Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения гербицида трифлусульфурон-метила

Изобретение относится к области получения пестицидов, более конкретно - к способу получения метил 2-[4-диметиламино-6-(2,2,2-трифторэтокси)-1,3,5-триазин-2-иламинокарбониламиносульфонил]-3-метилбензоата (трифлусульфурон-метила I, далее по тексту - ТФСМ) (регистрационный номер CAS [126535-15-7]). Это соединение является системным послевсходовым гербицидом из класса сульфонилмочевин и применяется в сельском хозяйстве для борьбы с однолетними и многолетними широколистными сорняками на посевах сахарной свеклы и др. (см., напр., Modern Crop Protection Compounds, Edited by Jeschke P. et al., 3rd Ed., Vol.1: Herbicides. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2019, p. 61). ТФСМ был разработан и представлен на рынке компанией «Дюпон де Немур энд Компани» в середине 1990-х годов (патенты США № 5157119 А, № 5550238 А).

Синтез ТФСМ является многостадийным процессом, при этом ключевой его стадией, в ходе которой необходимо и возможно контролировать качество целевого технического продукта, является последняя стадия, завершающаяся его образованием. В промышленности ее осуществляют путем взаимодействия метил 2-(хлорсульфонил)-3-метилбензоата (II) с цианатом щелочного металла или аммония и 2-амино-4-диметиламино-6-(2,2,2-трифторэтокси)триазином-1,3,5 (III) в присутствии основания, в качестве которого используют пиридин или его производные или третичные амины в органическом растворителе, таком как ацетонитрил, пропионитрил, дихлорметан, 1,4-диоксан и др. (см. схему 1). После реакции ТФСМ выделяют, подкисляя образовавшуюся реакционную смесь и разбавляя ее водой, с последующей фильтрацией полученного осадка, его промывкой водой и метанолом с дальнейшим высушиванием при температуре 40-60°С на воздухе или при пониженном давлении. Получают технический ТФСМ с выходом 65-89% и чистотой 97,2-98,7% по данным ВЭЖХ (патенты США № 5157119 А, № 5550238 А; патент КНР № 102250028 В).

Схема 1.

Полученный таким образом ТФСМ может быть дополнительно очищен от примесей путем его промывки или перекристаллизации с использованием различных органических растворителей, воды или их смесей. Однако при промышленном производстве используют его обработку метилатом натрия в метаноле, в результате которой образуется соль I × Na (см. схему 2), которую фильтруют, промывают и высушивают, получая ее с выходом 86% и чистотой 99,6% по данным ВЭЖХ (патент США № 5157119 А). Очищенный ТФСМ получают обработкой этой соли I × Na кислотой.

Схема 2.

При отработке технологии производства технического ТФСМ, используя схему 1 в качестве прототипа, было выяснено, что, несмотря на высокую чистоту получаемого ТФСМ непосредственно после реакции 97,2-98,7% (качественный анализ по данным ВЭЖХ методом простой нормировки, далее по тексту - кач. ВЭЖХ), его количественное содержание составляло 93,0-94,5% (количественный анализ методом ВЭЖХ с использованием стандартного образца ТФСМ, далее по тексту - кол. ВЭЖХ), что оказалось ниже требуемого для дальнейшего применения содержания ≥95,0%. Таким образом, полученный после реакции ТФСМ требовал дальнейшей очистки, для которой в качестве прототипа был опробован способ, также представленный в патенте США № 5157119 А (см. схему 2).

Использование этого способа привело к получению очищенного ТФСМ с выходом 84%, чистотой 99,7% (кач. ВЭЖХ) и количественным содержанием 98,5% (кол. ВЭЖХ). Однако вместе с этим были выявлены недостатки этого подхода при промышленном его применении, заключающиеся в необходимости а) осуществления 2-х химических стадий, реализация которых, среди прочего, требует работу в атмосфере инертного газа без доступа влаги и воздуха, две операции фильтрации и две операции сушки (для соли I × Na и целевого ТФСМ), что усложняет процесс и удлиняет его во времени, т.е. снижает его экономические показатели; б) использования раствора метилата натрия в метаноле, который является едким веществом и легковоспламеняющейся ядовитой жидкостью, чувствительной к влаге и воздуху, т.е. процесс очистки требует соблюдения специальных мер промышленной и противопожарной безопасности.

Задачей предлагаемого технического решения является улучшение технико-экономических показателей технологического процесса производства ТФСМ за счет применения нового метода его очистки в ходе синтеза, позволяющего получать продукт высокого качества с хорошим выходом.

Техническим результатом является а) упрощение стадии очистки ТФСМ в ходе его получения и сокращение ее продолжительности за счет существенного снижения количества требуемых технологических операций, и, как следствие, повышение технико-экономических показателей процесса в целом; б) смягчение требований промышленной и противопожарной безопасности при ее осуществлении за счет исключения использования опасного в обращении раствора метилата натрия в метаноле; в) получение на этой стадии очищенного ТФСМ с выходом до 92% и количественным содержанием до 98,8% в зависимости от условий проведения процесса.

Технический результат достигается за счет использования способа получения гербицида трифлусульфурон-метила, включающего взаимодействие метил 2-(хлорсульфонил)-3-метилбензоата, цианата натрия, пиридина и 2-амино-4-диметиламино-6-(2,2,2-трифторэтокси)триазина-1,3,5 в ацетонитриле в качестве растворителя с последующим его выделением после реакции и очисткой, которую осуществляют путем выдержки полученного трифлусульфурон-метила в смеси воды и низшего спирта в присутствии неорганической кислоты при температуре 10-30°С в течение 1-3 ч с последующим выделением чистого целевого продукта.

При этом концентрация низшего спирта в смеси с водой составляет от 10 до 90 об. %; в качестве низшего спирта используют метанол, этанол, пропанол или изопропанол; в качестве неорганической кислоты используют соляную, серную или фосфорную кислоту.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1 (сравнительный по прототипу, см. схемы 1,2).

Синтез исходного технического ТФСМ, использованного в работе, проводили согласно способу, представленному на схеме 1. В синтезе использовали метил 2-(хлорсульфонил)-3-метилбензоат (II) (550,0 г, 2,2 моль), цианат натрия (236,2 г, 3,6 моль), пиридин (427,1 г, 5,4 моль), 2-амино-4-диметиламино-6-(2,2,2-трифторэтокси)триазин-1,3,5 (III) (374,7 г, 1,6 моль) и ацетонитрил в качестве растворителя. Получают 662,0 г (85% в расчете на III) ТФСМ в виде белого порошка с т.пл. 159-162°С, чистотой 98,7% (кач. ВЭЖХ) и количественным содержанием 94,5% (кол. ВЭЖХ); масс-спектр (APCI): [М+Н]⁺: 493,4. Дальнейшую очистку полученного ТФСМ проводили по схеме 2 (см. схему 3):

Схема 3.

В высушенный и продутый азотом реактор помещают полученный после реакции ТФСМ (100 г, 0,2 моль) и добавляют безводный метанол (1,0 л). К образовавшейся суспензии при перемешивании и комнатной температуре дозируют 25%-ный раствор метилата натрия в метаноле (50 г, 0,23 моль). Постепенно образуется гомогенный раствор, из которого через 5-10 мин выпадает объемный осадок соли I × Na. Перемешивание продолжают еще 1-2 ч, после чего суспензию фильтруют и осадок на фильтре промывают метанолом и высушивают на воздухе при температуре 40-45°С до постоянной массы. Получают 94,0 г (90%) соли I × Na, которую помещают в реактор, добавляют метанол (900 мл) и к полученной смеси при перемешивании при комнатной температуре дозируют конц. соляную кислоту, прекращая ее подачу в момент достижения смесью рН 3-4. Через 1 ч полученную суспензию фильтруют, осадок на фильтре промывают метанолом и высушивают на воздухе при температуре 40-45°С до постоянной массы. Получают 83,7 г (84% на 2 стадии) очищенного ТФСМ в виде белого порошка с чистотой 99,7% (кач. ВЭЖХ) и количественным содержанием 98,5% (кол. ВЭЖХ).

Пример 2 (предлагаемый способ, см. схему 4, примеры 2-6).

Схема 4.

В примерах 2-6 на стадии очистки был использован технический ТФСМ, полученный аналогично примеру 1 и имеющий те же исходные характеристики.

В реактор помещают полученный после реакции ТФСМ (100 г, 0,2 моль), добавляют смесь метанола и воды (500 мл, 30:70 об. %, соответственно) и к образовавшейся суспензии при перемешивании и комнатной температуре добавляют конц. соляную кислоту (1,2 г, 11,8 ммоль). Через 1-2 ч содержимое реактора фильтруют, осадок на фильтре промывают водой и метанолом и высушивают на воздухе при температуре 40-45°С до постоянной массы. Получают 92,2 г (92%) очищенного ТФСМ в виде белого порошка с чистотой 99,8% (кач. ВЭЖХ) и количественным содержанием 98,8% (кол. ВЭЖХ).

Пример 3.

Способ очистки ТФСМ осуществлялся аналогично примеру 2. Отличие состояло в использовании смеси этанола и воды (400 мл, 40:60 об. %, соответственно) вместо смеси метанола и воды, конц. серной кислоты (0,3 г, 3,0 ммоль) вместо конц. соляной кислоты и температуры 10-15°С вместо комнатной температуры. Получают 90,9 г (91%) очищенного ТФСМ в виде белого порошка с чистотой 99,6% (кач. ВЭЖХ) и количественным содержанием 98,4% (кол. ВЭЖХ).

Пример 4.

Способ очистки ТФСМ осуществлялся аналогично примеру 2. Отличие состояло в использовании смеси изопропанола и воды (700 мл, 50:50 об. %, соответственно) вместо смеси метанола и воды, 85%-ной фосфорной кислоты (0,9 г, 8,1 ммоль) вместо конц. соляной кислоты и сушке сырого ТФСМ при пониженном давлении (100-150 мм.рт.ст.) при температуре 40-45°С до постоянной массы. Получают 89,0 г (89%) очищенного ТФСМ в виде белого порошка с чистотой 99,1% (кач. ВЭЖХ) и количественным содержанием 97,3% (кол. ВЭЖХ).

Пример 5.

Способ очистки ТФСМ осуществлялся аналогично примеру 2. Отличие состояло в использовании смеси пропанола и воды (500 мл, 10:90 об. %, соответственно) вместо смеси метанола и воды и сушке сырого ТФСМ при пониженном давлении (100-150 мм.рт.ст.) при температуре 40-45°С до постоянной массы. Получают 90,1 г (90%) очищенного ТФСМ в виде белого порошка с чистотой 99,3% (кач. ВЭЖХ) и количественным содержанием 97,8% (кол. ВЭЖХ).

Пример 6.

Способ очистки ТФСМ осуществлялся аналогично примеру 2. Отличие состояло в использовании смеси метанола и воды (350 мл, 90:10 об. %, соответственно) вместо смеси метанола и воды (500 мл, 30:70 об. %, соответственно), 85%-ной фосфорной кислоты вместо конц. соляной кислоты и времени перемешивания 3 ч. Получают 90,5 г (91%) очищенного ТФСМ в виде белого порошка с чистотой 99,4% (кач. ВЭЖХ) и количественным содержанием 98,2% (кол. ВЭЖХ).

В результате использования предлагаемого способа получения ТФСМ удается: а) упростить стадию очистки ТФСМ при его получении и сократить ее продолжительность за счет существенного снижения количества требуемых технологических операций, и, как следствие, повысить технико-экономические показатели процесса в целом; б) смягчить требования промышленной и противопожарной безопасности при ее осуществлении за счет исключения использования опасного в обращении раствора метилата натрия в метаноле; в) получить на этой стадии очищенный ТФСМ с выходом до 92% и количественным содержанием до 98,8% в зависимости от условий проведения процесса.