一種磺酰脲類化合物的合成新工藝

張萬忠, 梁 穎, 陳 利, 王福興

(1.沈陽化工大學環境與生物工程學院,遼寧沈陽110142; 東北制藥集團股份有限公司,遼寧沈陽110026)

磺酰脲化合物是一類廣泛應用于除草劑、醫藥等行業的化合物.近年來,磺酰脲除草劑成為目前除草劑開發的重點之一,世界范圍內已有25個磺酰脲除草劑品種被注冊用于農業發展中[1].傳統的磺酰脲化合物合成方法一般多為異氰酸酯法,采用芳(雜)環磺酰胺與光氣等反應,然后再與嘧啶胺(或三嗪胺)縮合,生成磺酰脲[2-4].但由于光氣是劇毒物,運輸和使用困難.磺酰脲化合物的合成路線向低毒、節能、環保化逐步發展.本文研究了一種新型的磺酰脲合成方法,該方法條件溫和,節約能耗,污染小,易操作,是一種環境友好型的磺酰脲合成工藝.

1 實驗部分

1.1 儀器和藥品

NEXUS470紅外光譜儀,美國熱電公司;X4熔點測定儀,上海森信實驗儀器有限公司;85-1恒溫磁力攪拌器,國華電器有限公司;DZG-6050SA真空干燥箱,北京泰克儀器有限公司.

4,6-二甲氧基-2-氨基嘧啶;苯磺酰氯,質量分數98.5%;氰酸鈉;吡啶;乙腈.

1.2 實驗原理

1.3 合成方法[5]

250 mL三口燒瓶中,加入4,6-二甲氧基-2-氨基嘧啶15.5 g(0.1 mol),氰酸鈉7.0 g,乙腈100 mL,吡啶8.3 mL.攪拌,加熱升溫至40～45℃后,滴加溶解有12.5 mL苯磺酰氯的乙腈溶液50 mL,3 h滴完,繼續反應3 h.抽濾,用少量的乙腈﹑水沖洗,干燥,得粗產品.然后用乙醇洗滌提純,干燥得白色粉末.

2 結果與討論

2.1 合成分析

實驗合成粗產品收率為74.5%,用乙醇提純后產率為63%,收率以苯磺酰氯的質量為基準計算,收率百分數為質量分數.經熔點儀測定,熔點為188～192℃.紅外譜圖如圖1所示.

圖1 3-(4,6-二甲氧基嘧啶-2-基)-苯磺酰脲的紅外譜圖Fig.1 IR of 3-(4,6-dimethoxypyrimidine-2-yl)-phenyl sulfonylurea

圖1中,3 419～3 117 cm-1中吸收為N—H的伸縮振動;3 030～2 949 cm-1中吸收為—CH3的伸縮振動,1 454 cm-1強吸收為—CH3的彎曲振動,確定甲基的存在;1 606 cm-1強吸收為C==C的伸縮振動,1 524 cm-1吸收為C==N的伸縮振動,確定嘧啶環的存在;1 358 cm-1及1 167 cm-1強吸收為SO2的伸縮振動,確定磺酰基的存在.1 725 cm-1強吸收為C==O的伸縮振動.經過分析,確定該化合物為目標產物3-(4,6-二甲氧基嘧啶-2-基)-苯磺酰脲.

2.2 縮合劑用量對反應的影響

反應溫度42℃,反應時間3 h,考察縮合劑用量對反應的影響,結果見表1.

表1 氰酸鈉用量對反應的影響Table 1 The influence of the amount of sodium cyanate on the reaction

由表1可知,隨著氰酸鈉用量的增加,收率提高.但過多的縮合劑并不能繼續增加產率,反而增大成本,浪費原料.因此,確定最適宜的縮合劑用量為n(氰酸鈉)∶n(苯磺酰氯)=1.0∶1.0.

2.3 物料配比對反應的影響

反應時間3 h,反應溫度42℃,n(苯磺酰氯)∶n(氰酸鈉)=1.0∶1.0,考察反應物配比對反應的影響,結果見表2.由表2可知,原料用量過低,可能因為分解損失,使原料未能充分反應;原料用量過多,加大副反應發生的機率,降低產品收率和純度,同時造成原料的浪費.綜合考慮原料及產物,確定n(4,6-二甲氧基-2-氨基嘧啶)∶n(苯磺酰氯)=1.0∶1.0為最合適的物料配比.

表2 物料配比對反應的影響Table 2 The influence of materials ratio on the reaction

2.4 滴加時間對反應的影響

n(苯磺酰氯)∶n(氰酸鈉)=1.0∶1.0,反應溫度42℃,考察滴加時間對反應的影響,結果見表3.由表3可知,滴加時間過短,反應不充分,滴加時間的延長可以適當地提高合成收率,但達到一定滴加時間后,反應收率不再增加.根據實驗結果,最終確定滴加時間控制在3 h左右.

表3 滴加時間對反應的影響Table 3 The influence of dropping time on the reaction

3 結 論

(1)采用氰酸鈉法合成磺酰脲化合物,該法與傳統方法相比,避免了使用劇毒光氣,簡化了合成路線,副產物少,溶劑可全部回收套用,是一種環境友好型的磺酰脲合成方法.

(2)本實驗條件下得出的最適宜反應條件: n(苯磺酰氯)∶n(嘧啶胺)∶n(氰酸鈉)=1.0∶1.0∶1.0,乙腈為溶劑,在42℃下,滴加3 h,反應3 h,產品收率為63%,純度為94.5%.

[1] Degelmann P,Wenger J,Niessner R,et al.Development of a Class-specific ELISA for Sulfonylurea Herbicides(Sulfuron Screen)[J].Environmental Science Technology,2004,38(24):6795-6802.

[2] 王衛,吳耀國,張小慶.替代光氣進行有機合成的綠色化學方法[J].貴州化工,2004,29(5):8-12.

[3] 李斌,劉長令.新法合成豆田除草劑氯嘧黃隆[J].農藥,1995,34(10):36-37.

[4] George L. Herbicidal Sulfonamides: USA, US4225337[P].1980-09-30.

[5] Choi J K,Chung I B,Lee J C,et al.Process for the Preparation of Sulfonylurea Derivatives and Intermediates for This Process:Korea,EP0613896 [P].1994-09-07.