本发明涉及化合物合成技术领域，具体涉及一种呋喃磺草酮的制备方法。
背景技术：
近年来,国家对早稻种植实行补贴优惠政策,使得国内早稻种植面积连年高增长。同时由于轮作模式的大力推广,使得直播稻栽培面积占比不断扩大,但由此带来的杂草为害问题也比较突出,常因除草不及时或技术不到位造成草荒,同时由于长期使用单一或同类除草剂品种,使得杂草抗药性增强,进而导致稻米品质下降、产量损失,甚至颗粒无收。呋喃磺草酮作为一种新型高效除草剂成为研究开发的热点。
呋喃磺草酮，结构式如下：
传统的呋喃磺草酮制备过程是最后成醚，由于成醚反应收率相对较低，导致呋喃磺草酮的传统制备方法中收率较低，而且制备过程比较复杂，涉及到多歩反应，反应步骤的复杂导致了副反应的增多，从而降低了呋喃磺草酮的产率。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种呋喃磺草酮的制备方法，先合成中间体2-氯-4-(甲磺酰基)-3-(((四氢呋喃-2-基)甲氧基)甲基)苯甲酸甲酯，然后再用中间体制备呋喃磺草酮，该方法反应条件温和，合成步骤简单，产率较高。
为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种呋喃磺草酮的制备方法，以2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸为原料，合成中间体2-氯-4-(甲磺酰基)-3-(((四氢呋喃-2-基)甲氧基)甲基)苯甲酸甲酯；然后将中间体与环己二酮在乙二胺的作用下进行缩合反应生成烯醇酯，最后在乙二胺作用下加入乙腈重排催化得到目标产物呋喃磺草酮。所述中间体的结构式如式ⅰ所示：
作为本发明的进一步改进，所述中间体的合成方法如下：以2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸为原料，与甲醇发生酯化反应生成第一中间产物2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯；再与n-溴代琥珀酰亚胺反应把苯环上的甲基中的一个氢取代生成第二中间产物2-氯-3-甲基溴-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯；然后用威廉姆逊合成法合成中间体2-氯-4-(甲磺酰基)-3-(((四氢呋喃-2-基)甲氧基)甲基)苯甲酸甲酯。
所述中间体的合成路线如下：
用所述中间体合成呋喃磺草酮的路线如下：
作为本发明的进一步改进，呋喃磺草酮的具体制备过程如下：
(1)第一中间产物的合成：向甲醇中加入2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸，缓慢滴加催化剂，在密封环境中、搅拌条件下进行加热回流反应，待溶液完全变为油状澄清液体后停止加热，自然冷却后反应液结晶为白色固体，固液分离后将固体烘干得到第一中间产物；
(2)第二中间产物的合成：将第一中间产物溶于有机溶剂中，加入催化剂，常温回流反应0.8-1.2h，然后逐渐升温至60-65℃，待溶液变为黄色澄清液，分次加入n-溴代琥珀酰亚胺，继续加热反应，待反应至溶液变为橙红色，静置反应后冷却结晶，固液分离，将液体浓缩，去除溶剂，剩余部分密封保存，即为第二中间产物；
(3)中间体的合成：将醇钠溶于有机溶剂中，向其中缓慢加入第二中间产物，冰水浴反应，2h后转移到常温水浴条件，待反应至反应体系中一半为析出的固体结晶，一半为橙红色溶液为止，固液分离，将固体重结晶后即为目标产物；
(4)目标产物合成：将中间体与1,3-环己二酮溶于有机溶剂乙腈中，搅拌溶解，然后加入乙二胺，在常温下进行缩合反应，生成烯醇酯产物，继续加入乙二胺和重排催化剂乙腈，在常温搅拌条件下，反应1.5-2h，使烯醇酯产物转化为酮式产物，加水静置分层，经过脱溶剂和重结晶后得到呋喃磺草酮。
作为本发明的进一步改进，步骤(1)中的催化剂为浓硫酸或二氯亚砜；反应温度为60℃-65℃；有机溶剂二氯亚砜在加热过程中，易挥发出氯化氢，对设备造成腐蚀，而且容易造成安全隐患和环境污染，而浓硫酸为无机酸，使用过程中不挥发，相对安全，且排放前处理较为简单，此外，氯化亚砜是先生成酰氯再进行酯化，而浓硫酸是直接催化酯化，效果更好，速率更高，因此优选为浓硫酸。为保证反应完全，浓硫酸与反应物2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸(sm)的质量比为4:9，实际反应比为1：3，即浓硫酸稍过量。
作为本发明的进一步改进，步骤(2)中有机溶剂为1，2-二氯乙烷或二氯甲烷；由于1，2-二氯乙烷沸点较高，且为非质子性溶剂，因此有机溶剂优选1，2-二氯乙烷；催化剂为偶氮二异丁腈，加入n-溴代琥珀酰亚胺后，反应温度为70℃-75℃，反应时间为5-7h。
由于第二中间产物2-氯-3-甲基溴-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯中的碳溴键键能很高，遇水容易发生水解而断裂，所以在保存过程中要烘干密封，以免遇水水解而破坏。
作为本发明的进一步改进，步骤(2)中n-溴代琥珀酰亚胺分十次加入，每两次间隔30min；静置反应时间为1h。
作为本发明的进一步改进，步骤(3)中醇钠为四氢糠醇钠。
作为本发明的进一步改进，步骤(3)中有机溶剂为四氢呋喃。
作为本发明的进一步改进，所述四氢糠醇钠的合成过程如下：将四氢糠醇溶于四氢呋喃中，加入18-冠醚-6，冰水浴搅拌条件下进行回流反应；反应时间为30min。
作为本发明的进一步改进，步骤(3)中常温水浴反应过程中，反应温度为10℃-20℃，反应时间19h。在合成醚的过程中温度过高或过低都会造成产率下降，经过多次实验验证，在15℃时产率最高。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
由于现有的制备呋喃磺草酮的方法是最后进行成醚反应的，由于成醚反应收率相对较低，直接导致了呋喃磺草酮的产率不高，而本发明先经过甲基溴化再成醚制备得到所述中间体，再由所述的中间体与1,3-环己二酮进行缩合反应生成烯醇酯，再将烯醇酯通过乙腈的催化重排最终制备得到呋喃磺草酮，即将收率相对较低的成醚反应放在了前期制备中间体的过程中。公知的，在多歩反应中，反应越提前，涉及到的产物反应物越少，降低其产率的影响因素越少，因此，将成醚反应放在了前期制备中间体的过程中可以大大提高呋喃磺草酮的产率；此外，本发明先用酯化反应保护了羧基，再通过溴化反应引入溴离子，最后再进行成醚反应，也从另一个角度减少了成醚反应中副产物的生成，而且也节约了生产成本。
本发明合成的中间体是制备呋喃磺草酮的重要中间体原料，用本发明所述的中间体制备呋喃磺草酮工艺路线短，反应过程少，制备过程简单。
有机物的挥发性较大，很多有机反应需要在加热条件下才能进行，虽然可以加快反应进程，但是同时也会造成反应物挥发，不仅影响转化率，还会造成环境污染和安全隐患，本发明提供了所述的制备中间体的方法，反应条件温和，不需要过高温度，有效避免了这些缺陷；而且本发明制备中间体的方法副反应少，更有利于提高目标产物的产率。
本发明制备过程中使用的有机溶剂较少，有利于减少设备和容器的腐蚀，排放前处理较为简单，有利于环境保护。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
取20ml甲醇到三颈瓶中，然后称取3g2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸加入，再放入转子，补加10ml的甲醇，装上回流装置和温度计，瓶口涂上真空酯，使整个反应在密封环境下进行。将装置移到磁力搅拌器中开始搅拌，然后缓慢分批滴加1.35g二氯亚砜。加完后升温加热并把温度控制在60℃，搅拌反应3h后反应完全，溶液完全变为油状澄清液体，停止搅拌，停止加热。取350ml的烧杯并加入自来水，加入量为烧杯容量的一半，待反应液自然冷却后把反应溶液倒入烧杯中，反应液快速结晶出白色固体然后抽滤取固体，把固体放烘箱里烘干，得到白色粉末状固体产物，即第一中间产物2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯。
向三颈瓶中加入4g第一中间产物2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯，倒入100ml二氯甲烷，再加入0.16g偶氮二异丁腈，放入磁力转子，装上回流装置和温度计后在常温下搅拌1h，然后升温并控制在60℃持续搅拌2h，溶液为黄色澄清液。然后每隔30分钟加入0.4g的n-溴代琥珀酰亚胺(nbs)，总共加10次，继续升温至70℃，反应5h，溶液变为橙红色。再过1h后取出反应液并密封放冰箱里结晶，过夜后有少许白色晶体(nbs副产物)，然后抽滤并取液体，把固体除去。然后把液体常温旋蒸浓缩，蒸出二氯甲烷，剩下的便是第二中间产物2-氯-3-甲基溴-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯，为深黄色澄清粘稠液体，取出立即密封保存，但不到2分钟变为白色膏状固体，冷藏保存。
称取四氢糠醇19.49g倒入三颈瓶中，然后倒入四氢呋喃到三颈瓶的四分之一，放入转子并把瓶放到冰水中搅拌反应，加入17g无水硫酸锌，再称取16.88g碳酸钠碾碎后加入三颈瓶中，半小时后温度稳定，再慢慢的把80g的2-氯-3-甲基溴-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯加入到反应瓶中，固体也马上溶解，溶液由黄色澄清液变为绿色混浊液，随即逐渐变为黄色混浊液。一直慢慢加入2-氯-3-甲基溴-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯到加完，此过程在冰水浴中搅拌完成。反应2h后再把反应体系从冰水中移到自来水中，温度控制在10℃，这时溶液变为橙红色混浊液。过夜反应17h反应瓶中有一半的固体结晶出来，还有一半的橙红色溶液，取出反应物过滤，固体也是橙红色粘稠膏状，液体为深红色，在50:50的乙酸乙酯和石油醚混合溶液中重结晶得到的固体即是中间体2-氯-4-(甲磺酰基)-3-(((四氢呋喃-2-基)甲氧基)甲基)苯甲酸甲酯，收率为75.3％。
称取3.55g上述中间体和1.25g的1,3-环己二酮加入到反应瓶中，加入12.5ml乙腈作为溶剂，搅拌溶解，并加入4.25ml乙二胺，在常温下1.5h进行缩合反应，待生成烯醇酯后，加入2.5ml的乙腈作为重排催化剂和2ml乙二胺，于室温下搅拌反应1.5h，使烯醇式产物充分转化为酮式产物。反应完毕，加入40ml水，搅拌30min后静置分层，有机层脱除溶剂后，用甲醇重结晶，过滤，干燥，得到呋喃磺草酮，经计算，其产率为86.9％。
实施例2
取20ml甲醇到三颈瓶中，然后称取3g2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸加入，再放入转子，补加10ml的甲醇，装上回流装置和温度计，瓶口涂上真空酯，使整个反应在密封环境下进行。将装置移到磁力搅拌器中开始搅拌，然后分3次缓慢滴加浓硫酸，浓硫酸的总加入量为1.35g，加完后升温加热并把温度控制在62.5℃，搅拌反应7h后反应完全，溶液完全变为油状澄清液体，停止搅拌，停止加热。取350ml的烧杯并加入自来水，加入量为烧杯容量的一半，待反应液自然冷却后把反应溶液倒入烧杯中，反应液快速结晶出白色固体，然后抽滤取固体，把固体放烘箱里烘干，得到白色粉末状固体产物，即第一中间产物2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯。
向三颈瓶中加入4g第一中间产物2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯，倒入100ml1，2-二氯乙烷，再加入0.16g偶氮二异丁腈，放入磁力转子，装上回流装置和温度计后在常温下搅拌1h，然后升温并将温度控制在62.5℃，持续搅拌2h，溶液变为黄色澄清液。然后每隔30分钟加入0.4g的nbs，共加10次，继续升温至70℃，反应6h后，溶液变为橙红色。再过1h后取出反应液并密封放冰箱里结晶，过夜后有少许白色晶体(nbs副产物)，然后抽滤并取液体，把固体除去。然后把液体常温旋蒸浓缩，蒸出1，2-二氯乙烷，剩下的便是第二中间产物2-氯-3-甲基溴-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯，为深黄色澄清粘稠液体，取出立即密封保存，但不到2分钟液体变为白色膏状固体，马上冷藏保存。
称取四氢糠醇19.49g倒入三颈瓶中，然后倒入四氢呋喃到三颈瓶的四分之一，放入转子并把瓶放到冰水中搅拌反应，加入10克18-冠醚-6，再称取16.88g碳酸钠碾碎后加入三颈瓶中，半小时后温度稳定，再慢慢的把80g第二中间产物2-氯-3-甲基溴-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯加入到反应瓶中，固体也马上溶解，溶液由黄色澄清液变为绿色混浊液，随即逐渐变为黄色混浊液。继续慢慢加入2-氯-3-甲基溴-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯直到加完，在冰水中搅拌反应。反应经过2h后再把反应体系从冰水中移到自来水中，温度控制在15℃，这时溶液变为橙红色混浊液。过夜，反应17h后反应瓶中有一半的固体结晶出来，还有一半的橙红色溶液，取出反应物过滤，固体也是橙红色粘稠膏状，液体为深红色，将固体产物在50:50的乙酸乙酯和石油醚混合溶液中重结晶得到的固体即是目标产物2-氯-4-(甲磺酰基)-3-(((四氢呋喃-2-基)甲氧基)甲基)苯甲酸甲酯，收率为83.6％。
称取3.55g上述中间体和1.25g的1,3-环己二酮加入到反应瓶中，加入12.5ml乙腈作为溶剂，搅拌溶解，并加入4.25ml乙二胺，在常温下2h进行缩合反应，待生成烯醇酯后，加入2.5ml的乙腈作为重排催化剂和2ml乙二胺，于室温下搅拌反应1.5h，使烯醇式产物充分转化为酮式产物。反应完毕，加入40ml水，搅拌30min后静置分层，有机层脱除溶剂后，用甲醇重结晶，过滤，干燥，得到呋喃磺草酮，经计算，其产率为87.2％。
实施例3
取20ml甲醇到三颈瓶中，然后称取3g2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸倒入瓶中，再放入转子，补加10ml的甲醇，装上回流装置和温度计，瓶口涂上真空酯使整个反应在密封环境下进行。将装置移到磁力搅拌器中开始搅拌，然后分3批缓慢滴加1.35g浓硫酸。加完后升温加热并把温度控制在65℃，搅拌反应7h后反应完全，溶液完全变为油状澄清液体，停止搅拌，停止加热。取350ml的烧杯并加入自来水，加入量为烧杯容量的一半，待反应液自然冷却后把反应溶液倒入烧杯中，反应液快速结晶出白色固体然后抽滤取固体，把固体放烘箱里烘干，称取得到2.161g白色粉末状固体产物，即第一中间产物2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯。
向三颈瓶中加入4g第一中间产物2-氯-3-甲基-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯，倒入100ml1，2-二氯乙烷，再加入0.16g偶氮二异丁腈，放入磁力转子，装上回流装置和温度计后在常温下搅拌1h，然后升温并控制在65℃持续搅拌2h，溶液为黄色澄清液。然后每隔30分钟加入0.4g的nbs，总共加10次，继续升温至70℃，反应7h，溶液变为橙红色。再过1h后取出反应液并密封放冰箱里结晶，过夜后有少许白色晶体(nbs副产物)，然后抽滤并取液体，把固体除去。然后把液体常温旋蒸浓缩，蒸出1，2-二氯乙烷，剩下的便是第二中间产物2-氯-3-甲基溴-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯，为深黄色澄清粘稠液体，取出立即密封保存，但不到2分钟变位白色膏状固体，马上冷藏保存。
称取四氢糠醇19.49g倒入三颈瓶中，然后倒入四氢呋喃大到三颈瓶的四分之一，放入转子并把瓶放到冰水中搅拌反应，加入10克18-冠醚-6，再称取16.88g碳酸钠碾碎后加入三颈瓶中，半小时后温度稳定再慢慢的把80g,2-氯-3-甲基溴-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯加入到反应瓶中，固体也马上溶解，溶液由黄色澄清液变为绿色混浊液，随即逐渐变为黄色混浊液。一直慢慢加入2-氯-3-甲基溴-4-甲磺酰基苯甲酸甲酯到加完，此过程在冰水浴中搅拌完成。反应2h后再把反应体系从冰水中移到自来水中，温度控制在20℃，这时溶液变为橙红色混浊液。过夜反应17h反应瓶中有一半的固体结晶出来，还有一半的橙红色溶液，取出反应物过滤，固体也是橙红色粘稠膏状，液体为深红色，在50:50的乙酸乙酯和石油醚混合溶液中重结晶得到的固体即是目标产物2-氯-4-(甲磺酰基)-3-(((四氢呋喃-2-基)甲氧基)甲基)苯甲酸甲酯，收率为86.2％。
称取3.55g上述中间体和1.25g的1,3-环己二酮加入到反应瓶中，加入12.5ml乙腈作为溶剂，搅拌溶解，并加入4.25ml乙二胺，在常温下1.5h进行缩合反应，待生成烯醇酯后，加入2.5ml的乙腈作为重排催化剂和2ml乙二胺，于室温下搅拌反应2h，使烯醇式产物充分转化为酮式产物。反应完毕，加入40ml水，搅拌30min后静置分层，有机层脱除溶剂后，用甲醇重结晶，过滤，干燥，得到呋喃磺草酮，经计算，其产率为90.5％。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。