4-甲磺酰基甲苯的合成方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于有机合成领域，具体涉及一种4-甲磺酰基甲苯的合成方法。
【背景技术】
[0002] 4-甲磺酰基甲苯，分子式C8H1Q〇2S，CAS号3185-99-7,分子量170.0,熔点84~89°C， 沸点311.7 °C，结构式如S-1所示。
[0003]
[0004] 4-甲磺酰基甲苯是对甲砜基苯丝氨酸乙酯的主要原料，对甲砜基苯丝氨酸乙酯又 是生产甲砜霉素、氟洛芬的重要中间体。同时它又是一种杀螨药物，可防治棉花、果树、蔬菜 等作物的各种螨虫。
[0005] 目前文献报道的4-甲磺酰基甲苯的合成工艺主要有3种。分别以甲苯、4-甲基苯硫 酚、4-甲基苯磺酰氯为初始原料，具体如下：
[0006] (1)文献（Peyronneau M，et al ·，Eur.J.0rg.Chem. ,2004(22) :4636-4640)报道了 使用甲苯为原料，与甲基磺酰氯催化反应得到4-甲磺酰基甲苯和2-甲磺酰基甲苯的混合 物，原料转化率达到92%，但目标产物4-甲磺酰基甲苯的收率不到60 %，反应方程式如S-2 所示。该方法操作简单，但反应选择性差、产物收率低、得到的混合物分离较困难，未实现工 业化生产
[0007]
[0008] (2)文献报道以4-甲基苯硫酚为原料，经过与硫酸二甲酯(或碘甲烷）甲基化反应、 双氧水氧化反应得到4-甲磺酰基甲苯，反应方程式如S-3所示。该工艺由4-甲基苯硫酚为起 始原料，价格较高;反应过程涉及了较贵的氧化还原试剂、较不清洁的氧化还原工艺、较大 的硫价态升降折回变化，因此该工艺的氧化-还原经济性差；使用硫酸二甲酯为甲基化试 剂，需要大量的碱破坏，反应原子经济性差、废水量大。该工艺为传统的4-甲磺酰基甲苯生 产工艺，不符合绿色环保、成本低廉的生产理念，正逐渐被替代。
[0009]
[0010] (3)专利CN102924347A公开了以4-甲基苯磺酰氯为原料，在NaS03/NaHC0 3水溶液 中，分批加入原料4-甲基苯磺酰氯，反应得到4-甲基苯亚磺酸钠，通过与硫酸二甲酯反应得 到4-甲磺酰基甲苯，反应方程式如S-4所示。该工艺原料廉价易得，但硫酸二甲酯为管制的 剧毒物品，反应过程需要大量的碱破坏，废水量大，原子经济性差，收率最高仅为65%。具体 而言：该方法中，碱为NaOH，主要用于破坏硫酸二甲酯的结构；并且反应结束以后副产物复 杂，处理繁琐。在该方法中，如果将NaOH改成碳酸氢钠，会导致收率的大大降低。
[0011]
【发明内容】
[0012] 本发明要解决的技术问题是提供一种反应原子经济性高、原料转化率高、无废水 排放、绿色环保、反应条件温和、反应容易控制、收率高的4-甲磺酰基甲苯的合成方法。
[0013] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种4-甲磺酰基甲苯的合成方法，包括依次 进行如下步骤：
[0014] 1)、在高压反应釜(带搅拌测温装置、冷凝装置）内制备钠盐：
[0015] 在釜中先加入亚硫酸钠和水，再加入碱直至溶液pH = 7.5~9.0;升温至40~90°C (较佳为60~90°C)后，将作为原料的4-甲基苯磺酰氯熔融后，利用进料栗均匀加入至釜内； 加料完毕，保温(40~90°C，较佳为60~90°C)搅拌进行还原反应，反应时间为1.5~2.5小时 (较佳为2h)，从而生成4-甲基苯亚磺酸钠；
[0016] 所述亚硫酸钠与4-甲基苯磺酰氯的摩尔比为1~1.6:1;
[0017] 备注说明：反应过程中采用薄层色谱(TLC)跟踪检测；
[0018] 2)、将所得的含有4-甲基苯亚磺酸钠的反应产物冷却至室温后，向高压反应釜内 加入氯甲烷，升温至50~90°C (较佳为60~90°C)，于2 · 6~3 · OMpa的压力(起始反应压力）下 进行甲基化反应;反应时间为3.5~4.5小时(较佳为4h);
[0019] 所述氯甲烷与步骤1)中的4-甲基苯磺酰氯的摩尔比为1~3.5:1(较佳为2~3.5: 1，最佳为3:1);
[0020] 备注说明：反应过程中采用薄层色谱(TLC)跟踪检测，待4-甲基苯亚磺酸钠反应完 毕(体系压力保持不变），关闭加热装置停止加热；反应压力与釜体积、氯甲烷用量、反应温 度相关，保持反应压力不高于3. OMPa;
[0021] 3)、甲基化反应结束后，趁热，将高压反应釜中的氯甲烷气体排入下一个循环的步 骤2)中，循环过程如下：
[0022]将高压反应釜中的氯甲烷气体趁热排入下一个循环的含有4-甲基苯亚磺酸钠的 反应产物的高压反应釜中（从而实现氯甲烷的回收），控制下一循环的高压反应釜中的温度 < 10°C；
[0023] 当高压反应釜中的氯甲烷气体被下一个循环的高压反应釜吸收后；向下一个循环 的高压反应釜内补充加入氯甲烷直至同步骤2)所述的氯甲烷用量，然后于步骤2)所述的工 艺条件下（即，升温至50~90°C，于2.6~3.OMpa的压力，吸收+补充的氯甲烷之和与步骤1) 中的4-甲基苯磺酰氯的摩尔比为1~3.5:1)进行甲基化反应，反应时间为3.5~4.5小时(较 佳为4h);
[0024] 备注说明：
[0025] 当2个高压反应釜中的气体达到平衡时（即，压力不变时），开始向下一个循环的高 压反应釜内补充加入氯甲烷；
[0026] 回收氯甲烷所用高压反应釜的釜内温度越低越有利于氯甲烷回收，因此釜内温度 不高于10°C即可；
[0027] 氯甲烧补加量=用量-回收量；
[0028] 4)、循环进行上述步骤3);
[0029] 5)、打开上述甲基化反应结束且排出气体后的高压反应釜，将反应液减压抽滤，分 别得滤液I和滤饼；
[0030] 使用二氯乙烷溶解滤饼，过滤，所得的二氯乙烷滤液进行减压旋蒸;旋蒸结束，得 4-甲磺酰基甲苯的粗品（白色固体），重结晶，得产品4-甲磺酰基甲苯。
[0031] 备注说明：二氯乙烷回收率约85%。
[0032] 作为本发明的4-甲磺酰基甲苯的合成方法的改进：
[0033] 滤液I加冰析盐（氯化钠）过滤，所得滤液Π 用于下一循环的步骤1)的制备钠盐 (即，替代下一循环的步骤1)中的碱+水，从而制备4-甲基苯亚磺酸钠;该滤液Π 主要成分是 水、碱，还包括少量的氯化钠）。
[0034] 作为本发明的4-甲磺酰基甲苯的合成方法的进一步改进:所述步骤1)中，碱为碳 酸氢钠。
[0035] 作为本发明的4-甲磺酰基甲苯的合成方法的进一步改进：
[0036]所述步骤5)中的重结晶为:重结晶使用乙醇与水=1:3体积比的混合溶剂，混合溶 剂与4-甲磺酰基甲苯的粗品按2mL:lg的体积质量比混合，加热至粗品完全溶解，自然冷却 至室温;得到产品4-甲磺酰基甲苯。
[0037]作为本发明的4-甲磺酰基甲苯的合成方法的进一步改进：
[0038]所述步骤5)的加冰析盐中：加冰量为步骤1)水量的30%，该％为质量％。
[0039] 作为本发明的4-甲磺酰基甲苯的合成方法的进一步改进:所述步骤1)中，原料4-甲基苯磺酰氯恪融后的进料时间为70~90min(较佳为80min)。
[0040] 本发明起始反应时，步骤1)分别设置2个高压反应釜(高压反应釜I和高压反应釜 Π )，这两个高压反应釜分别进行完全相同的步骤1);即，这两个高压反应釜内的4-甲基苯 磺酰氯的摩尔量是完全相同的；高压反应釜I进行步骤2);高压反应釜I在甲基化反应结束 后，趁热将釜中的气体排入上述步骤1)所得的高压反应釜Π ，从而实现氯甲烷的回收，上述 高压反应釜Π 依照步骤3)进行甲基化反应，而后高压反应釜Π 所产生的气体排入至下一个 依照步骤1)制备获得钠盐的高压反应釜中，从而实现氯甲烷的循环回收利用。
[0041 ]本发明提出一锅法合成4-甲磺酰基甲苯的工艺。该工艺以4-甲基苯磺酰氯为起始 原料，经熔融进料、还原成亚磺酸盐、甲基化过程，一锅法将氯磺酰基转化成甲磺酰基，简化 了生产设备和工艺操作，减少了物料转移带来的损失，提高了产品收率；以更廉价的氯甲烷 代替氯乙酸(或硫酸二甲酯），解决了原子经济性差、反应效率低的问题;后处理滤液经加冰 降温析盐处理，实现了溶液循环，降低了碳酸氢钠用量、生产成本和废水排放量。
[0042]本发明的方案具体如下：
[0043] 1)、将亚硫酸钠、碳酸氢钠(作为碱）、水加入带搅拌测温装置的高压反应釜中，加 料完毕，合上釜盖，接入冷凝水(实现对高压釜搅拌的降温）；使用Ν2检漏，开启搅拌和加热 装置，将反应液缓慢升温至40~90°C (较佳为75~80°C);
[0044] 将原料4-甲基苯磺酰氯熔融(熔融进料温度应略高于原料熔点，为70~80°C左右） 分批进料，加料完毕，继续保温40~90°C (较佳为75~80°C)搅拌反应，反应过程中采用薄层 色谱(TLC)跟踪检测；反应结束，关闭加热装置停止加热，自然冷却至室温，关闭冷凝水，停 止搅拌；
[0045] 2)、缓慢通入氯甲烷，此时室温下压力约为0.5MPa，开启搅拌与加热装置，缓慢加 热到50~90 °C，起始反应压力约2.6~3. OMpa;继续保温(50~90°C)反应，反应过程中采用 薄层色谱(TLC)跟踪检测，待4-甲基苯亚磺酸钠反应完毕(体系压力保持不变），关闭加热装 置停止加热;趁热，将该反应釜中的气体通入带有冷凝装置、制备好4-甲基苯亚磺酸钠的另 一个高压釜中，实现氯甲烷的回收；
[0046]备注说明：2.6~3.OMpa是指起始反应压力，随着氯甲烷的消耗，压力变小;反应结 束，氯甲烷不再消耗，压力稳定不变。
[0047]