采用環(huán)路反應(yīng)器合成功夫酸的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用環(huán)路反應(yīng)器制備功夫酸的方法，包括將賁亭酸甲酯、1,1,1?三氟三氯乙烷和叔丁醇鉀等原料通過加成、環(huán)化、皂化、酸化、精制等過程制備功夫酸的步驟。該方法在環(huán)化反應(yīng)中采用環(huán)路反應(yīng)器提高了功夫酸的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和生產(chǎn)安全性，縮短了反應(yīng)時間，降低了反應(yīng)壓力，節(jié)約了大量能耗，減少了原功夫酸生成設(shè)備臺數(shù)和操作人數(shù)。
【專利說明】
采用環(huán)路反應(yīng)器合成功夫酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種采用環(huán)路反應(yīng)器制備功夫酸的方法，屬于化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，新農(nóng)藥發(fā)展趨勢是:高效、安全、經(jīng)濟。擬除蟲菊酯是一類在天然除蟲菊 酯化學(xué)結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的仿生藥物，其特點是擊倒快、殺蟲作用力強、廣譜、低 毒、低殘留和易降解，對于高等動物和鳥類低毒性，使用安全，不污染環(huán)境。從六十年代后期 起，特別是七十年代擬除蟲菊酯的開發(fā)進入大發(fā)展時期，由于多鹵代菊酸系列產(chǎn)品良好的 殺蟲活性和光穩(wěn)定性，二氯苯醚菊酯、嗅氰菊酯、氯氰菊酯、殺滅菊酯、聯(lián)苯菊酯和功夫菊酯 等優(yōu)良品種不斷出現(xiàn)，擬除蟲菊酯的開發(fā)和應(yīng)用有了迅猛的發(fā)展，擬除蟲菊酯已成為農(nóng)用 及衛(wèi)生殺蟲劑的主要支柱產(chǎn)品。但是由于擬除蟲菊酯的合成工藝較復(fù)雜，成本較高，改進工 藝，降低成本已成為擬除蟲菊酯產(chǎn)業(yè)化的重大課題。
[0003] 由于順式鹵代菊酸生成的大部分酯的殺蟲活性比反式的要高得多，因此選擇性地 合成順式鹵代菊酸一直是科學(xué)家們努力攻關(guān)的課題。
[0004] 以賁亭酸甲酯、三氟三氯乙烷在叔丁醇溶液中加入氯化亞銅和單乙醇胺正壓反應(yīng) 生成氟氯酯（即加成物
?利用環(huán)化回路反應(yīng)器將加成物在DMF與叔丁醇混 合溶液中與叔丁醇鉀環(huán)化反應(yīng)生成效果最好的是IR，3cis-二氯氟菊酯（即環(huán)化物）
將環(huán)化物與KOH的水溶液進行皂化反應(yīng)和消去反應(yīng)，最后用無機酸進行酸 化得到可合成殺蟲活性最強酯的Z-IRcis-S型氟氯酸即功夫酸。
[0005] 早在二十世紀(jì)八十年代就有人進行功夫酸的研究，功夫酸生產(chǎn)技術(shù)的研究報導(dǎo)很 多，文獻表明在功夫酸生產(chǎn)中目前以賁亭酸甲酯為原料的工藝就關(guān)鍵工段環(huán)化工藝而言有 兩種工藝路線：即在低溫下以叔丁醇鈉為催化劑滴加加成物工藝和堿性碳酸鈉為催化劑的 回流制備環(huán)化物工藝，但無論哪種工藝都是為釜式間歇反應(yīng)。因此原功夫酸生成工藝中環(huán) 化物3-(2-氯_3,3,3_三氟-丙烯-1-基)2,2_二甲基環(huán)丙羧酸酯中間體制備過程由于采用間 歇反應(yīng)存在溫度梯度和濃度梯度使得轉(zhuǎn)化率不高和環(huán)化操作不穩(wěn)定，原功夫酸生成設(shè)備臺 數(shù)和操作人數(shù)過多，大能耗，生產(chǎn)不連續(xù)，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。同時，由于采用叔丁醇鈉存在轉(zhuǎn) 化率不高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種采用環(huán)路反應(yīng)器制備功夫 酸的方法，該方法包括將賁亭酸甲酯、三氟三氯乙烷等原料通過加成、環(huán)化、皂化、酸化、精 制等過程，可有效提高產(chǎn)品的得率和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，工藝安全性高，操作簡單，并可實 現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。同時，提供了一種新型催化劑叔丁醇鉀，使用該催化劑可使功夫酸得率 較原使用叔丁醇鈉催化劑提高7~10%。
[0007] 本發(fā)明首次使用環(huán)路反應(yīng)器制備IR, 3cis-二氯氟菊酯（即環(huán)化物 1R，
〇 3cis-二氯氟菊酯（即環(huán)化物）
的制備是典型的液-液反應(yīng)。這類反應(yīng)涉及液-液的 傳質(zhì)和傳熱過程，對于反應(yīng)器的傳質(zhì)和傳熱效率有較高的要求。
[0008] 該環(huán)路反應(yīng)器由進料混合器、外置換熱器及循環(huán)栗組成，比傳統(tǒng)的攪拌釜式反應(yīng) 器有明顯的高效傳質(zhì)和傳熱優(yōu)勢，經(jīng)由進料混合器可使液體霧化成微米級或納米級的小液 滴，增加與液-液的接觸面積，因而與間歇攪拌釜相比可大大增加傳質(zhì)和傳熱效率。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過以下方案實現(xiàn)的：
[0010] -種采用環(huán)路反應(yīng)器合成功夫酸的方法，該方法包括如下步驟：
[0011] (1)加成工段：以賁亭酸甲酯和1，1，1_三氟三氯乙烷為原料，在叔丁醇溶液中，以 氯化亞銅和單乙醇胺為催化劑，反應(yīng)生成加成物。正壓反應(yīng)結(jié)束后可以進行酸洗、水洗、分 層、脫水、脫溶，得到3，3-二甲基4，6，6-二氯-7，7，7-二氣庚酸酯(簡稱加成物）
[0012]
[0013] (2)環(huán)化工段:在環(huán)路反應(yīng)器中，加成物與催化劑在溶劑中環(huán)化脫氯化氫生成環(huán)化 物;其中，溶劑是叔丁醇和DMF的混合溶液；
[0014]
·.. N.
[0015] (3)環(huán)化物與液堿進行皂化消去反應(yīng)，再通過連續(xù)酸化制備三氟氯菊酸，最后經(jīng)過 二次重結(jié)晶后即得功夫酸。（LC含量在98.5%以上，GC含量在99.99% ):
[0016]
[0017] 上述步驟(1)具體包括如下步驟：
[0018]在氮氣保護下，賁亭酸甲酯與三氟三氯乙烷在叔丁醇溶液中，加入催化劑氯化亞 銅和乙醇胺，加熱回流5~15小時，常壓回收過量的三氟三氯乙烷和叔丁醇，再減壓蒸餾收 集 136-142°C/15mmHg 的餾分。
[0019] 上述步驟(2)具體包括如下步驟:將（1)步驟中制得的加成物與DMF預(yù)混合后，再與 催化劑混合后，進入已充滿環(huán)化物且溫度已冷至_15°C的環(huán)路反應(yīng)器中，在_20°C~_5°C和 壓力0.08MPa-0.3MPa下，各反應(yīng)物料連續(xù)定量進環(huán)路反應(yīng)器連續(xù)反應(yīng)，生成物連續(xù)出環(huán)路 后經(jīng)壓濾除去鹽，脫溶后得到環(huán)化物;其中，催化劑的加入量為加成物質(zhì)量的30~60wt%。
[0020] 上述步驟(3)具體包括如下步驟:將(2)步驟制得的環(huán)化物和液堿在皂化催化劑存 在下，皂化溫度為98~105°C條件下，常壓進行皂化消去反應(yīng)，再通過連續(xù)酸化制備三氟氯 菊酸，經(jīng)過二次重結(jié)晶后即得功夫酸。其中，皂化催化劑的加入量為環(huán)化物的0.01~0.03% wt/wt，所述的液堿為NaOH或KOH，優(yōu)選濃度為30%，環(huán)化物和液堿的摩爾比為1.0 : 2.0~ 2.50〇
[0021]皂化催化劑為季銨鹽相轉(zhuǎn)移催化劑:芐基三乙基氯化銨(TEBA)、四丁基溴化銨、四 丁基氯化銨、四丁基硫酸氫銨(TBAB )、三辛基甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十四烷 基三甲基氯化銨中的一種或多種混合物組成。
[0022]上述步驟(2)中，加成物與催化劑的摩爾比為1.0:1.05~2.0。叔丁醇加入量為加 成物質(zhì)量的200~500 % wt/wt。DMF與叔丁醇比例為30 %~80 % wt/wt。環(huán)化反應(yīng)溫度在-20 。(:~-5°C，環(huán)化反應(yīng)壓力在0.08MPa-0.3MPa，循環(huán)回流產(chǎn)出比為3~50:1。催化劑是叔丁醇 鈉或叔丁醇鉀。
[0023]該方法直接解決了原功夫酸生成工藝中環(huán)化物3-(2-氯_3,3,3_三氟-丙烯-1-基） 2,2_二甲基環(huán)丙羧酸酯中間體制備過程由于采用間歇反應(yīng)存在溫度梯度和濃度梯度使得 轉(zhuǎn)化率不高和環(huán)化操作不穩(wěn)定的問題;克服了原功夫酸生成設(shè)備臺數(shù)和操作人數(shù)過多的不 足;節(jié)約大量能耗;最主要的是在生產(chǎn)工藝上能穩(wěn)定地和安全地合成了高含量的Z-IRcis-S 的三氟氯菊酸即得到目的產(chǎn)物功夫酸。
[0024] 本發(fā)明在環(huán)化反應(yīng)中采用環(huán)路反應(yīng)器具有提高了功夫酸的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品質(zhì)量的 穩(wěn)定性和生產(chǎn)安全性，縮短了反應(yīng)時間，降低了反應(yīng)壓力，節(jié)約了大量能耗，減少了原功夫 酸生成設(shè)備臺數(shù)和操作人數(shù)等優(yōu)點。
[0025] 本發(fā)明所述的功夫酸的制備方法具有以下優(yōu)點：
[0026] (1)制備lR，3cis-二氯氟菊酯（即環(huán)化物
纟用環(huán)路反應(yīng)器，可以改善二 相反應(yīng)的傳熱和傳質(zhì)效率，縮短反應(yīng)時間，降低反應(yīng)壓力。本發(fā)明使用環(huán)路反應(yīng)器，和攪拌 釜式反應(yīng)器相比傳質(zhì)和傳熱效率明顯提高，反應(yīng)時間可以縮短至3_5h，反應(yīng)壓力可降至 0.05MPa以下。
[0027] (2)環(huán)路反應(yīng)器對快速反應(yīng)具有傳熱和傳質(zhì)效率高、裝置占地少，操作人員少，易 控制和安全可可靠等特點。本發(fā)明是首次將其應(yīng)用于功夫酸的環(huán)化反應(yīng)，取得了提高產(chǎn)品 質(zhì)量、縮短反應(yīng)時間、降低反應(yīng)壓力、提高生產(chǎn)率的作用。
[0028] (3)使用新型催化劑叔丁醇鉀，可使功夫酸得率較原使用叔丁醇鈉催化劑提高7~ 10%〇
[0029] (4)本發(fā)明采用連續(xù)化生產(chǎn)，因此本發(fā)明生產(chǎn)得到的功夫酸質(zhì)量十分穩(wěn)定，在年產(chǎn) 3000噸的功夫酸裝置上安全運行半年多，生產(chǎn)質(zhì)量熔點> 110.8°C，LC含量98.5%以上，最 大雜質(zhì)<0.2 %、干燥失重<0.20 %，全部達到出口要求的優(yōu)質(zhì)品標(biāo)準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明使用的環(huán)路反應(yīng)器。
[0031] 圖中，1、催化劑進口，2、加成物進口，3、DMF進口，4、進料混合器，
[0032] 5、混合栗，6、靜態(tài)混合器，7、8、環(huán)化冷卻器，9~12、電動開關(guān)切斷閥，13、手動閥， 14、調(diào)節(jié)閥，15、環(huán)化物出口。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0034] 本發(fā)明所述的循環(huán)比是指:在循環(huán)環(huán)路反應(yīng)器中循環(huán)回反應(yīng)回路的物料量與產(chǎn)出 循環(huán)回路的物料量之比。如圖1所示，從加成物進口 2通入加成物，從催化劑進口 1通入催化 劑，從DMF進口 3通入DMF，三者經(jīng)過混合栗5帶動的進料混合器4進行預(yù)混合，再進入靜態(tài)混 合器6中混合，混合后的物料栗入7、8環(huán)化冷卻器中進行連續(xù)反應(yīng)，得到的反應(yīng)物從環(huán)化物 出口放出。
[0035] 實施例1:
[0036] -種制備功夫酸的方法，包括以下工藝步驟：
[0037] (1)加成:在氮氣保護下向5000升搪瓷反應(yīng)釜中加入賁亭酸甲酯1250kg，F(xiàn)l 13A( 1， I，1-三氟三氯乙烷）2500kg和叔丁醇1150kg，攪拌下依次加入氯化亞銅25kg和單乙醇胺 60kg，加熱回流12小時。常壓回收過量的F113A和叔丁醇，再減壓蒸餾收集136-142Γ/ 15mmHg的餾分，共計2755.5kg(含量98.4 % )，收率93.5 %。
[0038] (2)環(huán)化:將上述透明溶液以每1437.5kg/hr與239.58kg/hrDMF預(yù)混合，同時預(yù)冷 卻器至5 °C后栗入環(huán)路反應(yīng)器，再與5270.8kg/hrl2 %叔丁醇鉀與2156.22kg/hrDMF預(yù)混合， 同時預(yù)冷卻器至5°C后栗入環(huán)路反應(yīng)器，所進入的環(huán)路反應(yīng)器已充滿合格的環(huán)化物且溫度 已冷至-15°C，根據(jù)反應(yīng)液溫度通過控制環(huán)路冷卻器冷媒的進料閥門的開啟度，進而控制反 應(yīng)溫度在_15±1.5°C和壓力0.1±0.02MPa，連續(xù)反應(yīng)，得到的反應(yīng)物經(jīng)壓濾除去鹽，脫溶后 得到環(huán)化物。制備高順反比的3-(2-氯_3,3,3_三氟-丙烯-1-基）2,2_二甲基環(huán)丙烯酸酯中 間體，順反比達97%。
[0039] (3)皂化和消去：在皂化釜式反應(yīng)器中加入環(huán)化物4892kg，季銨鹽相轉(zhuǎn)移催化劑： 2Kg，工藝水:8825Kg，升溫至98~102°C，每釜滴加30%NaOH液堿量為：5416Kg，滴加時間為3 小時；當(dāng)?shù)渭咏Y(jié)束，再保溫11小時取樣分析:順式二氯酸5 1%，反式二氯酸<4.5%，保溫反 應(yīng)合格(GC分析）。
[0040] (4)酸化和精制：功夫酸皂經(jīng)二級連續(xù)酸化、脫色、二次精制、干燥得到功夫酸，產(chǎn) 量為11.50噸/天。過篩的粉狀產(chǎn)品取樣分析，熔點> 110.8°C，LC分析含量98.5%，最大雜質(zhì) <0.2 %、干燥失重<0.20 %，檢測合格后，產(chǎn)品送自動包裝機，稱重、包裝、標(biāo)識、入庫。每天 校驗稱重重量；
[0041 ] 實施例2:
[0042] -種制備功夫酸的方法，包括以下工藝步驟：
[0043] (1)加成：在氮氣保護下，向5000升搪瓷反應(yīng)釜中加入賁亭酸甲酯1250kg， F113A2500kg和在氮氣保護下向2000升搪瓷反應(yīng)釜中加入賁亭酸甲酯400kg，F(xiàn)113A800kg和 叔丁醇368kg，攪拌下依次加入氯化亞銅8kg和乙醇胺20kg，加熱回流12小時。常壓回收過量 的？1134和叔丁醇，再減壓蒸餾收集136-142°(：/15111111恥的餾分，共計833.81^(含量 92.24%)，收率 82.7%。
[0044] (2)環(huán)化:將上述透明溶液以每323. lkg/hr與60kg/hrDMF預(yù)混合，同時預(yù)冷卻器至 5°C后栗入環(huán)路反應(yīng)器，再與122kg/hr叔丁醇鈉與385kg/hr DMF和895kg/hrTBA預(yù)混合，同 時預(yù)冷卻器至5°C后栗入環(huán)路反應(yīng)器，所進入的環(huán)路反應(yīng)器已充滿合格的環(huán)化物且溫度已 冷至-15°C，控制環(huán)路冷卻器冷媒的進料閥門的開啟度，控制反應(yīng)溫度在-15± 1.5°C和壓力 0. l±0.02MPa下，連續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)物經(jīng)壓濾除去鹽，脫溶后得到環(huán)化物。制備高順反比的3-(2-氯-3，3，3-三氟-丙烯-1 -基)2，2-二甲基環(huán)丙烯酸酯中間體，順反比達97 %。
[0045] (3)皂化和消去：在皂化釜式反應(yīng)器中加入環(huán)化物369kg，季銨鹽相轉(zhuǎn)移催化劑： 0.5Kg，工藝水：666Kg，升溫至98~102°C，每釜滴加48 %KOH液堿量為：409Kg，滴加時間為3 小時；當(dāng)?shù)渭咏Y(jié)束，再保溫11小時取樣分析:控制順式二氯酸S%，反式二氯酸<4.5%，保 溫反應(yīng)合格(GC分析）。
[0046] (4)酸化和精制：功夫酸皂經(jīng)二級連續(xù)酸化、脫色、二次精制、干燥得到功夫酸，產(chǎn) 量為3.8噸/天。過篩的粉狀產(chǎn)品取樣分析，熔點> 110.8°C，LC分析含量99 %，最大雜質(zhì)< 0.2%、干燥失重<0.20 %為合格，檢測合格后，產(chǎn)品送自動包裝機，稱重、包裝、標(biāo)識、入庫。 每天校驗稱重重量。
【主權(quán)項】
1. 一種采用環(huán)路反應(yīng)器合成功夫酸的方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 以賁亭酸甲酯和三氟三氯乙烷為原料，在叔丁醇溶液中，以氯化亞銅和單乙 醇胺為催化劑，反應(yīng)生成加成物； (2) 在環(huán)路反應(yīng)器中，加成物與催化劑在溶劑中環(huán)化脫氯化氫生成環(huán)化物;其中，溶劑 是叔丁醇和DMF的混合溶液； (3) 環(huán)化物與液堿進行皂化消去反應(yīng)，再通過連續(xù)酸化制備三氟氯菊酸，最后經(jīng)過二次 重結(jié)晶后即得功夫酸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用環(huán)路反應(yīng)器合成功夫酸的方法，其特征在于步驟(1)具體 包括如下步驟： 在氮氣保護下，賁亭酸甲酯與1，1，1-三氟三氯乙烷在叔丁醇溶液中，加入催化劑氯化 亞銅和乙醇胺，加熱回流5~15小時，常壓回收過量的1，1，1_三氟三氯乙烷和叔丁醇，再減 壓蒸餾收集136-142°C/15mmHg的餾分。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用環(huán)路反應(yīng)器合成功夫酸的方法，其特征在于步驟(2)具體 包括如下步驟:將（1)步驟中制得的加成物與DMF預(yù)混合后，再與催化劑混合后，進入已充滿 環(huán)化物且溫度已冷至_15°C的環(huán)路反應(yīng)器中，在_20°C~_5°C和壓力0.08MPa-0.3MPa下，各 反應(yīng)物料連續(xù)定量進環(huán)路反應(yīng)器連續(xù)反應(yīng)，生成物連續(xù)出環(huán)路后經(jīng)壓濾除去鹽，脫溶后得 到環(huán)化物;其中，催化劑的加入量為加成物質(zhì)量的30~60wt%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用環(huán)路反應(yīng)器合成功夫酸的方法，其特征在于步驟(3)具體 包括如下步驟:將(2)步驟制得的環(huán)化物和液堿在皂化催化劑存在下，皂化溫度為98~105 °C條件下，常壓進行皂化消去反應(yīng)，再通過連續(xù)酸化制備三氟氯菊酸，經(jīng)過二次重結(jié)晶后即 得功夫酸。其中，皂化催化劑的加入量為環(huán)化物的〇. 01~〇. 03%wt/wt，所述的液堿為NaOH 或K0H，優(yōu)選濃度為30%，環(huán)化物和液堿的摩爾比為1.0:2.0~2.50。5. 如權(quán)利要求1所述的采用環(huán)路反應(yīng)器合成功夫酸的方法，其特征在于所述步驟（2) 中，加成物與催化劑的摩爾比為1.0:1.05~2.0。6. 如權(quán)利要求1所述的采用環(huán)路反應(yīng)器合成功夫酸的方法，其特征在于所述步驟（2) 中，叔丁醇加入量為加成物質(zhì)量的200~500%wt/wt。7. 如權(quán)利要求1所述的采用環(huán)路反應(yīng)器合成功夫酸的方法，其特征在于所述的步驟(2) 中，DMF與叔丁醇比例為30%~80%wt/wt。8. 如權(quán)利要求1所述的采用環(huán)路反應(yīng)器合成功夫酸的方法，其特征在于所述步驟(2)中 環(huán)化反應(yīng)溫度在-20 °C~-5 °C，環(huán)化反應(yīng)壓力在0 · 08MPa-0 · 3MPa。9. 如權(quán)利要求1所述的采用環(huán)路反應(yīng)器合成功夫酸的方法，其特征在于所述步驟(2)中 催化劑是叔丁醇鈉或叔丁醇鉀。10. 如權(quán)利要求1所述的采用環(huán)路反應(yīng)器合成功夫酸的方法，其特征在于所述的步驟 (2)的循環(huán)回流產(chǎn)出比為3~50:1。
【文檔編號】C07C27/02GK106008210SQ201610353837
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】毛錦生, 金葉
【申請人】無錫青蘋果工程勘察設(shè)計院