一种氰氟草酯的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于除草剂生产领域，具体涉及一种氰氟草酯的制备方法。
【背景技术】
[0002] 除草剂是保证农业生产所不可缺少的物质，经测算，如果农田不除草，作物损失将 达到50~70%，在发达国家，除草剂用量占农药总量的40~50%，我国近年来除草剂的使用 量增长也较快，现已达到农药总量的30%多，且增长趋势很强。
[0003] 近年水稻直播田面积不断扩大，造成稗草、千金子基数增大，草害发生严重。目前 水田除草用量较大的除草剂有丁草胺、苄嘧磺隆、二氯喹啉酸，这3个品种占市场份额的 50%以上，并且都用了20~30年，杂草的抗性在逐年增加，农民不得不增大防治药剂的用 量。
[0004] 氰氟草酯是一个在极低剂量即对杂草呈现很高活性和选择性的稻田芽后除草剂， 主要用于防除重要的禾本科杂草，尤其对稗草(包括大龄稗草）、千金子、看麦娘、小康草、马 唐、双穗雀稗、狗尾草、牛筋草等有卓越的效果，对稻类作物非常安全，且其具有低毒、低残 留的特点。水稻田中千金子危害较严重，而氰氟草酯对4叶期前的千金子表现出极高的杀草 活性，其它药剂无法与之相比。
[0005] 氰氟草酯是芳氧苯氧丙酸类除草剂中唯一对水稻(移栽和直播)具有高度安全性 的品种，对水稻等具有优良的选择性，其优良的选择性基于氰氟草酯在水稻体内和杂草体 内具有不同的代谢速度，在水稻体内，氰氟草酯可被迅速降解为对乙酰辅酶A羧化酶无活性 的二酸态，因而对水稻具有高度的安全性;而氰氟草酯在杂草体内的代谢速度较慢，能有效 抑制杂草的生长，因氰氟草酯在土壤中和典型的稻田水中的降解迅速，因此，对后茬作物安 全。
[0006] 因此，推广应用氰氟草酯将对全国农作物的增产增收将发挥重要作用，开发高效 除草剂氰氟草酯将具有良好的发展前景。
[0007] 氰氟草酯，英文通用名：cyhalofopbutyl，商品名：千金（clincher)，化学名称： (R) -2-[4-(4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸丁酯，英文名称:butyl(R)-2-[4-(4-cyan0-2-fluorophenoxy )phenoxy ]propionate，系美国陶氏农业科学公司开发的苯氧羧酸类除草 剂。结构式为：
[0008]
[0009]纯品为白色结晶体，熔点50 °C，蒸气压为1.2 X 10_6Pa (20 °C )，水中溶解度为 0.7mg/L(20°C，pH=7);pH=4时稳定，pH=7时分解缓慢，在pH为1~2或9时迅速分解。
[0010]目前，氰氟草酯的合成方法采用的都是化学合成法，主要合成路线有三条：
[0011]路线1:对苯二酸与3,4-二氟苯腈反应得到3-氟-4-(4-羟基苯氧基)苯腈，然后和 (S) -对甲苯磺酰乳酸酯反应生成氰氟草酯，反应式为：
[0012]
[0013]虽然文献报道(《农药》2010年第49卷第5期）路线能得到97%左右的（R)_异构体， 但受原料和反应条件的影响，反应存在消旋现象，实际仅能得到80-90%的(R)-异构体，同 时，从成本方面考虑，该路线整体工艺较长，3，4-二氟苯腈与对二苯酚发生的反应中，对二 苯酚的两个酚羟基均可参与反应，生成副产物，增加3，4-二氟苯腈的用量，而3，4-二氟苯腈 价格昂贵，因此该路线成本昂贵，并且，对甲苯磺酸的后处理需用微生物降解做深化处理， 因此工业上一般不采用这条合成路线。
[0014] 路线2:以（S)-乳酸酯为起始原料，先得到（S)-对甲苯磺酰乳酸酯，再同对苯二酚 反应得到(R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯，然后与3,4_二氟苯腈反应合成氰氟草酯，反应式 为：
[0015]
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[0016] 《农药研究与应用》2007年第11卷第1期报道了一种氰氟草酯的合成方法，与上述 路线2相近，其合成路线为：以（S)-乳酸甲酯为原料，首先合成(S)-对甲苯磺酰乳酸甲酯，再 同对苯二酚反应得到中间体，然后经过水解、乙醇酯化反应得到(R)-2_(4-羟基苯氧基)丙 酸乙酯，再与3，4-二氟苯腈反应，得到(R)-2-[4_( 4-氰基-2-氟苯氧基)苯氧基]丙酸乙酯， 再水解成酸，酸再与正丁醇通过酯化反应生成氰氟草酯，然而，此工艺路线长，操作繁琐，同 时，有大量的废水生成，并且，生成的对甲苯磺酸副产物无法回收，难以处理。
[0017] 路线3:(R)-2_(4-羟基苯氧基)丙酸和3,4_二氟苯腈在有机溶剂中、碱性催化条件 下进行缩合反应生成中间体(R)-2_[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]-丙酸，中间体再与光气进 行光化反应生成中间体(R)-2-[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]-丙酰氯，最后再与正丁醇进行 酯化反应生成氰氟草酯，该方法中，在制备成酯前中间体(R)-2-[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧 基]-丙酸时，进行了酰氯化反应，酰氯化时使用了光气或氯化亚砜等有毒、强腐蚀的酸性原 料，对实验设备及操作要求较高，增加安全隐患。
【发明内容】
[0018] 本发明的目的在于提供一种氰氟草酯的制备方法，缩短了反应路线，降低了生产 成本;避免了酰氯化步骤，对设备要求降低，简化操作，减少了三废排放量，对工艺放大和生 产有巨大的指导意义。
[0019] 为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：
[0020] -种氰氟草酯的制备方法，包括如下步骤：
[0021] 1)醚化反应
[0022] 向极性非质子溶剂中加入碱作为缚酸剂，再加入反应底物(R)-2_(4-羟基苯氧基） 丙酸和3，4-二氟苯腈，加热升温，反应温度为80~120°C，反应5-15小时，反应结束后脱除极 性非质子溶剂，加水溶解，用酸调节pH至4~5,析出晶体，过滤，得到中间体(R)-2-[4-(2-氟-4-腈基)_苯氧基]-丙酸；
[0023] 2)酯化反应
[0024]将步骤1)获得的中间体(R)-2-[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]-丙酸和正丁醇、脱水 溶剂以及质子酸催化剂加入反应容器，得到反应液，加热回流，分水，至无水分出，反应结 束，将反应后的反应液水洗至中性，脱除溶剂得到氰氟草酯；
[0025] 其中，所述的脱水溶剂是指沸点低于130°C、且不与水混溶的芳香烃类、烷烃类或 酮类非质子性有机溶剂。
[0026] 优选地，所述脱水溶剂中的芳香烃类非质子性有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯或氯 苯。
[0027]优选地，所述的烷烃类非质子性有机溶剂为环己烷、正己烷、正庚烷、1，2_二氯乙 烷或氯仿。
[0028]优选地，所述的酮类非质子性有机溶剂为丁酮或环戊酮。
[0029] 优选地，步骤1)中的极性非质子溶剂选自二甲亚砜、N，N二甲基甲酰胺、N，N二甲基 乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
[0030] 进一步，步骤1)中的缚酸剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯和磷 酸钾中的至少一种。
[0031] 又进一步，反应底物(R)-2_(4-羟基苯氧基)丙酸、3,4_二氟苯腈和缚酸剂的摩尔 比为1:1~1.5:2~5。
[0032] 优选地，步骤1)的反应温度为80~100 °C，步骤1)中所述的酸选自硫酸、盐酸、硝 酸、磷酸和草酸中的至少一种。
[0033] 又进一步，步骤1)中所述的反应底物(R)-2_(4-羟基苯氧基)丙酸和3,4_二氟苯腈 的摩尔比为1:1~1.5,步骤2)中所述的正丁醇与中间体(R)-2-[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧 基]-丙酸的摩尔比为1~2:1。
[0034] 进一步，步骤2)中的质子酸催化剂为浓硫酸、对甲苯磺酸和磷酸中的一种或多种， 质子酸催化剂与(R)-2_[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]-丙酸的摩尔比为0.01~0.1:1。
[0035] 本发明的制备方法中先将(R)-2_(4-羟基苯氧基)丙酸和3,4_二氟苯腈在碱性条 件下进行醚化反应得到(R)-2_[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]-丙酸中间体，（R)-2-[4-(2-氟- 4-腈基)-苯氧基]-丙酸中间体再与正丁醇经酯化脱水反应得到氰氟草酯产品，避免了酰氯 化步骤，缩短了反应路线，降低成本，对设备要求降低，简化操作，减少了三废排放量。
[0036] 本发明的制备方法在酯化反应中，甲苯或苯对反应原料(R)-2_[4_(2_氣_4_臆 基)-苯氧基]-丙酸的溶解性较好，反应体系中存在大量正丁醇，在酸催化条件下，反应原料 中的羧基进行成酯反应，反应原料中的氰基可能进行醇解反应，生成副产物(R)-2-[4-(2-氟-4-丁氧羰基)-苯氧基]-丙酸丁酯，该副产物可通过重结晶除去。
[0037] 本发明对上述制备方法作进一步优化，可大大降低酯化反应中副产物(R)-2_[4-(2-氟-4-丁氧羰基)-苯氧基]-丙酸丁酯的含量，通过在酯化反应中使用对(R)-2-[4-(2-氟-4-腈基)_苯氧基]-丙酸溶解性较差的脱水溶剂，以直接或间接的方式起到减小(R)-2-[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]-丙酸在溶剂中溶解度的作用，比如：以环己烷作为溶剂时，环 己烷极性较小，对(R)-2_[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]-丙酸的溶解性较差；以丁酮作为脱水 溶剂时，丁酮与水能1:4混溶，根据动力学原理，水为液体，在丁酮中，水的溶解速度大于固 相的（R)-2-[4-(2-氟-4-腈基）-苯氧基]-丙酸的溶解速度，因此，在水的竞争下，丁酮中 (R)-2-[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]-丙酸的溶解度大大降低，大大降低了反应原料(R)-2-[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]-丙酸的溶解性，因此，进行酯化反应时，仅有少量的(R)-2-[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]-丙酸溶解在溶剂中，而少量溶解的(R)-2-[4-(2-氟-4-腈基)-苯 氧基]-丙酸主要与正丁醇进行酯化反应，随着酯化反应的进行，正丁醇含量减少，大大降低 了氰基丁醇解的机率，从而抑制了副产物(R)-2_[4-(2-氟-4-丁氧羰基)-苯氧基]-丙酸丁 酯的生成，使其含量从0.7 %左右降到0.1 %以下。
[0038] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0039] 1)本发明的氰氟草酯的制备方法中，缩短了反应路线，减少了精制操作，降低成 本，由于避免了酰氯化反应，对设备的要求降低，进一步节约了工业化成本。
[0040] 2)本发明进行酯化反应时，可使用对(R)-2-[4_(2-氟-4-腈基)_苯氧基]-丙酸溶 解性较差的脱水溶剂，能有效抑制副反应的进行，减少了副产物的生成，主要杂质的含量大 大降低，使副产物(R)-2_[4-(2-氟-4-丁氧羰基)-苯氧基]-丙酸丁酯的含量降到0.1%以 下，进一步提高了产品质量，减少了操作步骤，避免重结晶除杂操作，减少因重结晶过程造 成的产品损失，提高了酯化反应收率，降低了工艺成本。
【附图说明】
[0041] 图1为本发明实施例1中氰氟草酯的高效液相色谱图谱。
[0042] 图2为本发明实施例4中氰氟草酯的高效液相色谱图谱。
【具体实施方式】
[0043] 以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0044] 实施例1氰氟草酯的制备方法
[0045] 1)醚化反应
[0046] 向250ml四口烧瓶中投入N，N-二甲基乙酰胺100mL、碳酸钾60g(0.42mol)，再分批 投入（R)-2_(4-羟基苯氧基）丙酸26g(0.14mol)，投料完毕后，再投入3，4_二氟苯腈