本發(fā)明涉及一種3‐甲胺四氫呋喃的制備方法，屬于有機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
呋蟲(chóng)胺是日本三井東亞化學(xué)株式會(huì)社開(kāi)發(fā)的新煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑，與現(xiàn)有的煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑在化學(xué)結(jié)構(gòu)上大不相同，它用四氫呋喃基取代了以前的氯代吡啶基、氯代噻唑基，不含鹵族元素。同時(shí)，在性能方面也與煙堿有所不同，其對(duì)哺乳動(dòng)物十分安全，其急性經(jīng)口LD50為雄性大鼠2450mg/kg，雌性大鼠2275mg/kg；雄性小鼠2840mg/kg，雌性小鼠2000mg/kg。對(duì)大鼠急性經(jīng)皮LD50>2000mg/kg(雌、雄)，無(wú)致畸、致癌和致突變性。呋蟲(chóng)胺對(duì)水生生物也十分安全，魚(yú)毒試驗(yàn)表明，呋蟲(chóng)胺對(duì)鯉魚(yú)nm(48h)>1000mg/L，對(duì)水蚤>1000mg/L。同樣，呋蟲(chóng)胺對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)毒性也很低，對(duì)鵪鶉急性經(jīng)口LD50>1000mg/kg。經(jīng)對(duì)蜜蜂試驗(yàn)得知，呋蟲(chóng)胺對(duì)蜜蜂安全，并且不影響蜜蜂采蜜。
該藥劑具有觸殺、胃毒和根部?jī)?nèi)吸性強(qiáng)、速效高、持效期長(zhǎng)(可達(dá)3-4周，理論持效期可達(dá)43天)、殺蟲(chóng)譜廣等特點(diǎn)，且對(duì)刺吸口器害蟲(chóng)有優(yōu)異防效，并在很低的劑量即顯示了很高的殺蟲(chóng)活性。主要用于防治小麥、水稻、棉花、蔬菜、果樹(shù)、煙葉等多種作物上的蚜蟲(chóng)、葉蟬、飛虱、薊馬、粉虱及其他抗性品系。同時(shí)，對(duì)鞘翅目、雙翅目、鱗翅目、甲蟲(chóng)目和總翅目等害蟲(chóng)，以及對(duì)蜚蠊、自蟻、家蠅等衛(wèi)生害蟲(chóng)有高效。其于1993年在日本介紹，隨后在中國(guó)和以韓國(guó)為代表的亞洲其他各國(guó)及歐洲各國(guó)獲得登記。
呋蟲(chóng)胺具有很廣的殺蟲(chóng)譜，對(duì)作物、人畜和環(huán)境十分安全，再配以各種用途的使用方法，使該農(nóng)藥有望成為世界性的大型農(nóng)藥。目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求量急劇增長(zhǎng)，而3-甲胺四氫呋喃作為合成呋蟲(chóng)胺的關(guān)鍵中間體，每噸呋蟲(chóng)胺需用量為0.63噸。目前，3-甲胺四氫呋喃每年在國(guó)內(nèi)僅醫(yī)藥市場(chǎng)需求量就在500噸左右，國(guó)外市場(chǎng)需求量在1700噸以上。預(yù)計(jì)總需求量國(guó)內(nèi)市場(chǎng)約2200噸左右，且每年以20-25％的速度增長(zhǎng)，國(guó)外市場(chǎng)需求量約3800噸左右。
目前3-四氫呋喃甲胺的合成主要是以1,2,4-丁三醇為原料，經(jīng)環(huán)合、氯代、腈化和加氫合成得到3-四氫呋喃甲胺。該工藝路線步驟長(zhǎng)、收率低，產(chǎn)生的三廢 多，同時(shí)需要使用劇毒物氰化鈉，危險(xiǎn)性大，對(duì)操作要求較高。原料1,2,4-丁三醇主要依靠進(jìn)口，成本較高，不適于工業(yè)化生產(chǎn)。
Wakita T.(Synthesis and structure-activity relationships of dinotefuran derivatives:Modification in the tetrahydro-3-furylmethyl part,J Pestic Sci,2004,29(4):356-363.)采用3-甲磺?；跫谆臍溥秽c鄰苯二甲酰亞胺鉀鹽經(jīng)Gabriel反應(yīng)生成N-(3-四氫呋喃甲基)鄰苯二甲酰亞胺，再經(jīng)堿性水解制得3-甲胺四氫呋喃。該方法具有工藝簡(jiǎn)單、原料易得、廢棄物污染優(yōu)點(diǎn)，但產(chǎn)物總收率較低，僅為56％。
專(zhuān)利Wo 2005066126采用3-甲磺?；跫谆臍溥秽c疊氮鈉反應(yīng)生成3-疊氮甲基四氫呋喃，再經(jīng)加氫反應(yīng)制得3-甲胺四氫呋喃，反應(yīng)收率為64％。該反應(yīng)所用原料疊氮鈉若操作不當(dāng)有爆炸風(fēng)險(xiǎn)，也不太適合工業(yè)化生產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種3‐甲胺四氫呋喃的制備方法，具有原料廉價(jià)易得、合成工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品純度和收率高、三廢污染少的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的具體技術(shù)方案為：所述的3-甲胺四氫呋喃制備方法為：
(1)環(huán)合反應(yīng)：采用1,4-丁烯二醇為原料，在固體酸的催化作用下脫水環(huán)合制得2,5-二氫呋喃；
(2)醛化反應(yīng)：步驟(1)所得的2,5-二氫呋喃在醋酸鈷的催化作用下，與水煤氣反應(yīng)生成3-四氫呋喃甲醛；
(3)氫化反應(yīng)：步驟(2)所得的3-四氫呋喃甲醛在5％Pd/C的催化作用下，與氨、氫氣反應(yīng)制得目標(biāo)產(chǎn)物3-甲胺四氫呋喃。
作為優(yōu)選，步驟(1)所述環(huán)合反應(yīng)的具體操作方法為：(a)在反應(yīng)釜中先后加入固體酸催化劑和部分1,4-丁烯二醇，攪拌混合均勻后升溫至125-135℃，再持續(xù)滴加剩余1,4-丁烯二醇直至反應(yīng)結(jié)束，反應(yīng)時(shí)間為7-9小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中不斷蒸餾收集102℃以下餾分；(b)將步驟(a)所得餾分靜置分層，有機(jī)層經(jīng)干燥脫水后，常壓精餾，收集64-67℃餾分為2,5-二氫呋喃，水層經(jīng)常壓蒸餾收集64-67℃餾分，將兩次所得64-67℃餾分混合即為所需2,5-二氫呋喃。先加入少量1,4-丁烯二醇，與固體酸催化劑混合均勻后，采用滴加的方式加入剩余的1,4-丁烯二醇。與一次性加入的方式相比，滴加加入的方式反應(yīng)更為溫和，避免了快速反應(yīng)而生成過(guò)多的副產(chǎn)物。反應(yīng)過(guò)程中不斷蒸餾收集102℃以下餾分為生成的水和2,5-二氫呋喃，通過(guò)不斷除去產(chǎn)物，使得反應(yīng)向正方向進(jìn)行，從而增大反應(yīng)收率。
更優(yōu)選，步驟(a)中所述1,4-丁烯二醇的總投料質(zhì)量為固體酸的32-35倍，所述滴加1,4-丁烯二醇的質(zhì)量是固體酸的27-30倍。
作為優(yōu)選，步驟(a)中所述固體酸為氧化鋁、二氧化硅和三氧化二硼中的任意一種。
更優(yōu)選，所述固體酸為氧化鋁。
作為優(yōu)選，步驟(2)所述醛化反應(yīng)的具體操作方法為：在高壓反應(yīng)容器中依次加入2,5-二氫呋喃、甲苯和醋酸鈷，采用氮?dú)庵脫Q脫氧后，將反應(yīng)液攪拌升溫至80-95℃，通入水煤氣至壓力為6.0-7.5MPa，保溫反應(yīng)24-48小時(shí)后冷卻至室溫，緩慢放空反應(yīng)釜并通入氮?dú)庵翂毫?.1MPa，將反應(yīng)液壓入精餾塔蒸餾，收集64-67℃餾分為未反應(yīng)完全的2,5-二氫呋喃，余液經(jīng)減壓蒸餾，收集85-90℃餾分為3-四氫呋喃甲醛，催化劑留在蒸餾殘液中，所述2,5-二氫呋喃和醋酸鈷的投料質(zhì)量比為1：0.006-0.008。醛化反應(yīng)過(guò)程中，催化劑醋酸鈷用量過(guò)大或水煤氣壓力過(guò)大，反應(yīng)過(guò)快，副產(chǎn)物增多，同時(shí)對(duì)設(shè)備要求增高；而催化劑醋酸鈷用量過(guò)少或水煤氣壓力過(guò)低時(shí)，反應(yīng)不完全，3-四氫呋喃甲醛的純度和收率較低。
作為優(yōu)選，步驟(3)所述氫化反應(yīng)的具體操作方法為：在高壓反應(yīng)容器中依次加入濃氨水、5％Pd/C和3-四氫呋喃甲醛，采用氮?dú)庵脫Q脫氧后，將反應(yīng)液攪拌升溫至70-80℃，通入氫氣至壓力為2.0-2.5MPa，保溫反應(yīng)2-3小時(shí)后，緩慢 放空反應(yīng)釜并通入氮?dú)庵?.1MPa，反應(yīng)液過(guò)濾，濾液經(jīng)常壓蒸餾收集氨水，殘留反應(yīng)液經(jīng)減壓蒸餾得到所需3-甲胺四氫呋喃，所述3-四氫呋喃甲醛、濃氨水和5％Pd/C的投料質(zhì)量比為1：9-11：0.09-0.11。所收集氨水經(jīng)通入氨氣增濃后回收二次使用。采用5％Pd/C作催化劑，在非均相、加壓條件下，將3-四氫呋喃甲醛還原胺化制得目標(biāo)產(chǎn)物3-甲胺四氫呋喃。還原胺化反應(yīng)中氫氣用量是影響反應(yīng)程度的重要因素，氫氣壓力過(guò)低，反應(yīng)速度慢，反應(yīng)不完全，產(chǎn)物收率低；氫氣壓力過(guò)高，則對(duì)設(shè)備的要求較高。反應(yīng)過(guò)程中濃氨水需過(guò)量，濃氨水的用量過(guò)低，則反應(yīng)副產(chǎn)物增多；濃氨水質(zhì)量為3-四氫呋喃甲醛質(zhì)量的9-11倍時(shí)，產(chǎn)物的純度和收率達(dá)到最佳，繼續(xù)增加濃氨水的用量，產(chǎn)物的純度和收率不會(huì)繼續(xù)升高，反而會(huì)增加生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的有益效果為：
1、反應(yīng)步驟短，工藝流程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品純度高達(dá)98.12％，總收率高達(dá)74.16％。
2、三廢污染少，氫化反應(yīng)中回收的氨水可經(jīng)增濃后二次使用，減少了廢液排放，降低了生產(chǎn)成本。
3、所采用原料廉價(jià)易得，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例來(lái)解釋本發(fā)明，但實(shí)施例并不對(duì)本發(fā)明做任何形式的限定。
實(shí)施例1 3-甲胺四氫呋喃的制備
(1)環(huán)合反應(yīng)制備2,5-二氫呋喃
稱(chēng)取1000kg 1,4-丁烯二醇待用。在反應(yīng)釜中先后加入30kg氧化鋁和100kg1,4-丁烯二醇，攪拌混合均勻后升溫至130℃，再持續(xù)滴加900kg的1,4-丁烯二醇至反應(yīng)結(jié)束，保溫反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中不斷蒸餾收集102℃以下餾分，將所得餾分靜置分層，有機(jī)層經(jīng)干燥脫水后，常壓精餾，收集64-67℃餾分；水層經(jīng)蒸餾收集64-67℃餾分，將兩次所得64-67℃餾分混合即為所需2,5-二氫呋喃，共制得2,5-二氫呋喃787.5kg，HPLC純度為95.03％，收率為94.08％。
(2)醛化反應(yīng)制備3-四氫呋喃甲醛
在高壓反應(yīng)容器中依次加入42kg 2,5-二氫呋喃和0.3kg醋酸鈷，采用氮?dú)庵脫Q脫氧后，將反應(yīng)液攪拌升溫至90℃，通入水煤氣至壓力為7MPa，保溫反應(yīng)30小時(shí)后冷卻至室溫，緩慢放空反應(yīng)釜并通入氮?dú)庵?.1MPa，將反應(yīng)液壓入精 餾塔蒸餾，收集64-67℃餾分為未反應(yīng)完全的2,5-二氫呋喃，余液經(jīng)減壓蒸餾，收集85-90℃餾分為3-四氫呋喃甲醛，催化劑留在蒸餾殘液中。反應(yīng)共制得3-四氫呋喃甲醛50.98kg，HPLC純度為98.51％，收率為87.65％。
(3)氫化反應(yīng)制備3-甲胺四氫呋喃
在高壓反應(yīng)釜中依次加入60kg濃氨水，0.6kg 5％Pd/C，6kg 3-四氫呋喃甲醛后，通入氮?dú)庵敝粮獌?nèi)空氣全部排出，攪拌升溫至70℃，通入氫氣至壓力為2.5MPa，保溫反應(yīng)2小時(shí)后，緩慢放空反應(yīng)釜并通入氮?dú)庵?.1MPa，反應(yīng)液過(guò)濾，濾液經(jīng)常壓蒸餾收集氨水，通入氨氣增濃后回收二次使用；下層有機(jī)物經(jīng)減壓蒸餾得到5.45kg 3-甲胺四氫呋喃，HPLC純度為98.12％，收率為89.93％。經(jīng)計(jì)算，3-甲胺四氫呋喃總收率為74.16％。
實(shí)施例2-3環(huán)合反應(yīng)制備2,5-二氫呋喃
采用與實(shí)施例1步驟(1)中相同的操作方法和相同種類(lèi)原料制備2,5-二氫呋喃，不同的是投料比和反應(yīng)時(shí)間，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示：
表1：
實(shí)施例4-5醛化反應(yīng)制備3-四氫呋喃甲醛
采用與實(shí)施例1步驟(2)相同的操作方法和相同原料制備3-四氫呋喃甲醛，不同是投料比、水煤氣壓力、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示：
表2：
實(shí)施例6-7氫化反應(yīng)制備3-甲胺四氫呋喃
采用與實(shí)施例1步驟(3)中相同的操作方法和相同種類(lèi)原料制備3-甲胺四氫呋喃，不同的是投料比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示：
表3：
以上僅列舉了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限制于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)所作的任何改變均落入本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。