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草铵膦合成新工艺,适合工业化生产

作者:陈长安 吴承慧 陈云峰 贾丽慧 更新时间:2019-06-06

   现在全球三大除草剂中,草甘膦的大面积使用已经导致抗性杂草的发生与发展;百草枯由于剧毒,导致大量中毒死亡事件发生,因而退出市场;作为仅次于草甘膦的世界第二大转基因作物耐受性除草剂草铵膦,获得巨大的发展前景。

 

   草铵膦glufosinate-ammonium是一种高效、低毒、广谱触杀型有机磷类除草剂,其有效成分为posphinothricin简称PPT,化学式为C5H15N2O4P,化学名称为2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸铵。属于谷氨酰胺合成酶抑制剂,可导致植物体内氮代谢紊乱、氨的过量积累、叶绿体解体,抑制其光合作用从而使植物死亡。

 

   目前草铵膦的合成方法,概括起来有阿尔布佐夫合成法、高压催化合成法、低温定向合成法、盖布瑞尔-丙二酸二乙酯合成法、斯垂克-泽林斯基合成法、手性合成法等。但目前合成路线存在成本较高、反应条件苛刻、步骤复杂、产生的废料多等问题,限制了工业生产。现对草铵膦的合成工艺进行了改进,探索出一条新的合成路线。

 

1  合成路线

   本研究在现有文献和彩世界娱乐基础上,综合考虑原料、实验操作及反应条件等方面因素。选用价格低廉的γ-丁内酯为起始原料,与溴素作用,选择性地发生α位单溴取代生成α-溴-γ-丁内酯,然后与氨水进行氨基化反应,加盐酸回流得到α-氨基-γ-丁内酯盐酸盐,氨基保护得到2-氧代四氢呋喃-3-基氨基甲酸乙酯,该中间体经氯化开环后和甲基亚磷酸二乙酯进行Arbuzov反应,经酸化水解、氨化得到产物草铵膦。结构经核磁氢谱及高分辨质谱确证。合成路线如下图所示。

 

1  合成路线

 

2  实验部分

2.1  主要仪器与试剂

   瑞士Bruker 600 MHz核磁共振仪CDCl3DMSO-d6CD3OD、D2O为溶剂,TMS为内标RY-1熔点仪;ZF-20D暗箱式紫外分析仪。γ-丁内酯化学纯,武汉远成共创科技有限公司:红磷化学纯,成都博瑞特化学技术有限公司;液溴化学纯,国药集团化学试剂有限公司;氯甲酸乙酯化学纯,武汉格奥化学有限公司;饱和的HCl乙醇溶液为自制;甲基亚磷酸二乙酯化学纯,湖北巨胜科技有限公司;所用试剂和溶剂均为试剂级。

 

2.2  实验步骤

2.2.1  α-溴-γ-丁内酯(1)的合成

   冰浴下,往三口瓶中的50 g γ-丁内酯0.58 mol6.7 g红磷0.21 mol的混合物中缓慢滴加33 mL液溴0.61 mol,然后升温至70 ℃,继续滴加33 mL液溴0.61 mol。滴加完毕后,升温至80 ℃反应3 h。停止加热并冷却至室温,持续吹入空气,将过量的液溴和生成的溴化氢吹走。然后再升温至80 ℃,缓慢滴加10 mL水,等反应缓和后再加入70 mL水,回流4 h。冷却后分层,水层用二氯甲烷萃取,合并有机层,无水硫酸镁干燥。减压蒸去溶剂后得到粗产物,经减压蒸馏精制沸程为125~127 ℃/1.7kPa,得淡黄色油状液体85 g,收率88.7%。1H NMRCDCl3 δ:4.48m,1H4.41m,2H2.84~2.74m,1H2.47m,1H

 

2.2.2  α-氨基-γ-丁内酯盐酸盐(2)的合成

   在冰浴条件下,将50 g的溴代产物α-溴-γ-丁内酯0.3 mol缓慢滴加到270 mL的氨水25wt%~28wt%中,剧烈搅拌,反应48 h后,减压蒸馏除去溶剂,随后加入浓盐酸38 mL,然后在110 ℃下回流1 h,抽滤后烘干得到48.25 g的白色固体,收率69.1%。1H NMRCH3ODδ:7.40s,2H4.55s,1H4.46~4.37m,2H2.87~2.61m,1H2.41dt,1H

 

2.2.3  (2-氧代四氢呋喃-3-基)氨基甲酸乙酯(3)的合成

   在冰浴条件下,取α-氨基-γ-丁内酯盐酸盐10 g0.07 mol,加入60 mL四氢呋喃和120 mL水混合,往其中加入17.6 g碳酸氢钠0.21 mol,再将9.1 g0.084 mol的氯甲酸乙酯缓慢滴加进去反应0.5 h后,恢复至室温后继续反应2 h,减压蒸馏除去溶剂,调节pH值至酸性,用二氯甲烷萃取,随后减压蒸馏旋走溶剂,降温后有固体析出,抽滤得到无色油状液体6.77 g,收率为90%。1H NMRCDCl3δ:5.20s,1H4.47~4.12m,5H2.79s,1H2.27~2.15m,1H1.60s,2H0.87s,1H

 

2.2.4  4-氯-2-乙氧羰基氨基丁酸乙酯(4)的合成

   取10 g0.057 mol(2-氧代四氢呋喃-3-基)氨基甲酸乙酯,加入到200 mL的耐压瓶中,随后将150 mL的饱和HCl乙醇溶液加入其中,升温至65 ℃反应12 h后,旋蒸掉其中的乙醇溶剂,加入少量的水,再用乙酸乙酯萃取,旋掉溶剂后,得到无色油状液体8.12 g,收率在60%以上。1H NMR CDCl3 δ:5.29 s,1H4.47 s,1H4.27~4.18 m,2H4.13d,2H3.60t,2H2.34s,1H2.16s,1H1.32~1.23m,6H

 

2.2.5  4-乙氧基-4-甲基膦酰基-2-乙氧羰基氨基丁酸乙酯(5)的合成

   称取10.0 g0.042 mol4-氯-2-乙氧羰基氨基丁酸乙酯与11.5 g0.084 mol的甲基亚磷酸二乙酯加入到150 mL无水甲苯中混合后,在氮气保护下,回流反应12 h。减压蒸馏,回收甲苯和甲基亚磷酸二乙酯,加入适量乙酸乙酯后,用饱和的氯化钠溶液洗涤3次,用无水Na2SO4干燥,减压蒸馏去除溶剂,得到9.6 g油状液体,收率为75.8%。1H NMRDMSO-d6 δ:7.49s,1H4.17~3.97m,6H2.14~1.91m,2H1.65~1.07m,13H

 

2.2.6  草铵膦铵盐(6)的合成

   称取10.0 g0.032 mol4-乙氧基-4-甲基膦酰基-2-乙氧羰基氨基丁酸乙酯加入到100 mL 6 mol/L HCl溶液中,回流12 h。再用氨水调pH值9,继续回流8 h,减压蒸馏后,用甲醇重结晶,得到白色草铵膦晶体5.2 g,收率为80.9%。1H NMR D2O δ:4.00 t,1H2.20~2.06m,2H1.89~1.67m,2H1.39d,3H

 

3  结论

   本研究对目前已报道的多条草铵膦合成路线进行了考察,将研究重点放到了α-氨基-γ-丁内酯盐酸盐的合成上,采用了低廉的溴素作为溴源,经改良的减压蒸馏方法得到α-溴-γ-丁内酯,然后经氨基化反应,酸化得到关键中间体α-氨基-γ-丁内酯盐酸盐。本工艺大大降低了成本,反应条件温和,适合工业化生产。

(来源:彩世界网址

tag: 草铵膦  合成工艺  溴素  减压蒸馏  降低成本  条件温和  

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