专利名称：3,4-二甲基吡唑磷酸盐的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种3，4_甲基吡唑磷酸盐的制备方法，特别涉及一种能够高效地合成3，4- 二甲基吡唑磷酸盐的制备方法
背景技术：
在各种农业生产活动中，人们为了追求作物的产量不合理地大量使用化肥，据调查，目前我国年平均施纯氮量为200kg/ha。在经济发达地区如太湖流域年施纯氮量达到 600kg/ha以上，在许多地区纯氮使用量甚至高达5001300kg/ha，氮肥施用后极易流失，加之农业活动范围巨大，产生的面源污染远比工业点源污染影响大得多。有调查表明，流域农田的总氮流失率约占全部氮肥使用量的20%，其中，水体富营养化的限制性因子磷的 87%、氮的70%均来源于农业面源污染。当前，导致水体富营养化加剧，藻类爆发的农业面源环境污染已成为一个严重的全球性问题。农田土壤氮素的大量流失，致使地表水和地下水的污染日益严重。同时，农业面源污染中硝酸盐的渗漏会造成地下水污染，饮用水和食品中硝酸盐含量大量增加，从而导致婴幼儿罹患高铁血红蛋白症、呼吸系统疾病、肝脏中Va含量下降症等等。据中国农业科学院对北京、天津、山东等省市的地下水抽样调查结果显示，45%的水样超过了世界卫生组织标准(11. 3mg/L N)。我国太湖地区饮用水中硝态氮的超标率也达到38%。京郊区的地下水硝态氮含量更高达61. 6120. ^ig L 1。如何减少氮素向水体中的迁移已成为水环境保护领域人们关注的焦点之一。3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐(3，4_dimethyl phrazole phosphate,DMPP)是一种新型硝化抑制剂的主要成分，DMPP对提高氮肥利用率，减少铵态氮的流失，提高农作物产量具有重要的意义，所以有效地合成3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐在农业和环保领域意义重大。现有技术中有一种利用3-甲基-2- 丁酮和水合胼在浓硫酸中以NaI为催化剂合成3，4_ 二甲基吡唑的方法，还有一种利用反-2，3-二甲基丙烯醛和水合胼反应生成一中间产物，该中间产物再在浓硫酸中，NaI催化合环生成3，4-二甲基吡唑的方法，以上两种方案的实施过程都需要较大量地使用浓硫酸，且反应温度都超过110摄氏度，因此对设备要求较高，另外，中和大量浓硫酸时放热显著，操作复杂，有安全隐患，同时，反应所需原材料 3-甲基-2-丁酮以及反-2，3-二甲基丙烯醛价格相对比较高，不利于工业化生产。在另外一种已知的技术中，利用2-丁酮和甲酸甲酯在碱催化作用下生成中间产物2-甲基-3-氧代丁醛钠，该产物在酸性条件下和水合胼合环生成3，4_ 二甲基吡唑。虽然该方案两步反应均在室温下进行，反应条件比较温和，但是反应时间比较长，需要16-M小时，且强碱催化生成中间产物过程中会有异构体生成，最终会有副产物3-乙基吡唑生成。因此，有必要发对上述现有技术中存在的问题进行改进。
发明内容
针对现有技术中的技术问题，本发明提供一种高效、高产、廉价、且生产条件要求较低的高纯度3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐的新方法。本发明提供一种3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，包括步骤Si，利用金属钠与2-丁酮和甲酸乙酯生成2-甲基-3-氧代丁醛钠；步骤S2，利用水合胼与2-甲基-3-氧代丁醛钠生成3，4-二甲基吡唑；步骤S3，利用3，4-二甲基吡唑与磷酸反应生成3，4-二甲基吡唑磷酸盐。根据本发明的一优选实施例，在所述步骤Sl中，先将所述金属钠置于有机溶剂中，并在其中加入所述2- 丁酮和甲酸乙酯进行反应，生成2-甲基-3-氧代丁醛钠。根据本发明的一优选实施例，所述有机溶剂为乙醚、石油醚、环己烷、己烷、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯中的任意一种或多种的组合，且溶剂的质量是钠的质量的1-20倍。根据本发明的一优选实施例，在所述步骤S2中，在催化剂的催化作用下，将所述水合胼与所述2-甲基-3-氧代丁醛钠的水溶液进行反应，通过萃取得到3，4_二甲基吡唑。根据本发明的一优选实施例，所述催化剂为有机酸或无机酸。根据本发明的一优选实施例，所述有机酸为硫酸、磷酸、硝酸、盐酸中的任意一种或多种的组合，所述有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、三氟乙酸中的任意一种或多种的组合，且酸溶液的PH值为1-5。根据本发明的一优选实施例，在所述步骤S2中，在所述水合胼与所述2-甲基-3-氧代丁醛钠的水溶液进行反应后，还包括利用碱中和酸的步骤，所述碱为氢氧化钠、 氢氧化钾、氨气中的任意一种或多种的组合，并使中和后的溶液PH值为8-10。根据本发明的一优选实施例，萃取采用的萃取剂为氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸乙酯、正丁醇中的一种或多种组合。根据本发明的一优选实施例，在所述步骤S3中，将3，4- 二甲基吡唑溶于醇类溶剂中，并在其中添加磷酸，从而生成3，4-二甲基吡唑磷酸盐的沉淀物，对3，4-二甲基吡唑磷酸盐的沉淀物过滤、烘干后得到固体的3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐。根据本发明的一优选实施例，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、叔丁醇、 乙二醇、丙三醇、丁二醇中的一种或多种的组合。相较于现有技术，本发明3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐的制备方法中，用金属钠代替了其它强碱，从而使2- 丁酮更易生成碳负离子，并选择性地生成热力学稳定的烯醇副离子， 避免生成端碳负离子所带来的副产物，既缩短了反应时间，也使反应具有优异的选择性，从而能高效率地合成产物，并且所有反应均处于室温环境下，其反应条件温和，对生产设备的要求较低，且具有更高的安全性。同时，在上述制备方法的过程中，产生的副产物较少，3， 4-二甲基吡唑磷酸盐的生成率较高，且上述制备方法的反应时间短，有利于产品的大量生产。
图1是本发明3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐的制备方法的流程图。图2是图1所示制备方法中步骤S2生成的3，4- 二甲基吡唑的化学式结构图。图3是图1所示制备方法中最终生成的3，4-二甲基吡唑磷酸盐的化学式结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。本发明提供一种3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，本方法中，采用金属钠的有机溶剂来代替强碱，使2- 丁酮与甲酸乙酯发生缩合反应生成2-甲基-3-氧代丁醛钠，从而高选择性地合成3，4- 二甲基吡唑。3,4- 二甲基吡唑与磷酸反应得到3，4- 二甲基吡唑磷酸
Τττ . ο本发明提供一种原料易得，反应条件温和，反应时间短，副产物少的有效合成3， 4- 二甲基吡唑磷酸盐的方法。请参阅图1，图1是本发明3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐的制备方法的流程图，3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐的制备方法包括步骤Si，将金属钠与2-丁酮和甲酸乙酯的混合液生成 2-甲基-3-氧代丁醛钠；步骤S2，将酸和水合胼与2-甲基-3-氧代丁醛钠的水溶液进行搅拌，加碱中和，从而分离出3，4-二甲基吡唑；步骤S3，将3，4-二甲基吡唑与磷酸反应生成 3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐。具体的在步骤Sl中，首先将金属钠加入装有机溶剂的反应容器中，经过搅拌，向金属钠机溶剂的混合液中滴加2- 丁酮和甲酸乙酯的混合液，室温反应1小时后，将反应生成的额沉淀物过滤，得白色固体2-甲基-3-氧代丁醛钠，然后将固体2-甲基-3-氧代丁醛钠溶于水中，生成固体2-甲基-3-氧代丁醛钠的水溶液待用。其中，甲酸乙酯和钠的用量是2- 丁酮用量的1-5倍(按物质的量计算)。其中，有机溶剂可以为乙醚、石油醚、环己烷、己烷、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯等其中的任意一种或多种的组合，溶剂的用量一般是钠的用量的1-20倍量(按质量计算)。本步骤中，利用钠代替其传统方法中的强碱，例如甲醇钠、乙醇钠、氢氧化钾、氢氧化钠等，使2- 丁酮与甲酸乙酯反应生成2-甲基-3-氧代丁醛钠，从而避免了强碱性原料的使用对生产条件的限制。在步骤S2中，将酸(作为催化剂)和水合胼同时加到2-甲基-3-氧代丁醛钠的水溶液中，在室温搅拌10小时直至反应完成，利用缩合闭环反应合成3，4-二甲基吡唑，此时反应的反应生成物的溶液PH值在1-5之间，然后在pH值在1-5之间的3，4- 二甲基吡唑的溶液中加碱进行中和反应，直至中和到PH值约为8-10时停止中和反应。然后选用合适的萃取剂萃取后，进行分液和干燥操作，并有机相蒸去溶剂，从而得3，4-二甲基吡唑。3，4-二甲基吡唑的化学式结构如图2所示。其中，用作催化剂的酸可以为无机酸或有机酸，其中无机酸可以为硫酸、磷酸、硝酸、盐酸中的任意一种或多种的组合，有机酸可以为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、三氟乙酸中的任意一种或多种的组合，且酸溶液的PH值为1-5之间为最佳。中和催化剂酸所用的碱可以为氢氧化钠、氢氧化钾和氨气中的任意一种或多种的组合，碱用量标准为使中和溶液的PH值为8-10之间为最佳。所用的萃取剂可以是氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸乙酯、正丁醇中的任意一种或多种的组合。在步骤S3中，把3，4-二甲基吡唑溶于醇类溶剂(甲醇，乙醇，异丙醇，丁醇，叔丁醇，乙二醇，丙三醇，丁二醇)中，在醇溶液中滴加磷酸，生成沉淀，在析出沉淀物后，将沉淀物过滤、烘干后得到白色固体，即为3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐。其中3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐
5纯度高于98%。3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐的化学式结构如图3所示在上述步骤Sl-步骤S3中，所有反应均处于室温状态，具体的，室温控制在 15°C _35°C之间。相较于现有技术，本发明的3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐制备方法中，用金属钠代替了其它强碱，从而使2- 丁酮更易生成碳负离子，并选择性地生成热力学稳定的烯醇副离子， 避免生成端碳负离子所带来的副产物，既缩短了反应时间，也使反应具有优异的选择性，从而能高效率地合成产物，并且所有反应均处于室温环境下，其反应条件温和，对生产设备的要求较低，且具有更高的安全性。同时，在上述制备方法的过程中，产生的副产物较少，3， 4-二甲基吡唑磷酸盐的生成率较高，且上述制备方法的反应时间短，有利于产品的大量生产。为了更有效的说明本发明3，4_ 二甲基吡唑磷酸盐制备方法，以下通过一具体实施例来介绍本发明，其中计量单位为体积毫升(mL)物质的量摩尔(mol)质量克(g)时间小时(h)原材料为干燥乙醚IOOmL金属钠24g(Imol)2- 丁酮36g(0. 5mol)甲酸乙酯52g(0. 7mol)水合胼0.2mol浓硫酸(98% )适量氢氧化钠溶液(20% )适量氯仿25OmL甲醇30mL磷酸(85%) :36g具体制备过程为在搅拌状态下，在IOOmL干燥乙醚中加入24g(lmol)切碎的金属钠，然后将 36g(0. 5mol)2-丁酮和52g(0. 7mol)甲酸乙酯的混合液加入到上述体系中，室温搅拌lh，过滤，得白色固体(即2-甲基-3-氧代丁醛钠)51. 5g，收率84%，并将白色固体(即2-甲基-3-氧代丁醛钠)溶于200mL水中，生成备用溶液。然后，在室温下，将0. 2mol水合胼(80%体积比)和浓硫酸(98%体积比)同时滴加到上述备用溶液中，滴加时间控制在0. 5-lh，使溶液的pH值为1-5，室温下继续搅拌10 小时。然后，用20%的氢氧化钠溶液将pH值调整到8. 1，剩余液用250mL氯仿萃取，合并有机相，干燥，蒸去溶剂得产物3，4- 二甲基吡唑30g，收率75 %。最后，将30g 3，4_ 二甲基吡唑溶于30mL甲醇，加入36g磷酸(85% )，析出沉淀， 过滤，干燥，得到63g 3,4- 二甲基吡唑磷酸盐，收率为96%，整个反应总收率为60%。
上述发明方法中，反应的室温控制在15°C -35°C。以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
权利要求
1.一种3，4- 二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，包括步骤Si，利用金属钠与2-丁酮和甲酸乙酯生成2-甲基-3-氧代丁醛钠；步骤S2，利用水合胼与2-甲基-3-氧代丁醛钠生成3，4- 二甲基吡唑；步骤S3，利用3，4- 二甲基吡唑与磷酸反应生成3，4- 二甲基吡唑磷酸盐。
2.根据权利要求1所述的3，4-二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，其特征在于，在所述步骤Sl中，先将所述金属钠置于有机溶剂中，并在其中加入所述2- 丁酮和甲酸乙酯进行反应，生成2-甲基-3-氧代丁醛钠。
3.根据权利要求2所述的3，4-二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醚、石油醚、环己烷、己烷、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯中的任意一种或多种的组合，且溶剂的质量是钠的质量的1-20倍。
4.根据权利要求1所述的3，4-二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，在催化剂的催化作用下，将所述水合胼与所述2-甲基-3-氧代丁醛钠的水溶液进行反应，通过萃取得到3，4- 二甲基吡唑。
5.根据权利要求4所述的3，4-二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，其特征在于，所述催化剂为有机酸或无机酸。
6.根据权利要求5所述的3，4-二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，其特征在于，所述有机酸为硫酸、磷酸、硝酸、盐酸中的任意一种或多种的组合，所述有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、三氟乙酸中的任意一种或多种的组合，且酸溶液的PH值为1-5。
7.根据权利要求5所述的3，4-二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，在所述水合胼与所述2-甲基-3-氧代丁醛钠的水溶液进行反应后，还包括利用碱中和酸的步骤，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨气中的任意一种或多种的组合，并使中和后的溶液PH值为8-10。
8.根据权利要求5所述的3，4-二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，其特征在于，萃取采用的萃取剂为氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸乙酯、正丁醇中的一种或多种组合。
9.根据权利要求1所述的3，4-二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，将3，4- 二甲基吡唑溶于醇类溶剂中，并在其中添加磷酸，从而生成3，4- 二甲基吡唑磷酸盐的沉淀物，对3，4- 二甲基吡唑磷酸盐。
10.根据权利要求10所述的3，4-二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，其特征在于，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙三醇、丁二醇中的一种或多种的组
全文摘要
本发明提供一种3，4-二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，包括步骤S1，利用金属钠与2-丁酮和甲酸乙酯生成2-甲基-3-氧代丁醛钠；步骤S2，利用水合肼与2-甲基-3-氧代丁醛钠生成3，4-二甲基吡唑；步骤S3，利用3，4-二甲基吡唑与磷酸反应生成3，4-二甲基吡唑磷酸盐。本发明3，4-二甲基吡唑磷酸盐的制备方法具有原料易得，反应条件温和，反应时间短，副产物少的优点。
文档编号C07D231/12GK102558054SQ201110436060
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者刘兴斌, 卢然, 张浩军, 张肖飞, 曹明慧, 郭长青, 马宾, 马杰文 申请人:深圳中航资源有限公司