氯虫关键中间体K胺新工艺:以邻甲苯胺为起始原料四步合成,总收率72. 8%

<农药>2026, 65 (01)作者:夏明莹; 张晓谦; 吕绪涛; 张立鹏 (青岛科技大学山东化工研究院)在氯虫苯甲酰胺的合成工艺中, 2-氨基-5-氯-N, 3-二甲基苯甲酰胺作为关键中间体, 其制备工艺的优化直接影响到终产品的成本效益与产业化可行性. 目前该中间体的合成路线研究基础较为薄弱, 尤其在原子经济性, 催化剂选择及纯化工艺等核心环节缺乏系统性研究. 据文献报道, 合成2-氨基-5-氯-N, 3-二甲基苯甲酰胺的方法主要有以下几种(见图2) :1) 以7-甲基靛红为原料, 经氯化亚砜氯化, 甲酸-双氧水氧化, 甲胺化反应制备2-氨基-5-氯-N, 3-二甲基苯甲酰胺, 优化工艺条件下, 反应总收率为62%;2) 以2-硝基-3-甲基苯甲酸为原料, 经加氢, 环合, 胺解和氯化反应得到2-氨基-5-氯-N, 3-二甲基苯甲酰胺, 反应总收率为77. 6%;3) 以2-硝基-3-甲基苯甲酸为起始原料, 经甲酯化, 铁粉还原, 氯化亚砜氯化和甲胺氨解反应得到2-氨基-5-氯-N, 3-二甲基苯甲酰胺, 反应总收率为59. 0%. 图2: 2-氨基-5-氯-N, 3-二甲基苯甲酰胺的合成路线路线1虽然反应步骤短, 收率相对较高, 但是其起始原料7-甲基靛红价格较高, 生产工艺成本高. 合成路线2, 合成路线3起始原料价格低, 其中路线2反应收率也相对较高, 但是由于起始原料2-硝基-3-甲基苯甲酸涉及安全问题, 存在爆炸隐患, 且路线3还涉及铁粉还原, 因此这2条工艺路线不适合工业化生产. 本实验以邻甲苯胺为起始原料, 经盐酸-双氧水氯代, 酰胺化-分子内Friedel-Crafts酰基化, 水解开环, 酰胺化4步反应合成2-氨基-5-氯-N, 3-二甲基苯甲酰胺, 通过优化工艺参数, 解决了传统生产中废弃物处理成本高昂, 环保达标难度大的行业痛点. 新工艺采用价格低廉的邻甲苯胺作为起始原料, 总原料成本大幅度降低, 反应条件温和, 三废排放量显著减少, 更适合规模化制备生产. 图3:本文2-氨基-5-氯-N, 3-二甲基苯甲酰胺合成路线2-甲基-4-氯苯胺的合成优化 使用双氧水-盐酸体系进行氯代反应, 其中邻甲苯胺与双氧水的投料比例对反应收率有较大的影响, 双氧水用量少会导致反应不完全, 双氧水用量多会导致废水量的增加. 在其他条件不变的情况下, 考察双氧水用量的影响, 邻甲苯胺与盐酸的摩尔比为1∶3, 催化剂为氯化锌, 用量为邻甲苯胺质量的1%, 反应温度为20℃, 液相追踪反应进程, 结果如表1所示. 表1 双氧水用量对2-甲基-4-氯苯胺合成的影响从表1可以看出, 双氧水用量对2-甲基-4-氯苯胺合成有影响, 其中邻甲苯胺与双氧水摩尔比为1∶1. 5时收率为96. 2%, 继续提高双氧水用量对反应收率影响不大, 同时双氧水用量过高也会导致废水量的增加, 不利于产品的工业化生产.  相关氯虫苯甲酰胺文献中以氯化亚砜为氯化试剂, 以乙腈为溶剂较为常见, 文献最高收率为91. 6%, 且在原子经济性, 三废产生量和原料成本等方面处于劣势. 本实验路线氯正离子源为盐酸, 与液氯, 氯化亚砜等相比安全性更好, 双氧水作为一种绿色的氧化剂, 其使用比液氯, 氯化亚砜等更加安全, 方便, 产生的氯正离子原位发生亲电取代, 利用率高. 5-氯-7-甲基靛红的合成优化以二氯乙烷为溶剂, 三乙胺为缚酸剂, 2-甲基-4-氯苯胺, 三乙胺, 催化剂, 草酰氯的物质的量之比为1∶1. 2∶2. 5∶1. 5, 草酰氯滴加过程控制反应体系温度低于5℃, 滴毕回流条件下考察催化剂种类对反应的影响, 结果如表2所示.  可以看出, 使用三氯化铝做催化剂制备5-氯-7-甲基靛红的收率最高, 可以达到90. 8%, 选择以三氯化铝做催化剂进行后续反应.  表2 催化剂种类对5-氯-7-甲基靛红合成的影响以二氯乙烷为溶剂, 三乙胺为缚酸剂, 三氯化铝为催化剂, 2-甲基-4-氯苯胺, 三乙胺, 草酰氯的物质的量之比为1∶1. 2∶1. 5, 草酰氯滴加过程控制反应体系温度低于5℃, 滴毕回流条件下考察催化剂用量对反应的影响, 结果如表3所示.  可以看出, 三氯化铝用量为2. 1倍时反应收率最高, 继续增加用量也无法进一步提高反应收率.  表3 催化剂用量对5-氯-7-甲基靛红合成的影响以二氯乙烷为溶剂, 三乙胺为缚酸剂, 2-甲基-4-氯苯胺, 三乙胺, 三氯化铝的物质的量之比为1∶1. 2∶2. 1, 草酰氯滴加过程控制反应体系温度低于5℃, 滴毕回流条件下考察草酰氯用量对反应的影响, 结果如表4所示.  可以看出, 当2-甲基-4-氯苯胺与草酰氯摩尔比为1∶1. 25时反应收率最高, 继续提高草酰氯投料对反应收率影响不大. 表4 草酰氯用量对5-氯-7-甲基靛红合成的影响以二氯乙烷为溶剂, 三乙胺为缚酸剂, 三氯化铝为催化剂, 2-甲基-4-氯苯胺, 三乙胺, 三氯化铝, 草酰氯的物质的量之比为1∶1. 2∶2. 1∶1. 25, 草酰氯滴加过程控制反应体系温度低于5℃, 考察滴毕草酰氯后反应温度对反应的影响, 结果如表5所示.  可以看出, 滴加草酰氯结束后反应温度对收率有较大影响, 其中70℃时反应收率最高.  表5 反应温度对5-氯-7-甲基靛红合成的影响2-氨基-5-氯-3-甲基苯甲酸的合成优化 双氧水浓度会影响5-氯-7-甲基靛红开环速率和反应收率, 双氧水浓度过低会影响反应收率, 双氧水浓度过高可能会存在安全隐患. 在其他条件不变的情况下, 5-氯-7-甲基靛红, 氢氧化钠, 双氧水物质的量比为1∶3. 9∶1. 47, 反应温度35℃, 考察双氧水浓度对反应的影响, 实验结果如表6所示.  可以看出, 双氧水浓度为15%时收率最高为90. 2%, 继续提高双氧水浓度对反应影响不大, 且双氧水浓度过高会存在安全隐患. 表6 双氧水浓度对2-氨基-5-氯-3-甲基苯甲酸合成的影响2-氨基-5-氯-N, 3-二甲基苯甲酰胺的合成优化 在其他条件不变的情况下, 2-氨基-5-氯-3-甲基苯甲酸与二氯亚砜摩尔比为1∶1. 55, 二氯甲烷为溶剂, 反应温度低于20℃, 滴毕后反应1 h, 考察2-氨基-5-氯-3-甲基苯甲酸与甲胺的摩尔比对反应收率的影响, 实验结果如表7所示.  可以看出, 2-氨基-5-氯-3-甲基苯甲酸与甲胺摩尔比为1∶1. 2时收率最高, 等摩尔投料反应收率不到70%, 同时继续提高甲胺投料对反应收率影响不大.  表7 原料投料比对2-氨基-5-氯-N, 3-二甲基苯甲酰胺合成的影响结论 通过综合分析2-氨基-5-氯-N, 3-二甲基苯甲酰胺合成工艺的基础上, 开发了以邻甲苯胺为原料合成2-氨基-5-氯-N, 3-二甲基苯甲酰胺新工艺, 反应经盐酸-双氧水氯代, 酰胺化-分子内Friedel-Crafts酰基化, 水解开环, 酰胺化4步合成产品, 反应总收率72. 8%(以邻甲苯胺计). 该工艺反应条件温和, 原料易得, 操作条件简单, 适合工业化生产.