专利名称：2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸的制备的制作方法
技术领域：
本发明是一种化合物的生产方法，确切地说，是由甘氨酸经酯化，重氮化，环丙烷化，皂化，酸化合成2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸的方法。
2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸是生产一种有杀螨特效的第三代农药甲氰菊酯的关键中间原料。其合成成本高低是决定甲氰菊酯农药生产能否工业化的关键。这种化合物的合成方法主要有下面几种1)由甘氨酸乙酯盐酸盐经重氮化，环丙烷化，皂化，酸化合成。2)由二氯乙酰氯在还原性金属铅或锌作用下与四甲基乙烯反应合成的2，2，3，3-四甲基-4-氯环丁酮，再在碱作用下缩环，酸化制备，如德国专利DE2，539，048;DE2，417，615;美国专利US4，064，174提供的技术。3)四氯乙酰在叔胺存在下与四甲基乙烯反应得到氯化环丁酮再缩环，酸化合成。
在已有的这些2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸的制备方法中，目前只有方法(1)能工业化生产。但其甘氨酸乙酯盐酸盐工业生产较为麻烦。
本发明提供一种制备2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸的新方法，使用的原料是易于得到的甘氨酸，经与C4-C6的醇脱水酯化，重氮化，环丙烷化，皂化，酸化等几步以较高的总收率得到2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸，其反应按下式所示
本发明的方法是一种包括甘氨酸共沸脱水酯化，甘氨酸酯盐酸盐的重氮化，四甲基乙烯与重氮的环丙烷化以及环丙烷羧酸酯的皂化酸化在内的多步合成方法。
在本方法的酯化反应1中所使用的醇为C4-C6的直链或支链的饱和脂肪醇，其用量应当和甘氨酸等摩尔比，但考虑到醇在水中的少量溶解以及使甘氨酸有效利用，并且过量的醇可回收重复使用，醇的摩尔数为所用甘氨酸的1.5-4倍。酯化可以是氯化氢气体或是工业盐酸，但是反应中使用的盐酸含量不宜太低，一般应高于20%，其用量(折合成氯化氢)与甘氨酸的摩尔数比应大于1.05。为了使酯化反应的脱水顺利，快速地进行，反应在油浴下进行，其温度应比醇-水共沸温度高约30-40℃，一般为125～135℃，采用共沸脱水技术除去原料及产物中的水，以保证得到高的酯化产率。反应产物甘氨酸酯盐酸盐在反应温度或稍低的温度下为黄色或浅棕红色的粘稠液体，在40℃时用等重量的水溶解后，在25℃的室温下放置1个月仍未见明显的分解发生。
甘氨酸酯盐酸盐的重氮化反应2所用的溶剂可以是二氯甲烷，二氯乙烷，四氯化碳等氯代烃。重氮化反应温度可以在-15～+10℃之间。反应所用的亚硝酸钠约为甘氨酸酯的1.05-1.2倍。
环丙烷化反应3中所用的四甲基乙烯为重氮的3-7倍为宜，过量的部分在反应后可回收使用。反应温度在65℃-85℃之间较为合适。反应所用的催化剂是铜的羧酸盐或无机盐，如硫酸铜、乙酸铜、氯乙酸铜、二氯乙铜、三氯乙铜等。其用量为重氮的1mol%。
如反应式4所示，2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸酯的皂化反应，只需要等当量的氢氧化钠，但为了使更快，更彻底的进行皂化反应，不但使用2-4倍量的氢氧化钠，而且还加入一定量的乙醇进行消相，皂化温度为95～105℃。酸化过程可使用盐酸或硫酸，酸化温度为60～80℃。
具体的制备方法以实例说明如下。
实施例1在装有分水器的容量为2L的反应瓶中按顺序加入750ml工业丁醇(98%，d20＝0.810)，156g工业甘氨酸(2mol，含6g水)，搅拌，加入270ml浓盐酸(33-38%)，油浴加热升温，控制温度在125-135℃之间，回流反应并使醇-水共沸脱水，从脱水器中不断分掉共沸液的下层(水层)，大约4-6小时左右，脱水完毕，共分出下层液约为280ml(d20≈1.0)(脱水完毕后，馏出液中不见水，馏出温度在100℃左右)，然后在常压下蒸出丁醇，待不能蒸出时，再逐渐减压蒸丁醇，待真空度为650mmHg，在油浴温度125-135℃的条件下蒸不出丁醇时，停止蒸馏，整个蒸丁醇过程约需1.5小时。停止蒸馏后，冷却，得粗产物甘氨酸丁酯盐酸盐333g。在瓶中温度低于40℃时，加入500g水，室温下搅拌溶解，得浅黄色甘氨酸丁酯盐酸盐水溶液833g(d20≈1.06)，其PH值在3-5之间。
实施例2在带有冷却夹套的250ml单颈反应瓶中，加入90ml二氯乙烷，83.3g例1中得到的甘氨酸丁酯盐酸盐水溶液(0.2mol)，冷却，待温度为-5℃时，从滴液漏斗中滴加由16.6g亚硝酸钠与50ml水配成的溶液控制滴加速度15-25分钟加完，加完后继续反应10分钟，然后滴加18ml 5%的稀硫酸，控制速度1分钟，然后滴加18ml 5%的稀硫酸，控制速度1分钟内加完，加完后再反应1-2分钟，停止搅拌，溶液立即分层，下层为黄色的重氮乙酸丁酯的二氯乙烷溶液，分出有机层，水层用10ml二氯乙烷再抽提一次，合并二氯乙烷溶液，用100ml2.5%的碳酸钠水溶液搅拌洗涤，洗去残存的酸，然后分出有机层，用5g无水硫酸钠干燥，得145g的含量17-19%的黄色重氮乙酸丁酯溶液，相对于甘氨酸，重氮收率88-95%。
实施例3在装有回流冷凝管(上端接鼓泡器)的500ml三颈反应瓶中加入0.5g无水氯乙酸铜，110g四甲基乙烯，加热，待油浴温度为80℃时，开始滴加由例2中合成得到的全部重氮乙酸丁酯的二氯乙烷溶液，约2-4分钟(此时约加入2-5g重氮乙酸丁酯二氯乙烷溶液)后，开始放出氮气，催化剂逐渐变为咖啡色，控制滴加速度，40-80分钟加完全部重氮，加完后继续反应10分钟。停止反应后，控制油浴温度在110℃，常压下蒸出未反应的四甲基乙烯和二氯乙烷(约蒸出200g)，然后减压蒸出残留的二氯乙烷，最后收集124-126℃/15mmHg的馏份，称重得23g 2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸丁酯。产率68%。
实施例4在200ml单颈反应瓶中加入例3合成的四甲基环丙烷羧酸正丁酯，14.5g氢氧化钠，80ml水，40ml95%乙醇，控制油浴温度95-105℃，回流反应8小时，然后蒸出乙醇，丁醇，馏出温度78-99℃，待反应瓶中乙醇，丁醇蒸出后，再加入50ml水，约在70℃时加入15%的盐酸中和过量的碱并调节PH值至2-4，此时析出2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸白色固体，冷却到室温后，过滤，水洗，并用红外烘干，得2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸14.5-15.5g，m.p，118℃，皂化酸化产率91-94%，产品纯度＞98%。
实施例5由例3得到的蒸出溶剂后的粗产品中，加入20g氢氧化钠，105ml水、40ml95%乙醇，在100℃下回流8小时使之皂化，然后蒸出乙醇及生成的丁醇后，再用盐酸酸化得16.2g 2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸，纯度＞96.5%，基于甘氨酸的收率55%。
从以上实施例可见，利用本发明方法，可以方便地合成2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸，同现有的方法相比，不但反应过程简单，易于控制，且产率较高。
权利要求
1.一种化合物2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸的制备方法，其特征是利用甘氨酸与醇在盐酸作用下进行酯化反应，采用脱水技术得到高收率的甘氨酸酯盐酸盐并水溶后得到其水溶液，再经用亚硝酸钠重氮化，再与烯烃环丙烷化，皂化，酸化得到2，2，3，3-四基环丙烷羧酸。
2.按权利要求1所述方法中，醇是C4-C6的直链或支链的饱和脂肪醇。
3.按权利要求1所述方法中，重氮化所用溶剂为二氯乙烷，二氯甲烷，三氯甲烷，四氯化碳等氯代烃。
4.按权利要求1所述方法中，皂化所用碱为氢氧化钠，皂化时所用消相剂为乙醇。
5.按权利要求1所述方法中，酸化所使用的酸为盐酸或硫酸。
6.按权利要求1所述方法中，甘氨酸酯化温度为125-135℃，重氮化温度为-15-+10℃;环丙烷化温度为65-85℃，皂化温度95-105℃，酸化温度60-80℃。
全文摘要
一种制备甲氰菊酯农药中间体2，2，3，3-四甲基环丙烷羧酸的方法，是采用甘氨酸与C
文档编号C07C51/09GK1062345SQ90106468
公开日1992年7月1日 申请日期1990年12月13日 优先权日1990年12月13日
发明者蔡家强, 俞俊学, 原晓华, 石作武, 李峥嵘, 陆世维, 郭和夫 申请人:中国科学院大连化学物理研究所