制备茚虫威中间体：7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]噁二嗪-2,4a(3h,5h)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯
[0053]
先按照实施例3进行间歇操作，当循环物流中原料[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯转化率大于99％，打开a-出料阀连续出料，同时打开c-进料阀和d-进料阀连续进料，进料原料与配比与实施例3相同，连续进料流量以原料[5-氯-2,3-二氢-2-羟基-2-甲氧羰基-1h-茚-亚基]肼羧酸苄酯反应完全为宜，连续出料流量与连续进料流量相当。反应温度100℃～110℃，反应生成的乙醇以共沸物形式从5-共沸精馏塔塔顶采出。
[0054]
从a-出料阀出来的物料经过冷却，水洗，脱溶，用甲醇结晶，得到茚虫威中间体：7-氯茚并[1,2-e][1,3,4]噁二嗪-2,4a(3h,5h)-二羧酸-4a-甲酯-2-苄酯，收率94％。
[0055]
综上，由于进料原料中二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷接近等当量，经过反应器后，缓冲罐里几乎没有什么二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷。对于间歇操作来说，二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷完全反应掉了，从精馏塔顶出来的主要是烷基醇-甲苯二元共沸物。对于连续操作来说，少量过量的二甲氧基甲烷或者二乙氧基甲烷以三元共沸物形式从精馏塔顶出来。
[0056]
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。