5_氰基糖精的合成.docx

5-氰基糖精的合成马昌鹏 1，韩邦友 2，钱圣利 2，李梅芳 2，开永茂 1，李鸿波 1(1西南科技大学 材料科学与工程学院，四川 绵阳 621010；2江苏快达农化股份有限公司，江苏 如东 226401)synthesis of 5-cyanosaccharinma changpeng1, han bangyou2, qian shengli2, li meifang, kai yongmao1, li hongbo1(1. school of material science and engineering, southwest university of science and technology, mianyang 621010；2. jiangsu kuaida of agrichemical co., ltd., rudong 226401, china)abstract: sulfonylurea compound is widely applied in medicine and pesticide for its high biological activity. 5-cyanosaccharin is an important intermediate for preparing 5-substituted saccharin derivatives and 5-substituted benzosulfonylurea compounds. in the paper, 5-cyanosaccharin was prepared from p-tolunitrile by chlorosulfonation, amoniation, oxidation reaction in total yield of 43.3 %. product and intermediates were confirmed by ir, 1h nmr and ms.keywords: 5-cyanosaccharin；sulfonylurea compound；p-tolunitrile人们的广泛关注6。5-取代糖精是制备 5-取代糖精衍生物和 5-取 代苯磺酰脲类化合物的重要中间体，但其合成目前还未见文献报 道。文章以对甲苯腈为原料，通过氯磺化、氨解、氧化三步合成 了 5-氰基糖精(图 1)，制备方法原料易得，操作简便，可为新型苯 磺酰脲类化合物的开发研究提供借鉴。磺酰脲类化合物在农药上是一类超高效的化学除草剂，因具有活性高、除草谱广、选择性强、环境友好等特点1，在世界各国都有广泛的应用。目前已商品化的磺酰脲类除草剂约有 30 多种 2，其中甲磺胺磺隆3、甲酰胺磺隆4和碘甲磺隆5等为 5-取代苯 磺酰脲类化合物，它们不仅继承了磺酰脲类除草剂用量小、杀草 谱广、对动物毒性低等优点，而且以降解速度快的特点，得到了och3ch3ch3nh s ooso2clso2nh2 k2cr2o7 clso3h 氨水98%浓硫酸1,2-二氯乙烷cncncncn1234图 1 5-氰基糖精合成路线fig.1 synthetic route of 5-cyanosaccharin反应完毕。抽滤，水洗，干燥，乙酸乙酯重结晶得白色晶体 7.53 g， 收率 82.6 %。1h nmr(dmso-d6，400 mhz) ：2.34(s，3h，ch3)，7.537.55(d，j=8.0 hz，1h，ch)，7.667.68(d，j=8.0 hz，1h，ch)，8.14(s，1h，ch)；ir (kbr) v：3477.1(-nh2 伸缩振动吸收)，3064.2(苯环 c-h 伸缩振动吸收)，2936.5(-ch3 伸缩振动吸收)，2231.7(-cn 伸缩振动吸收)，1647.51452.1( 苯环呼吸振动)，1365.1，1282.9(-so2 伸缩振动吸收)；ms，m/z：196(m+)。1.2.3 5-氰基糖精(4)的合成将 5 g 3 溶于 10 ml 98 %浓硫酸中，冰浴冷却至 0 。缓慢滴加 15 g 重铬酸钾与 15 ml 98 %浓硫酸的混合物，维持温度小于10 。滴加完毕，室温反应 8 h。搅拌下将反应液缓慢加入至 100ml 冰水中，固体析出，抽滤，粗品用 thf/石油醚重结晶，干燥后得淡黄色固体 3.36 g，收率 64.3 %，hplc 检测纯度为 99.3 %。1h nmr(dmso-d6，400 mhz) ：7.907.92(d，j=8.0 hz，1h，ch)，8.178.19(d，j=8.0 hz，1h，ch)，8.50(s，1h，ch)；ir (kbr)v：3335.3(-nh-伸缩振动吸收)，3102.2(苯环 c-h 伸缩振动吸收)，2239.3(-cn 伸缩振动吸收) ，1754.3(-c=o 伸缩振动吸收) ，1 实验部分1.1 仪器与试剂红外光谱使用 nicolet380 智能傅立叶变换红外光谱仪(kbr 压片)测定；核磁共振氢谱使用瑞士布鲁克 avance iii plus 400 型核磁共振仪测定，tms 为内标；质谱使用美国 theromo lcq decaxp max 质谱仪测定；hplc 采用 agilent1100/1200 型高效液相色谱仪测定。对甲苯腈，氯磺酸来自成都西亚试剂有限公司，1,2-二氯乙烷，氯化钠，四氢呋喃，氨水，浓硫酸，重铬酸钾，石油醚均为市售分析纯或化学纯。1.2 合成1.2.1 2-甲基-5-氰基苯磺酰氯(2)的合成将 22.5 ml 氯磺酸，50 ml 1,2-二氯乙烷加入干燥的 250 ml三口烧瓶中，分批加入 10 g 对甲苯腈(1)。加完后升温至 60 ，反应 6 h，加入 1 g 氯化钠，继续反应 2 h。减压蒸馏除去大部分的溶剂及过量的氯磺酸，残液冷却后滴加至冰水中，有白色固体析出，抽滤，水洗至中性，真空干燥得产品 15.0 g，收率 81.6 %。1h nmr(dmso-d6，400 mhz) ：2.26(s，3h，ch3)，7.517.53(d，j=8.0 hz，1h，ch)，7.947.96(d，j=8.0 hz，1h，ch)，8.27(s，1h，ch)；ir (kbr) v：3038.4(苯环 c-h 伸缩振动吸收)，2925.3(-ch3伸缩振动吸收)，2228.4(-cn 伸缩振动吸收)，1641.11448.4(苯1652.11446.8(苯环呼吸振动)，1339.4，1250.3(-so 伸缩振动吸2收)；ms，m/z：208(m+)。2 结果与讨论环呼吸振动)，1344.3，1296.4(-so2 伸缩振动吸收)；ms，m/z：215(m+)。1.2.2 2-甲基-5-氰基苯磺酰胺(3)的合成将 10 g 2，30 ml 四氢呋喃加入 100 ml 三口烧瓶中，搅拌溶解，冰浴冷却至 0 。缓慢滴加 20 ml 25 %氨水，反应约 1.5 h，2.1 氯磺化 在本文路线中，氯磺化反应为关键反应，实验着重考察了氯磺酸用量，反应温度，溶剂及添加氯化钠对反应的影响。2.1.1 氯磺酸用量对反应的影响 氯磺化反应原理7如下：收稿日期基金项目 作者简介2012-09-03江苏快达农化股份有限公司院士工作站资助项目(12zh0058)马昌鹏(1988- )，男，河南信阳人，硕士研究生，主要研究方向为有机合成。摘 要磺酰脲类化合物具有很高的生物活性，在医药和农药上有非常广泛的应用。5-氰基糖精是制备 5-取代糖精衍生物和 5-取代苯磺酰脲 类化合物的重要中间体。文章以对甲苯腈为原料，经氯磺化、氨解、氧化得到 5-氰基糖精，总收率 43.3 %；产物及中间体经 ir，1h nmr，ms 确证结构。关键词5-氰基糖精；磺酰脲类化合物；对甲苯腈中图分类号o625.67文献标识码a文章编号1007-1865(2012)14-0005-02广 东 化 工2012 年 第 14 期第 39 卷 总第 238 期 6 2.1.3 溶剂 1,2-二氯乙烷对反应的影响 由于原料对甲苯腈为固体，氯磺化反应中，体系黏度会不断增大，而 1,2-二氯乙烷对氯磺酸和对甲苯腈的溶解性均较好，亦 能满足满足反应温度的需求。体系中加入适量的 1,2-二氯乙烷可 实现均相反应，亦能减少氯磺酸的用量，提高反应收率。2.1.4 添加氯化钠对反应的影响从氯磺化反应机理(图 2)上可以看出，反应过程中有副产物硫酸生成，在反应后期添加氯化钠，可与硫酸反应生成硫酸氢钠，使反应平衡向右移动，在本实验条件下，添加氯化钠可使反应收率从 64.6 %提高到 81.6 %。2.2 氨解芳磺酰氯的氨解过程一般放热明显，实验采用冰浴下缓慢滴加氨水，可有效防止反应剧烈放热致使氨气大量逸出，从而提高收率。2.3 氧化 重铬酸钾氧化反应中，产物的红外、核磁数据及质谱中分子离子峰(m/z：208)证明氧化产物为环合产物，原因在于反应介质为 浓硫酸，甲基经氧化后生成的羧基易与磺酰胺发生脱水，从而形 成五元环结构的产物，且分子结构中共轭效应更强，产物更稳定。3 结论以对甲苯腈为原料，经氯磺化、氨解、氧化三步反应制得 5- 氰基糖精，总收率 43.3 %。优化后的氯磺化工艺为：n 氯磺酸n 对甲苯腈=41，反应温度 60 ，1,2-二氯乙烷做溶剂，反应后期 添加氯化钠，该步反应收率可达 81.6 %。合成工艺具有原料简单 易得，无特殊反应操作，后处理方便等特点，有助于新型 5-取代 苯磺酰脲类化合物的开发研究和生产应用。ar h + clso3har so3h + hclar so2cl + h2so4ar so3h + clso3h图 2 氯磺化反应原理fig.2 reaction principle of chlorosulfonation根据反应原理，氯磺化过程中理论上需要两倍当量的氯磺酸，第二步反应是可逆的，增大氯磺酸的用量可使反应平衡向右移动，然而氯磺酸的价格较高，后处理与水剧烈反应放热，氯磺酸的用量不宜过多。以 1,2-二氯乙烷为溶剂，反应温度 80 ，反应 8 h的条件下，考察氯磺酸用量对反应的影响，结果见表 1。表 1 氯磺酸用量对氯磺化反应的影响tab.1 effect of chlorosulfonic acid amount on chlorosulfonationn 氯磺酸n 对甲苯腈收率/%2.53.03.54.04.55.053.668.174.381.681.882.3从表 1 中可以看出，随着氯磺酸用量的增大，反应收率随之 提高，而当氯磺酸超过 4 倍当量之后，收率增加不再明显。综合 考虑，氯磺化反应中 n 氯磺酸n 对甲苯腈=41 为最佳。2.1.2 温度对反应的影响氯磺化反应中，温度较低时反应很难进行，而温度较高时又易发生二次磺化或生成砜等副反应。虽然对甲苯腈中氰基和甲基定位效应一致，但氰基的强吸电性使苯环上电子云密度有所降低，发生氯磺化反应的活性不高。以 1,2-二氯乙烷做溶剂，n 氯磺酸 n 对甲苯腈=41，反应 8 h，考察温度对反应收率的影响，结果 见表 2。参考文献1段强，李振，赵国玲，等磺酰脲类除草剂的发展与应用状况j农药 研究与应用，2011，15(1)：13-16 2张敏恒磺酰脲类除草剂的发展现状、市场与未来趋势j农药，2010，49(4)：235-2403vazan s，oveisi m，baziar sefficiency of mesosulfuron-methyl and clodinafop-propargyl dose for the control of lolium perenne in wheatjcropprotection，2011，30(6)：592-5974jeffrey a b ， christy l s ， dean e r proper adjuvant selection for foramsulfuron activityjcrop protection，2004，23(4)：361-3665刘占山新颖水田除草剂碘甲磺隆j世界农药，2010，32(5)：546suzanne k s，gary m d，david m k，et a1fate and behaviour of flupyrsulfuron-methyl in soil and aquatic systemsjpesticide science，1999，55(3)：288-3007唐培堃，冯亚青精细有机合成化学与工艺学m北京：化学工业出 版社，2008：116-117表 2 反应温度对氯磺化反应的影响tab.2 effect of reaction temperature on chlorosulfonation 反应温度/ 收率/% 30405060708012.129.865.681.680.376.6(本文文献格式：马昌鹏，韩邦友，钱圣利，等5-氰基糖精的合成j广东化工，2012，39(14)：5-6)从表 2 中可以看出，反应温度为 60 时反应收率最高，继续 增加温度，收率有所下降。因此氯磺化反应温度 60 为宜。(上接第29页)表 6 安全文化权重计算结果tab.6 safety culture factor weight calculation results l max wiu4d1d2d3d4一致性检验d1d2d3d411/21/21/3211/2