一种氰基丙烯酸酯类化合物的合成方法
技术领域
本发明属于化合物合成领域，具体地涉及到一种2-氰基-3-氨基丙烯酸酯类化合物的合成方法。
背景技术
氰基丙烯酸酯类化合物在生命科学领域有着重要的应用，其中2-氰基-3-氨基-3-苯基丙烯酸酯类衍生物作为农药杀菌剂，在防治小麦赤霉病、水稻恶苗病上有着优异的防治效果。
合成2-氰基-3-氨基丙烯酸酯的方法主要有如下几个方法：
方法一(J.Am.Chem.Soc..1943，40，388～390)：
以脒与氰乙酸酯缩合制得，氰乙酸酯与脒反应生成两种产物，其中目标产物收率只有 28％，方法收率很低，难以提纯，反应式如下：
y＝28％
其中R2为C1～C6烷基。
方法二(Bull Soc Chim.Fr.(1-2，Pt.2)1976，177～83(Fr))：
以各种(取代)硫代苯甲酰与2-溴代氰乙酸酯直接反应制备，本方法原料难得，反应方程式如下：
其中R2为C1～C6烷基；
方法三(J.Prakt.Chem.Chemie 1983，325(5)，876～9)：
首先以3-苯基-2-氰基丙烯酸酯与亚磷酸三乙酯加成，然后经溴化、消除，最后与氨水 反应制备，本方法步骤多，成本高。反应方程式如下：
其中R2为C1～C6烷基。
方法四(J.Org.Chem.，1973，33(13)，2287～2290)：
首先以3-苯基-氰基丙烯酸酯与氯气加成生成2，3-二氯-3-苯基-2-氰基丙烯酸酯(IV)，
再在缚酸剂存在下或高温下消除反应得到3-氯-3-苯基-2-氰基丙烯酸酯(V)，最后与氨水
制得目标产物。本方法需要在高温下进行，在采用该法合成时，在化合物IV裂解成化合物
V时，收率很低，产品大部分是副产品2-氯3-苯基丙烯腈。反应方程式如下：
其中R2为C1～C6烷基。
方法五：(Synthetic Communications.1993，23(16)2293～2302)
以乙酸乙酯做为溶剂，在回流条件下，3-氨基-3-苯基丙烯腈与光气反应，生成中间体
3-氨基-3-苯基丙烯酰氯(VI)，然后再和C1～C6脂肪醇反应生成目标化合物。该方法原料
3-氨基-3-苯基丙烯腈难得，难以进行3-氨基-3-苯基-氰基丙烯酸酯类化合物中3-氨基系列
取代。反应方程式如下：
其中R2为C1～C6烷基。
方法六：(Synthetic Communications.1996，26(19)3549～3557；US4781750)
各种取代的苯甲酰氯与氰乙酸酯在碱(比如乙醇镁、乙醇钠或三乙胺等)存在下反应得到中间体3-羟基-3-取代苯基-2-氰基丙烯酸酯(VII)，若用三乙胺做为缚酸剂时，取代苯甲酰氯必须含有强的吸电子基团，如硝基、氰基等基团才能反应。3-羟基-3-取代苯基-2-氰基丙烯酸酯(VII)经三氯氧磷氯化得到3-氯-3-取代苯基-2-氰基丙烯酸酯(VIII)，随后化 合物VIII与氨水反应生成目标产物，反应方程式如下：
。
方法七， （Journal of the Chemical Society, 1943, p. 388
在文献中，虽然收率不高，但是给出了苯甲亚氨酸乙酯与氰乙酸乙酯在乙醇中缩合制备3-氨基-2-氰基-3-苯基丙烯酸酯的合成方案。受上述文献启发，江苏省农药研究所CN200810235717.9在溶剂中用有机碱催化下制备出氰烯菌酯，在201910146018.5中合成了吡啶基化合物。不仅提高了收率，还实现了并实现了工业化生产，
反应式如下：
。
虽然方法七的技术方案具有一定的优势，但是方法七所用的合成方法都是在有机溶剂中进行，而一般有机溶剂都对于人的健康和环境有潜在的风险，而且生产的产能也会受到限制。
发明内容
发明人经过研究发现，氰基丙烯酸酯可以通过亚氨酸酯与氰乙酸酯直接反应制备而不需要溶剂，虽然在反应过程中产生了产品氰基丙烯酸酯为固体，但是通过将反应温度升高到产物熔点之上的时候，不仅可以使得反应继续进行反而解决了产品晶核中包杂未反应原料的问题，更为主要的是在熔融状态下可以通过高真空减压脱除生成的小分子化合物使反应正向进行。从而具有如下优点：1）节约了有机溶剂，避免了有机溶剂对于人体潜在危害和环境的污染；2）提高了生产效率。
本发明是按照如下的技术方案实施：
一种氰基丙烯酸酯合成方法，包括如下反应过程：化合物(1)与化合物（２）反应制备化合物（３），其特征为：反应过程不使用溶剂，在熔融状态下进行，
R1选自： C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C3-C6环烷基、芳香基、C3-C10杂环基，C3-C10杂芳环基；
R2选自C1-C6烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C3-C6环烷基，化合物（1）和化合物（2）的基团完全相同。
作为本发明氰基丙烯酸酯合成方法的一个优选方案，其中R1可以用以下一个或者多个基团任意取代：氢、卤素、NO2、C1-C4烷基、C2-C4烯基、C2-C4炔基、C3-C6环烷基、C1-C4卤烷基、C2-C4卤烯基、C2-C4卤炔基、C3-C6卤环烷基，C1-C6烷氧基、C1-C4烷氨基、C1-C4卤烷氧基、C1-C4烷硫基、C1-C4烷基亚磺酰基、C1-C4烷基磺酰基，C2-C6烷氧羰基、C2-C6烷基羰基、C3-C6(烷基)环烷氨基、C2-C6烷氨基羰基、C1-C6烷氧基羰基氨基、C2-C8二烷氨基、C3-C6环烷基氨基、C3-C8二烷氨基羰基、C3-C6三烷基甲硅烷基、苯基、苯氧基、苄基和卤代苯基。
由于3-氨基-3-苯基-2-氰基丙烯酸乙酯具有巨大应用价值，作为本发明氰基丙烯酸酯合成方法一个进一步的优选方案，R1为苯环，R2为乙基。
为了使得反应加快进行，作为本发明氰基丙烯酸酯合成方法的另一个优选方案，在反应体系中加入催化剂促进反应进行。这些催化剂为有机碱，尤其是叔胺类有机碱，选自：三乙胺、三正丙胺、吡啶、2-甲基吡啶、4-二甲氨基吡啶、N，N’-二甲基苯胺的一种或者两种以上。
一般而言，为了反应顺利进行，作为本发明氰基丙烯酸酯合成方法的另一个优选方案，最终的反应温度控制在目标产物的熔融温度之上进行。但是过高的反应温度会加快副反应的发生，本发明的反应过程必然会产生三取代的均三嗪类副产物，因此在反应初期控制反应初始温度在60-100℃左右，最终温度在反应混合物熔融温度之上10-80℃下进行，优选20-40℃。
由于没有溶剂而且反应产物的熔点和沸点都比较高，作为本发明氰基丙烯酸酯合成方法的又一个优选方案，通过真空脱除副产物促进反应向产物进行。这一优点在常用有机溶剂的化学反应通常都不具备。
亚氨酸酯是本反应的关键中间体，制备亚氨酸酯的方法一般用腈类中间体在干燥的氯化氢存在下在溶剂中与醇反应制备，得到亚氨酸酯盐酸盐，通过过滤或者不过滤直接用碱中和得到亚氨酸酯，这些亚氨酸酯精制或者直接进行下一步反应。对于在植物保护领域具有巨大应用价值的3-氨基-3-苯基-2-氰基丙烯酸乙酯合成，本发明提供了苯甲酰胺与硫酸二乙酯在溶剂中缩合制备苯基甲亚氨酸乙酯的技术方案。
有益效果：本发明合成氰基丙烯酸酯的方法由于采用了熔融态进行反应，没有使用有机溶剂，降低或者消除了传统有机溶剂对于人员健康的危害以及生态环境污染，同时大大提高了设备使用率，提高了生产效率。
具体实施方式
下面结合实施例对于本发明进一步说明，但是不应该认为本发明仅仅局限于实施例的范围。
实施例-1:
步骤一、
反应式：
操作过程：苯基甲亚氨酸乙酯的合成参照文献J.hetercyclic.Chem.33. 1903（1996）相关内容进行。操作过程：在5-10℃下，150g氯化氢气体以鼓泡形式进入到约4.0摩尔苯腈、8.0摩尔乙醇的2000毫升甲苯的溶液中。并在室温下（25℃）搅拌20小时，过滤出白色固体。该白色固体溶于3000毫升无水乙醇并用三乙胺中和到PH值7-8.5，减压蒸干溶剂，过滤出三乙胺盐酸盐，用200ml二氯甲烷洗涤滤饼3次，合并滤液和洗涤液减压脱除二氯甲烷和部分乙醇，剩余油状物减压蒸馏，在2mmhg截取102-104℃馏分得到525.0g苯甲亚氨基乙酯，纯度GC分析98%。
操作过程：在装有机械搅拌、温度计的冷凝器的四口玻璃瓶中，加入苯基甲亚氨酸乙酯149g（1.0mol）、113g氰乙酸乙酯（1.0mol），升温到80℃，并在此温度下反应2小时，然后升温到100℃，并在此温度保温2小时，然后再升温到120℃，继续保温8小时，然后继续升温到140℃，再继续保温2小时，同时在此温度下3mmHg下负压脱除反应产生的乙醇。用GC跟踪，待苯基甲亚氨酸乙酯含量小于0.5%,倾出反应产物，熔融下压滤得到3-氨基-3-苯基-2氰基丙烯酸乙酯198g（含量95%，GC），过滤出三苯基均三嗪3.50g纯度95%（HPLC）。
实施例2：
步骤一、
反应式：
操作过程：在装有机械搅拌、温度计、回流冷凝器的四口瓶中加入苯甲酰胺121g（1.0mol），硫酸二乙酯169.4g（1.10mol），甲苯860g。升温到110-120℃回流反应4小时，降温到25℃。用5%氢氧化钠溶液中和到PH值7.0-8.5,分相，有机层用无水硫酸钠25g干燥。脱除甲苯后，减压蒸馏在2mmHg下截取104-105℃的馏分，得到苯甲亚氨酸乙酯130g，纯度GC分析98%。
步骤二
反应式：
操作过程：在装有机械搅拌、温度计的冷凝器的四口玻璃瓶中，加入苯基甲亚氨酸乙酯149g（1.0mol）、113g氰乙酸乙酯（1.0mol），DMAP（4-二甲氨基吡啶）0.1g升温到80℃，并在此温度下反应2小时，然后升温到100℃，并在此温度保温2小时，然后再升温到120℃，继续保温2小时，然后继续升温到140℃，再继续保温2小时，3mmHg下负压脱除反应产生的乙醇。用GC跟踪，待苯基甲亚氨酸乙酯含量小于0.5%,倾出反应产物，熔融下过滤得到3-氨基-3-苯基-2氰基丙烯酸乙酯210g，不溶物为2.3g三苯基均三嗪（HPLC），3-氨基-3-苯基-2氰基丙烯酸乙酯纯度95%（GC）。
实施例3
步骤一
反应式：
操作过程：苯基甲亚氨酸乙酯的合成参照文献J.hetercyclic.Chem.33. 1903（1996）相关内容进行。在5-10℃下，150g氯化氢气体以鼓泡形式进入到约4.0摩尔苯腈、8.0摩尔乙醇的2000毫升甲苯的溶液中。并在该室温下（25℃）搅拌20小时，得到过滤出白色固体。加入10%碳酸钠溶液中和至PH值7.0-8.5，分相，有机层用（1%）碳酸氢钠洗涤3次，用50g无水硫酸钠干燥，过滤出硫酸钠晶体，在80℃,0.98真空度下脱除甲苯，得到苯甲氨酸乙酯586g，（含量93%，气相色谱定量分析）
步骤二
操作过程：在装有机械搅拌、温度计的冷凝器的四口玻璃瓶中，加入上述含有苯基甲亚氨酸乙酯149g（1.0mol）的有机物、113g氰乙酸乙酯（1.0mol），三乙胺0.1g升温到80℃，并在此温度下反应2小时，然后升温到100℃，并在此温度保温2小时，然后再升温到120℃，继续保温2小时，然后继续升温到140℃，再继续保温2小时，3mmHg下负压脱除反应产生的乙醇以及少量的甲苯。用GC跟踪，待苯基甲亚氨酸乙酯含量小于0.5%,倾出反应产物，得到3-氨基-3-苯基-2氰基丙烯酸乙酯208g（GC），3.7g三苯基均三嗪纯度95%（HPLC）。
实施例4
步骤一按照实施例3所述的操作过程。
步骤二
反应式：
操作过程：在装有机械搅拌、温度计的冷凝器的四口玻璃瓶中，加入步骤一制备的含有苯基甲亚氨酸乙酯149g（1.0mol）的有机物、113g氰乙酸乙酯（1.0mol），三乙胺0.1g升温到140℃，并在此温度下反应2小时，继续保温4小时，同时在3mmHg下负压脱除反应产生的乙醇以及少量的甲苯。用GC跟踪，待苯基甲亚氨酸乙酯含量小于0.5%,倾出反应产物，得到3-氨基-3-苯基-2氰基丙烯酸乙酯。
实施例5
步骤一、
反应式：
操作过程：4-甲基苯基甲亚氨酸乙酯的合成参照文献J.hetercyclic.Chem.33.1903（1996）相关内容进行。在5-10℃下，150g氯化氢气体以鼓泡形式进入到约4.0摩尔4-甲基苯腈、8.0摩尔乙醇的2000毫升甲苯的溶液中。并在该室温下（25℃）搅拌20小时，得到过滤出白色固体。加入10%碳酸钠溶液中和至PH值7.0-8.5，分相，有机层用（1%）碳酸氢钠洗涤3次，用50g无水硫酸钠干燥，过滤出硫酸钠晶体，在80℃,0.98真空度下脱除甲苯，得到4-甲基苯甲氨酸乙酯586g，（过程含量93%，气相色谱定量分析）
步骤二、
操作过程：在装有机械搅拌、温度计的冷凝器的四口玻璃瓶中，加入上述含有4-甲基苯基甲亚氨酸乙酯163g（1.0mol）的有机物、113g氰乙酸乙酯（1.0mol），三乙胺0.1g升温到80℃，并在此温度下反应2小时，然后升温到100℃，并在此温度保温2小时，然后再升温到120℃，继续保温2小时，然后继续升温到140℃，再继续保温2小时，同时在此温度下3mmHg负压脱除反应产生的乙醇以及少量的甲苯。用GC跟踪，待苯基甲亚氨酸乙酯含量小于0.5%,倾出反应产物，得到3-氨基-3-苯基-2氰基丙烯酸乙酯212g（熔点120℃），3.7g三（4-甲基）苯基均三嗪纯度95%（HPLC分析）。
实施例6
步骤一、
反应式：
操作过程：4-氯苯基甲亚氨酸乙酯的合成参照文献J.hetercyclic.Chem.33.1903（1996）相关内容进行。在5-10℃下，150g氯化氢气体以鼓泡形式进入到约4.0摩尔4-甲基苯腈、8.0摩尔乙醇的2000毫升甲苯的溶液中。并在该室温下（25℃）搅拌20小时，得到过滤出白色固体。加入10%碳酸钠溶液中和至PH值7.0-8.5，分相，有机层用（1%）碳酸氢钠洗涤3次，用50g无水硫酸钠干燥，过滤出硫酸钠晶体，在80℃,0.98真空度下脱除甲苯，得到4-氯苯甲氨酸乙酯602g，（含量93%，气相色谱定量分析）
步骤二、
操作过程：在装有机械搅拌、温度计的冷凝器的四口玻璃瓶中，加入上述含有4-甲基苯基甲亚氨酸乙酯183.5g（1.0mol）的有机物、113g氰乙酸乙酯（1.0mol），三乙胺0.1g升温到80℃，并在此温度下反应2小时，然后升温到100℃，并在此温度保温2小时，然后再升温到120℃，继续保温2小时，然后继续升温到140℃，再继续保温2小时，3mmHg下负压脱除反应产生的乙醇以及少量的甲苯。用GC跟踪，待苯基甲亚氨酸乙酯含量小于0.5%,倾出反应产物，得到3-氨基-3-苯基-2氰基丙烯酸乙酯215g（熔点127-129℃），3.7g三（4-氯）苯基均三嗪纯度95%（HPLC分析）。
实施例7
步骤一、
反应式：
操作过程：乙亚氨酸乙酯的合成参照文献J.hetercyclic.Chem.33. 1903（1996）相关内容进行。在5-10℃下，150g氯化氢气体以鼓泡形式进入到约4.0摩尔乙腈、8.0摩尔异丙醇的2000毫升甲苯的溶液中。并在该室温下（25℃）搅拌20小时，得到过滤出白色固体。加入10%碳酸钠溶液中和至PH值7.0-8.5，分相，有机层用（1%）碳酸氢钠洗涤3次，用50g无水硫酸钠干燥，过滤出硫酸钠晶体，在80℃,0.98真空度下脱除甲苯，得到乙亚氨酸异丙酯302g（含量93%，气相色谱定量分析）
步骤二、
操作过程：在装有机械搅拌、温度计的冷凝器的四口玻璃瓶中，加入上述含有乙亚氨酸乙酯101g（1.0mol）的有机物、113g氰乙酸乙酯（1.0mol），三乙胺0.1g升温到80℃，并在此温度下反应2小时，然后升温到100℃，并在此温度保温2小时，然后再升温到120℃，继续保温4小时，，再继续保温2小时，在0.98真空度下负压脱除反应产生的乙醇以及少量的甲苯。用GC跟踪，待乙亚氨酸乙酯含量小于0.5%,倾出反应产物，得到3-氨基-3-苯基-2氰基丙烯酸乙酯215g（熔点127-129℃），3.7g三（4-氯）苯基均三嗪纯度95%。
对照例1
步骤一按照实施例1步骤1的反应过程制备
步骤二、
反应式：
操作过程：在装有机械搅拌、温度计的冷凝器的四口玻璃瓶中，加入上述含有苯基甲亚氨酸乙酯149g（1.0mol）的有机物、113g氰乙酸乙酯（1.0mol），2000ml甲苯，三乙胺0.1g，升温到80℃，并在此温度下反应2小时，然后升温到100℃，并在此温度保温2小时，然后再升温到110℃，继续回流８小时，用GC跟踪，苯基甲亚氨酸乙酯的转化率一般在90%左右，降低到0-5℃，得到3-氨基-3-苯基-2氰基丙烯酸乙酯165g。
对照例2
步骤一按照实施例1步骤1的反应过程，
步骤二、
反应式：
操作过程：在装有机械搅拌、温度计的冷凝器的四口玻璃瓶中，加入上述含有苯基甲亚氨酸乙酯149g（1.0mol）的有机物、99g氰乙酸甲酯（1.0mol），三乙胺0.1g升温到80℃，并在此温度下反应2小时，然后升温到100℃，并在此温度保温2小时，然后再升温到110℃，继续保温2小时，然后继续升温到160℃，再继续保温2小时，用GC跟踪，苯基甲亚氨酸乙酯的转化率一般在95%左右，但是含有不定量的3-氨基-3-苯基-2氰基丙烯酸乙酯和3-氨基-3-苯基-2氰基丙烯酸乙酯(一般摩尔比在1:1上下波动）左右每次的反应结果都有不同。
对照例3
步骤一、
苯基甲亚氨酸甲酯参照文献J.hetercyclic.Chem.33. 1903（1996）相关内容制备，
步骤二、
反应式
在装有机械搅拌、温度计的冷凝器的四口玻璃瓶中，加入上述含有苯基甲亚氨酸甲酯135.0g（1.0mol）的有机物、113.0g氰乙酸乙酯（1.0mol），三乙胺0.1g升温到80℃，并在此温度下反应2小时，然后升温到100℃，并在此温度保温2小时，然后再升温到110℃，继续保温2小时，然后继续升温到160℃，再继续保温2小时，用GC跟踪，苯基甲亚氨酸乙酯的转化率一般在95%左右，但是含有不定量的3-氨基-3-苯基-2氰基丙烯酸乙酯和3-氨基-3-苯基-2氰基丙烯酸乙酯(一般摩尔比在1:1）左右每次的反应结果都有不同。
表格所示选择不同的原料采用类似的方法合成2-氰基丙烯酸酯。
实施例
化合物结构式
类似例
含量
熔点
收率（%）
8
5
95%
118-120℃
90%
9
5
93%
117-118℃
80%
10
5
92%
111-112℃
90%
11
5
91%
71-73℃
90%
12
5
90%
132-134℃
90%
13
5
95%
118-120℃
80%
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