一种2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑的制备方法与流程

本发明涉及有机化工，具体涉及一种2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑的制备方法。

背景技术：

1、2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑(mtba)是特丁噻草隆的重要中间体。特丁噻草隆又名丁噻隆、丁唑隆、梯草隆，通用名为tebuthiuron，是一种光合作用抑制剂，属内吸性土壤用广谱除草剂，主要通过植物的根部吸收，抑制光合作用电子传递。由于其低毒性、用量少、杀草谱广、残效期长的特点而备受人们的关注，可用于森林(防火道)防除一年生杂草，也可用于在非种植地区防除各种植物的生长以及在甘蔗田中选择性防除杂草。

2、mtba的合成方法较多，主要是甲基氨基硫脲(mtsc)与特戊酸或特戊酰氯缩合生成4-甲基-特戊酰基氨基硫脲，然后用脱水剂成环得mtba盐酸盐，再碱化得到mtba。根据与mtsc反应物料的不同，可分为特戊酸法、特戊酰氯法及其他合成方法。

3、1、特戊酸法合成mtba

4、tao[us3887572a,公开日1975-06-03]在低温下将mtsc和特戊酸依次加入到多聚磷酸和硫酸的混合液中，然后升温至105℃反应3h得到mtba，收率93.0％。david等[us4283543a,公开日1981-08-11]以mtsc和特戊酸为原料，在70-80℃下用多聚磷酸和浓硫酸脱水缩合得到mtba，收率98.0％。

5、

6、该方法合成mtba的收率高，特戊酸的消耗较低，但需要使用大量的酸，后处理过程中会产生大量的废酸，处理成本高。

7、2、特戊酰氯法合成mtba

8、特戊酰氯法合成mtba又可以细分为特戊酰氯与mtsc反应先生成4-甲基-1-三甲基乙酰基-3-氨基硫脲(简称“酰肼”)，然后用其他脱水试剂脱水得mtba或继续用特戊酰氯作为脱水试剂脱水得mtba。

9、(1)用其他脱水试剂脱水得mtba

10、凌岗等[农药,2012,51(10):715-716]将mtsc与过量的特戊酰氯、甲苯混合后升温，100℃滴加三氯氧磷，保温反应4h得到mtba，加上后续与mcc反应合成特丁噻草隆，两步总收率95.0％。王会镇等[cn104610250b,公开日2017-03-22]同样采用三氯氧磷为脱水剂合成mtba，收率70.7％。王磊等[农药,2019,58(3):180-182]用1.2倍摩尔量的特戊酰氯与mtsc、甲苯混合后室温搅拌1h，然后加入三氯氧磷升温回流3h得到mtba，纯度90.5％，收率85.2％。朱颜等[cn103288777a,公开日2013-09-11]用1,2-二氯乙烷为溶剂，以1.5倍摩尔量的特戊酰氯与mtsc回流反应生成4-甲基-特戊酰基氨基硫脲，然后用氯磺酸、乙酸酐、乙酰氯等作为脱水剂成环合成mtba，收率94.1％-95.6％。

11、上述方法合成mtba的收率相对较高，但是使用三氯氧磷作为脱水剂会产生大量含磷含酸废水，其他脱水试剂也会让反应体系增加新的物质，后处理成本较高。

12、(2)继续用特戊酰氯作为脱水试剂脱水得mtba

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14、李君[cn105524017b,公开日2017-06-30]用特戊酸为原料与三光气(或双光气、光气)先合成特戊酰氯，然后使用三乙胺为缚酸剂，特戊酰氯与mtsc反应合成mtba，收率97.1％-98.9％。该方法会生成大量的三乙胺盐酸盐，通常需要用碱碱化、除水、精馏回收无水三乙胺，后处理成本高，生成三乙胺盐酸盐的同时也会有三乙胺特戊酸盐的生成，该盐会随三乙胺盐酸盐进入三乙胺回收系统，从而无法回收特戊酸，造成生产成本增加、“三废”处理难度增大。另外，该方法的mtba是从有机相中脱溶得到，有机相中除了甲苯，还有特戊酸等高沸点的物质，需要高温才能脱除。mtba分子中含有氮元素多，又含有硫元素，存在热敏性的问题，因此，该方法脱溶得到mtba的过程中存在安全隐患。

15、时荣超等[化学世界,2019,60(10):706-710]用2.2倍摩尔量的特戊酰氯既作反应试剂又作脱水剂，与mtsc回流反应合成mtba，产品纯度97.0％，收率93.6％。该方法在实际操作过程中存在一个重大缺陷：特戊酰氯滴加到mtsc与甲苯的混合液的过程中，反应液会逐渐变成糊状，传质、传热效果变差，出现搅拌失效、飞温的现象，如果该方法应用于工业生产，将会造成冲料、爆炸等安全事故。于是，高中良等[cn109251188a,公开日2019-01-22]将特戊酰氯分2批次加入反应釜：特戊酰氯先与mtsc反应，生成4-甲基-特戊酰基氨基硫脲，然后用特戊酰氯脱水成环得到mtba，收率92.0％-97.3％，但在实验验证过程中仍然会有搅拌失效、飞温的现象。

16、3、其他方法

17、陈健龙等[cn110372634 b,公开日2021-03-19]以特戊酸(i)和水合肼为原料，经缩合反应得到中间体(ii)，与硫化剂经硫化反应得到中间体(iii)，然后脱水关环得到中间体(iv)，和多聚甲醛经缩合反应得到中间体(v)，最后经加氢还原反应得到mtba(vi)。

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19、该方法提供了一条合成mtba的新思路，但是反应步骤多、收率低，没有工业化价值。

20、随着特丁噻草隆的市场需求不断增加和环境保护要求的不断提高，有必要优化2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑生产工艺，提高反应收率、减少生产“三废”，达到提升企业经济效益和社会效益的目标。继续用特戊酰氯作为脱水试剂脱水得mtba的方法收率更高，虽然使用特戊酰氯作脱水剂需要消耗特戊酰氯，但用作脱水试剂的特戊酰氯会生成特戊酸，特戊酸经酰氯化反应后又可以得到特戊酰氯，是一种“三废”量最少的合成方法。因此，必须要解决好搅拌失效、飞温的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可避免搅拌失效、飞温现象、收率高、操作安全简便、成本低廉且“三废”少的2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑的制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

3、一种2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑的制备方法，包括以下步骤：在水浴冷却下，向反应瓶中加入第一甲苯类溶剂、4-甲基氨基硫脲、脱水反应催化剂和特戊酰氯并搅拌，然后升温至60℃～100℃进行反应，反应结束后，冷却、过滤，将滤饼加入到第二甲苯类溶剂中，升温至50℃～80℃后用液碱中和、分出水相，所得有机相经回流分水、脱溶，得到2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑；其中，所述特戊酰氯与所述4-甲基氨基硫脲的摩尔比为2.1～2.5∶1，所述脱水反应催化剂为含五氧化二钒的脱水反应催化剂。

4、本发明的化学反应式如下：

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6、上述的2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑的制备方法，优选的，所述脱水反应催化剂为五氧化二钒与二氧化硅的复合催化剂、五氧化二钒与氧化铝的复合催化剂、五氧化二钒与二氧化钛的复合催化剂或五氧化二钒，各复合催化剂中五氧化二钒的质量分数均在5％～95％的范围。

7、上述的2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑的制备方法，优选的，所述脱水反应催化剂与所述4-甲基氨基硫脲的质量比为0.001～0.01∶1。

8、上述的2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑的制备方法，优选的，所述第一甲苯类溶剂为甲苯或二甲苯，所述第二甲苯类溶剂与第一甲苯类溶剂相同。

9、上述的2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑的制备方法，优选的，所述第一甲苯类溶剂与所述4-甲基氨基硫脲的质量的比例为3～7∶1。

10、上述的2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑的制备方法，优选的，所述第二甲苯类溶剂与所述4-甲基氨基硫脲的质量比为2～5∶1。

11、上述的2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑的制备方法，优选的，所述水浴冷却的温度为10℃～30℃，所述反应的时间为2h～6h。

12、本发明关于mtba的制备方法可分为mtba的合成和mtba的后处理。mtba合成的主要原理是：mtsc与特戊酰氯反应合成mtba分为两阶段，第一阶段为mtsc与特戊酰氯进行亲核取代反应生成4-甲基-1-三甲基乙酰基-3-氨基硫脲(简称“酰肼”)，第二阶段是酰肼在特戊酰氯的作用下脱水、环合生成2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑盐酸盐(简称“噻二唑盐酸盐”)。mtba的后处理：将噻二唑盐酸盐的溶液冷却、过滤，滤饼加入到甲苯类溶剂中，升温至50℃～80℃后用液碱中和、分出水相，有机相经回流分水、脱溶得到2-甲氨基-5-叔丁基-1,3,4-噻二唑。

13、mtba的合成过程涉及3个物质的转换：硫脲-酰肼-噻二唑盐酸盐，并有以下特征：①硫脲颗粒大、酰肼是松散轻质(棉花状)的物质、噻二唑盐酸盐是细颗粒物质；②第一阶段反应(生成酰肼)的速度大于第二阶段反应(生成噻二唑盐酸盐)的速度；③硫脲、酰肼、噻二唑盐酸盐在有机溶剂中溶解性差。因此，随着反应的进行，反应体系会越来越粘稠，最后导致传质、传热效果变差，出现搅拌失效、飞温的现象，如果应用于工业生产，将会造成冲料、爆炸等安全事故。本发明通过加入脱水反应催化剂，加速第二阶段反应，使反应体系中酰肼的存在量变小，同时通过一次性加入足量的特戊酰氯，保证第一阶段之后第二阶段反应顺利的进行，从而避免了反应体系会越来越粘稠的情况，也不会出现搅拌失效、飞温的现象。

14、与现有技术相比，本发明的优点在于：

15、(1)本发明的方法工艺安全、流畅，操作简单，成效明显。通过加入脱水反应催化剂，加速第二阶段反应，使反应体系中酰肼的存在量变小，同时通过一次性加入足量的特戊酰氯，保证第一阶段之后第二阶段反应顺利的进行，从而避免了反应体系会越来越粘稠，也不会出现搅拌失效、飞温的现象。

16、(2)本发明采用特戊酰氯为脱水剂，减少了废水的量，收率提高至98.13％～99.26％，并使生产成本得以降低，达到了提升企业经济效益和社会效益的目标。

17、(3)本发明采用甲苯类溶剂作为反应溶剂和后处理溶剂，后处理过程中的有机相经回流分水、脱溶得到mtba，在实际生产中有机相经回流分水后的mtba溶液不用脱溶，可直接用于丁噻隆原药的合成。