一种3,4-二甲基吡唑及其磷酸盐的制备方法与流程

本发明涉及化学合成领域，尤其涉及一种3,4-二甲基吡唑及其磷酸盐的制备方法。

背景技术：

3,4-二甲基吡唑磷酸盐(dmpp)是由德国basf研制的一种的氮肥硝化酶抑制剂，具有高效、无毒、稳定和专一等特点。dmpp可显著抑制土壤nh⁴⁺-n向no^3--n转化，显示出显著地硝化抑制效果，且远远优于同类产品(植物营养与肥料学报，2017，23，54)。自1999年在德国及欧洲的田间应用试验以来，已被成功的商业化生产，并大规模应用于农业生产，因此也被称为二十一世纪最具发展前景的新一代缓释肥料，具有广阔的应用前景。

3,4-二甲基吡唑是3,4-二甲基吡唑磷酸盐合成的重要中间体，对其合成的文献报道有很多。(j.org.chem.1955,20,1681)中公开了丁酮与甲酸异丙酯在异丙醇钠的碱性作用下得到中间体，再与水合肼发生环合反应得到3,4-二甲基吡唑，但反应中需要使用乙醚作为溶剂，不适合大规模工业化生产。专利us6022979a公开了2-丁酮与甲酸甲酯在甲醇钠的作用下得到中间体2-甲基-3-氧代丁醛钠，分离出的中间体再与一水合肼在硫酸的催化作用下发生环合反应制得3,4-二甲基吡唑，但其反应时间高达16小时。专利us6229022b公开了2-甲基-2-丁烯醛与水合肼后直接化合，再在浓硫酸/碘化钠催化条件下发生芳构化得到3,4-二甲基吡唑，但这种方法存在原材料成本极高，且副反应明显等缺点，不适合大规模生产。专利cn102558054a中利用金属钠与2-丁酮和甲酸乙酯生成2-甲基-3-氧代丁醛钠，再经环合、成盐等步骤制得3,4-二甲基吡唑磷酸盐，但金属钠的使用局限了其工艺，无法满足大规模生产的需要。专利cn102311388a和cn102911119a公开了利用2-丁酮和多聚甲醛在碱性或质子酸的作用下反应，在与水合肼发生合环反应制得3,4-二甲基吡唑，最后成盐得到目标产品，但多聚甲醛会慢慢释放甲醛气体，属高毒、高致癌物质，在产业化实施过程中将面临职业健康和环境污染的严重挑战。专利cn110218188a中将2-丁酮与甲酸甲酯反应后的中间体与二级胺进一步反应得到烯胺中间体，可以有效提高该中间体的稳定性，并顺利得到3,4-二甲基吡唑，但废水中的氨氮含量较高，存在潜在的环保隐患和废水处理压力。

因此，寻求一种工艺简单流畅、成本低、环境友好、收率高、合适工业化放大生产的3,4-二甲基吡唑及其磷酸盐的制备方法，是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明为解决现有3,4-二甲基吡唑及其磷酸盐合成工艺中工艺过程复杂、原料成本高、环境污染、工业化放大生产难度高等问题，提出一种3,4-二甲基吡唑及其磷酸盐的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面是提供了一种3,4-二甲基吡唑的制备方法，包括以下步骤：

(1)在反应溶剂中，2-丁酮、三氯氧磷和n,n-二甲基甲酰胺于-10-70℃下反应，分离萃取后，得到醛基化烯基氯化合物的溶液；

(2)将步骤(1)制得的醛基化烯基氯化合物与水合肼或肼盐，在调节ph值至2-10后于10-60℃反应，反应完成后加入碱性物质调节ph值至6-11，进行后处理，即得3,4-二甲基吡唑。

进一步地，步骤(1)中，所述反应溶剂为二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、硝基苯、甲基叔丁基醚、甲基环戊基醚、1,4-二氧六环、乙二醇二甲醚、乙酸乙酯、乙酸异丙酯中的一种或几种。

进一步优选地，步骤(1)中，所述反应溶剂为二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、2-甲基四氢呋喃、甲基叔丁基醚、甲基环戊基醚中的一种或几种。

更进一步优选地，步骤(1)中，所述反应溶剂为二氯甲烷、1,2-二氯乙烷中的一种或两种。

进一步地，步骤(1)中，所述2-丁酮、三氯氧磷和n,n-二甲基甲酰胺的物质的量比为1:(1.0-6.0):(1.0-6.0)。

进一步优选地，步骤(1)中，所述2-丁酮、三氯氧磷和n,n-二甲基甲酰胺的物质的量比为1:(1.3-2.5):(1.3-2.5)。

更进一步优选地，步骤(1)中，所述2-丁酮、三氯氧磷和n,n-二甲基甲酰胺的物质的量比为1:(1.8-2.1):(1.8-2.1)。

进一步地，步骤(1)中，所述反应的温度为0-30℃。

进一步地，步骤(1)中，所述分离萃取具体步骤为：加入有机溶剂，静止分层，萃取分离出的水相再用有机溶剂萃取1次，然后合并两次所得的有机相，减压浓缩至一定体积；所述有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷、2-甲基四氢呋喃、硝基苯、甲基叔丁基醚、甲基环戊基醚、乙酸乙酯、乙酸异丙酯中的一种或几种。

进一步优选地，所述有机溶剂为所述反应溶剂。

进一步地，步骤(2)中，所述烯基氯化合物与所述水合肼或肼盐的质的量比为1:0.8-3.0。

进一步优选地，步骤(2)中，所述烯基氯化合物与所述水合肼或肼盐的质的量比为1:0.9-1.5。

更进一步优选地，步骤(2)中，所述烯基氯化合物与所述水合肼或肼盐的质的量比为1:1.1-1.3。

进一步地，步骤(2)中，在调节ph值至3-10后于10-60℃反应，用于调节ph的物质为盐酸或硫酸。

进一步地，步骤(2)中，所述后处理的工艺为：加入碱性物质调节ph值至6-11后的溶液在15-35℃下加入甲苯、二甲苯、氯苯、甲基环戊基醚、乙酸异丙酯、mtbe中的一种或几种，静止分层后得到有机层，对所述有机层进行减压蒸馏。

本发明的第二方面是提供了一种3,4-二甲基吡唑磷酸盐的制备方法，以上述3,4-二甲基吡唑为底物，包括步骤：将所述3,4-二甲基吡唑溶解于溶剂中，慢慢滴加磷酸调节ph值至1-6，反应完成后分离，即得3,4-二甲基吡唑磷酸盐。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明的制备方法，以2-丁酮为原料，将2-丁酮、三氯氧磷与n,n-二甲基甲酰胺反应得到烯基氯化合物，再与水合肼或肼盐反应后经后处理得3,4-二甲基吡唑，3,4-二甲基吡唑再与磷酸成盐得到3,4-二甲基吡唑磷酸盐，原料廉价易得、步骤简短、操作简便、收率高、产品质量高、溶剂可实现回收套用、适合工业化生产。

附图说明

图1是本发明的3,4-二甲基吡唑的合成路线图；

图2是本发明的3,4-二甲基吡唑磷酸盐的合成路线图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

实施例1

3,4-二甲基吡唑磷酸盐的制备：

将109.5g(1.8eq.)n,n-二甲基甲酰胺和350ml二氯甲烷加入反应瓶中，控制内温0-20℃慢慢滴加229.6g(1.8eq.)三氯氧磷，搅拌30分钟；控制内温0-20℃再慢慢滴加60g(1eq.)2-丁酮，滴加完毕后保持0-20℃反应3小时，然后升温至30-40℃继续反应2小时。反应结束后，降温至15-25℃加入水，萃取分层后得到的水相用二氯甲烷再萃取1次，合并有机相，减压浓缩至120-130ml，得到醛基化烯基氯化合物的有机溶液。

将上述醛基化烯基氯化合物(3-氯-2-甲基-3-丁烯-1-醛)的有机溶液加入三口瓶中，缓慢滴加52g80％水合肼溶液，再控制温度15-35℃慢慢滴加盐酸调节ph值至7-9，在15-45℃下保温反应2小时，慢慢滴加20％的naoh水溶液调节ph值至7-10，加入二氯甲烷，静止分层得到有机层，减压蒸馏除去溶剂后得到粗品3,4-二甲基吡唑，收率83％，可直接用于下一步3,4-二甲基吡唑磷酸盐制备。

将上述3,4-二甲基吡唑溶于150g甲醇中，室温下加入85％磷酸调节ph值至3-7，于15-25℃搅拌反应2小时，过滤，干燥，得到116g的3,4-二甲基吡唑磷酸盐白色固体，总收率72.9％。1hnmr(400mhz,dmso-d6)δ＝11.03(brs,4h),7.26(s,1h),2.10(s,3h),1.91(s,3h).

实施例2

将255g(2.9eq.)n,n-二甲基甲酰胺和400ml1,2-二氯乙烷加入反应瓶中，控制内温0-20℃慢慢滴加127.7g(1eq.)三氯氧磷，搅拌30分钟；控制内温0-20℃再慢慢滴加60g(1eq.)2-丁酮，滴加完毕后保持0-20℃反应3小时，然后升温至30-40℃继续反应2小时。反应结束后，降温至15-25℃加入水，萃取分层后得到的水相用1,2-二氯乙烷再萃取1次，合并有机相，减压浓缩至120-125ml，得到醛基化烯基氯化合物的有机溶液。

将上述醛基化烯基氯化合物(3-氯-2-甲基-3-丁烯-1-醛)的有机溶液加入三口瓶中，缓慢滴加52g80％水合肼溶液，再控制温度15-35℃慢慢滴加盐酸调节ph值至7-9，在15-45℃下保温反应2小时，慢慢滴加20％的naoh水溶液调节ph值至7-10，加入1,2-二氯乙烷，静止分层得到有机层，减压蒸馏除去溶剂后得到粗品3,4-二甲基吡唑，收率72％，可直接用于下一步3,4-二甲基吡唑磷酸盐制备。

将上述3,4-二甲基吡唑溶于150g甲醇中，室温下加入85％磷酸调节ph值至3-7，于15-25℃搅拌反应2小时，过滤，干燥，得到96.5g的3,4-二甲基吡唑磷酸盐白色固体，总收率60.7％。

实施例3

将121.6g(2eq.)n,n-二甲基甲酰胺和500ml甲基叔丁基醚加入反应瓶中，控制内温0-20℃慢慢滴加191.4g(1.5eq.)三氯氧磷，搅拌30分钟；控制内温0-20℃再慢慢滴加60g(1eq.)2-丁酮，滴加完毕后保持0-20℃反应3小时，然后升温至30-40℃继续反应2小时。反应结束后，降温至15-25℃加入水，萃取分层后得到的水相用甲基叔丁基醚再萃取1次，合并有机相，减压浓缩至120-125ml。

将上述醛基化烯基氯化合物(3-氯-2-甲基-3-丁烯-1-醛)的有机溶液加入三口瓶中，缓慢滴加52g80％水合肼溶液，再控制温度15-35℃慢慢滴加盐酸调节ph值至7-9，在15-45℃下保温反应2小时，慢慢滴加20％的naoh水溶液调节ph值至7-10，加入甲基叔丁基醚，静止分层得到有机层，减压蒸馏除去溶剂后得到粗品3,4-二甲基吡唑，收率64％，可直接用于下一步3,4-二甲基吡唑磷酸盐制备。

将上述3,4-二甲基吡唑溶于150g甲醇中，室温下加入85％磷酸调节ph值至3-7，于15-25℃搅拌反应2小时，过滤，干燥，得到87.5g的3,4-二甲基吡唑磷酸盐白色固体，总收率55％。

实施例4

将109.5g(1.8eq.)n,n-二甲基甲酰胺和350ml二氯甲烷加入反应瓶中，控制内温0-20℃慢慢滴加229.6g(1.8eq.)三氯氧磷，搅拌30分钟；控制内温0-20℃再慢慢滴加60g(1eq.)2-丁酮，滴加完毕后保持0-20℃反应3小时，然后升温至30-40℃继续反应2小时。反应结束后，降温至15-25℃加入水，萃取分层后得到的水相用二氯甲烷再萃取1次，合并有机相，减压浓缩至120-130ml，得到醛基化烯基氯化合物的有机溶液。

将上述醛基化烯基氯化合物(3-氯-2-甲基-3-丁烯-1-醛)的有机溶液加入三口瓶中，分批次加入87g盐酸肼固体，再控制温度15-35℃慢慢滴加盐酸调节ph值至7-9，在15-45℃下保温反应2小时，慢慢滴加20％的naoh水溶液调节ph值至7-10，加入140g二氯甲烷，静止分层得到有机层，减压蒸馏除去溶剂后得到粗品3,4-二甲基吡唑，收率86％，可直接用于下一步3,4-二甲基吡唑磷酸盐制备。

将上述3,4-二甲基吡唑溶于150g甲醇中，室温下加入85％磷酸调节ph值至3-7，于15-25℃搅拌反应2小时，过滤，干燥，得到1120.8g的3,4-二甲基吡唑磷酸盐白色固体，总收率76％。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。