3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法与流程

本发明属于化合物合成领域，具体涉及一种3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法。

背景技术：

1、3-乙酰基环戊基甲酸甲酯是制备农药双环磺草酮的关键原料。双环磺草酮是日本史迪士公司于2001年上市的三酮类除草剂。其为hppd抑制剂类除草剂，具有选择性，经由杂草根和茎吸收，传导至整个植株，使得植株新生组织失绿、白化死亡。双环磺草酮主要用于水稻直播田和移栽田，苗前或苗后早期防除一年生和多年生杂草，其有效成分用量在0.2-0.3kg/hm2之间。

2、现有文献报道，3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成主要是两种方法：

3、方法一、sato masayuki等再文献中报道了一种方法(heterocycles,vol 30,1990，p217-221)

4、

5、该方案需使用环己酮，原子经济性较低。

6、方法二、为普遍采用的方法以3-亚甲基-2-降冰片酮为原料。以过氧硫酸为氧化剂，在甲醇溶液中反应得到。

7、

8、产品采用间歇釜式的生产方式，往浓硫酸中滴加双氧水配置过氧硫酸，过程剧烈放热，控温不慎，过氧硫酸累积，极易分解发生爆炸。

9、所以需要开发一种安全可控、合成工艺简单的3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的制备方法具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种安全可控、合成工艺简单的3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法：

3、反应罐中内设四氟盘管，向反应罐中预先加入3-亚甲基-2-降冰片酮的甲醇溶液，所述四氟盘管被浸入3-亚甲基-2-降冰片酮的甲醇溶液中；

4、浓硫酸和双氧水分别由各自的计量泵输入至微通道静态混合器内，经过微通道静态混合器混合后进入四氟盘管继续生成过氧硫酸的反应；而后从四氟盘管出口流出后滴入至反应罐中，与3-亚甲基-2-降冰片酮甲醇溶液发生氧化反应(baeyer-villiger氧化反应)直至反应结束，反应过程中利用过氧硫酸生成的反应热使3-亚甲基-2-降冰片酮的甲醇溶液升温后进行反应(升温保持微回流，约为60～65℃)；

5、浓硫酸:3-亚甲基-2-降冰片酮＝0.8～1.2:1的摩尔比，双氧水:3-亚甲基-2-降冰片酮＝0.8～1.2的摩尔比；

6、从反应罐的出料口排出的反应产物经过后处理，得3-乙酰基环戊基甲酸甲酯(粗品，含量＞85％)。

7、说明：浓硫酸和双氧水的混合物在四氟盘管内的停留时间约为5～15分钟。

8、作为本发明的3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法的改进：氧化反应时间为1～4h(优选1～2小时)。

9、作为本发明的3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法的进一步改进：双氧水的浓度为27.5％～50％(优选27.5％～35％)。

10、作为本发明的3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法的进一步改进：

11、四氟盘管的内径(直径)为1～4mm，长度为0.8～5m；

12、通过相应的计量泵(双氧水计量泵)控制双氧水的流速为23～42g/min(优选33～42g/min)；

13、通过相应的计量泵(硫酸计量泵)控制浓硫酸的流速为(34±0.5)g/min。

14、作为本发明的3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法的进一步改进：

15、向反应产物(反应罐6的出料口排出的反应产物)中加入有机溶剂进行萃取，分层后分别得有机相和水相，水相再用有机溶剂进行萃取，萃取所得的有机相进行合并；

16、合并后有机相用亚硫酸钠水溶液淬灭(淬灭残留过氧化物)，再水洗，水洗所得的有机相干燥(脱溶)浓缩，得到3-乙酰基环戊基甲酸甲酯(粗品，含量＞85％)

17、本发明的反应方程式如下

18、

19、相比传统釜式合成过氧硫酸进行氧化，本发明利用依次串联的微通道静态混合器和四氟盘管，具有以下技术优势：

20、(1)安全性更高：

21、由于过氧硫酸不稳定易分解爆炸，釜式合成过氧硫酸需要在低温(即0～10℃)下进行；一般是将浓硫酸滴加到双氧水中，这个过程就是过氧硫酸积累过程；震动和撞击会加快过氧硫酸分解，所以过氧硫酸搬运传输极其麻烦；给合成、储存和搬运传输带来了极大的安全风险。

22、而本发明采用计量泵输送浓硫酸、双氧水进入静态混合器中，快速生成过氧硫酸，随后滴入反应罐与主原料反应，反应温度较高(氧化步骤的反应温度高)，过氧硫酸不会积累，极大的提高了安全性。

23、(2)进料时间短：

24、釜式反应中过氧硫酸的合成会剧烈放热，所以需要缓慢滴加98％硫酸至27.5％双氧水中并低温冷却带走反应热，以防热量累积造成飚温，故过氧硫酸的制备时间一般都较长。

25、而采用本发明的反应方式，由于静态混合器和四氟盘管里过氧硫酸较少，在四氟盘管中反应产生的热量可维持甲醇的微回流，由于过氧硫酸的停留时间较短，避免了过氧硫酸的大量分解。

26、(3)氧化剂浓度更高：

27、釜式反应中制取过氧硫酸一般都使用27.5％浓度的双氧水(如果双氧水浓度高，容易发生爆炸)，这样得到的过氧硫酸浓度不是很高，一定程度上影响了主体反应速率。

28、在本发明的方案中，过氧硫酸一生成就快速滴入反应釜中，因此可以使用更高浓度的双氧水。本发明中使用过27.5％、35％和50％三种浓度的双氧水，27.5％和35％浓度的双氧水，均得到了符合要求的目标产物。而使用50％浓度的双氧水时不仅原料反应完了，而且目标产物也发生过氧化现象，即，氧化性太强，副反应增多。

29、由此可证明采用微通道反应能够制取更高浓度的过氧硫酸。

30、(4)反应温度更高：

31、釜式反应时为了安全，过氧硫酸的制取需在低温进行，且极易冲料引发爆炸，导致了过氧硫酸的制备耗时较长。

32、而本发明的工艺过氧硫酸在高温(利用反应产生的热量)下快速生成，停留时间较短，减少了过氧硫酸的自身分解，且将盘管浸入反应液，与反应液进行热量交换。随后滴入釜内后立即参与氧化反应，该方案合理利用了过氧硫酸制备产生的热量，无需额外提供热源，即可维持反应所需的温度。

33、本发明高浓度的氧化剂和较高的反应温度促使了主体反应速率非常快，加快了进料速度缩短了进料时间。所以釜式需要10～20小时的反应时间，在本发明方案中缩短到1-2小时。

34、总体而言，本发明的反应采用微通道静态混合器和四氟管串联再滴入反应釜比传统釜式有更高的安全性和更快的时效性。且由于利用了制备过氧硫酸过程产生的热量，因此无需额外提供冷却或加热，达到了节能的效果。

技术特征：

1.3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法，其特征在于：氧化反应时间为1～4h。

3.根据权利要求2所述的3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法，其特征在于：所述双氧水的浓度为27.5％～50％。

4.根据权利要求3所述的3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法，其特征在于：

5.根据权利要求1～4所述的3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法，其特征在于：

6.根据权利要求1～5所述的3-乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法，其特征在于：

技术总结
本发明属于化合物合成领域，本发明公开了一种3‑乙酰基环戊基甲酸甲酯的合成方法：反应罐中内设四氟盘管，向反应罐中预先加入3‑亚甲基‑2‑降冰片酮的甲醇溶液；浓硫酸和双氧水分别由各自的计量泵输入至微通道静态混合器内，经过微通道静态混合器混合后进入四氟盘管继续生成过氧硫酸的反应；而后从四氟盘管出口流出后滴入至反应罐中，与3‑亚甲基‑2‑降冰片酮甲醇溶液发生氧化反应，从反应罐的出料口排出的反应产物经过后处理，得3‑乙酰基环戊基甲酸甲酯。该方法具有安全可控、合成工艺简单等优势。

技术研发人员：葛前建,朱航,吕雪皓,潜永胜
受保护的技术使用者：江西扬帆新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13