无溶剂相转移催化制备2-羟乙基正辛基硫醚方法 【技术领域】
本发明属精细化学品合成技术领域，涉及有机硫醚的合成方法，尤其涉及到不对称硫醚的合成方法。更详细而言，本发明涉及2-羟乙基正辛基硫醚(避虫醇)合成方法。
背景技术
避虫醇是一种新型微毒(几近无毒)、高效的昆虫驱避剂，对蚊、蝇、爬虫、蚂蚁、臭虫等有高效驱避作用，可以在人员集中的办公室、餐馆、家庭、庭院中使用。此外，其也是一种常用的非离子表面活性剂，可作为抗磨损添加剂加到润滑油中，还是一种拮抗剂，用于农业中，以缓解除草剂引起的农作物严重畸形及发育迟。
目前，在我国关于避虫醇的合成尚未见文献报道，国外合成避虫醇的主要方法有还原反应，取代反应，交换反应以及加成反应法。
1还原反应
(1)单质溴还原【Derzhinskii A R，Chizhov O S，Prilezhaeva EN.Functional sulfur-containing compounds.Part 4.Synt-hesis ofchloro(bromo)alkyl sulfones by oxidative halogenation of hydroxyalkylsulfides and sulfoxides using hydrogen peroxide-halogen acid mixture[J].Izvestiya Ak ademii Nauk SSSR，Seriya，Khimich-eskaya，1982，(5)：1116-1123.】
Derzhinskii等用单质溴还原羟乙基正辛基亚砜制备避虫醇，反应方程式为：
该方法收率较低，仅为26％，且以羟乙基正辛基亚砜为原料，不易获得。用单质溴还原容易发生副反应，亚砜会被溴氧化生成羟乙基正辛基砜。
(2)LiAlH4法【Derzhinskii A R，Chizhov O S，Prilezhaeva E N.Oxidativechlorination of 2-hydroxyethyl alkyl sulfides and 2-hydroxyethyl alkylsulfoxides[J].Organosulfur Compounds，1977，(4)：775-778.】
A.R.Derzhinskii等以氢化铝锂为还原剂制备了避虫醇，反应式如下：
实验中以用三口烧瓶做反应容器，向含C8H17SCH2COOC2H5的无水乙醚溶液中逐滴加入LiAlH4的无水乙醚溶液，控制温度在5～10℃，然后加热煮沸40min。反应混合物先用MgSO4干燥，然后进行减压蒸馏即可得产品。该方法反应较简单，操作简便，条件也较温和。但原料不易获得，反应条件苛刻，且产品收率也很低。2取代反应【Sokobwski A.Chemical structure and thermodynamics ofamphiphile solutions.1.Solubility of alkylthiooligooxyethylene glycolsin water[J].The Journal of Physical Chemistry，1989，93(25)：8223-8226.】
Adam Sokolowski以正辛硫醇及2-氯乙醇为原料，在甲醇钠溶液中反应制备得到避虫醇，反应方程式如下：
在甲醇存在的条件下反应为均相反应，反应原料也容易获得，产品收率较高，但为使反应在均相中进行，要大量使用有机溶剂甲醇，溶剂回收耗能大、产物后处理和分离提纯不便。
3交换反应【Malievskii A D.Exchange reaction of oxiranes withβhydroxyalkyl sulfides，selenides，amines，and phosph-ines[J].RussianChemical Bulletin，2000，49(4)：579-587.】
该方法是以2-烷基羟乙基正辛基硫醚及环氧乙烷为原料制备避虫醇的，反应方程式如下：
R＝Me，Ph，CH2OPh
该法的特点是除避虫醇及环氧化合物无副产物生成，反应一般在高压釜中进行，以氯苯为溶剂，反应温度一般为150℃，无热效应。不过由于该反应是可逆反应，故原料反应不完全，反应属高温高压反应，不能满足国家节能减排的要求。而且使用的原料硫醚也不易获得。
4加成反应
(1)1-辛烯法【Hiroaki K，Izumi T.Preparation of sulfides from olefinsand mercaptans[P].JP：2002121182，2002-04-23.】
该方法以1-辛烯及疏基乙醇在催化剂作用下合成了避虫醇。此方法的反应方程式如下：
研究者尝试了三种催化剂：三乙胺、甲醇钠、以及三甲基苄铵的氢氧化物水溶液对反应进行催化，结果发现三乙胺催化效果最好。该方法属于绿色经济型反应，但原料1-辛烯比较昂贵难以获得，在我国工业应用前景不大。
(2)环氧乙烷法【Chlebicki J，Cichacz Z.The kinetics of oxiranereaction with alkanethiols in the presence of basic catalysts[J].International Journal of Chemical Kinetics，1988，20(5)：387-395.】
环氧乙烷法就是以环氧乙烷及正辛硫醇为原料在金属钠作用下反应制得产物。反应方程式如下：
该方法的优点是原料来源广，容易获得，但此方法副产物较多，收率不高，而且使用金属钠危险性较高。
【发明内容】
本发明目的在于提供一种立足国内原料资源，无有机溶剂条件下合成避虫醇，达到生产成本低，反应条件温和，反应后，产品分离简便，节能降耗，从而建立一种合成避虫醇的可工业化的新工艺方法。
为实现本发明目的，本发明技术方案如下：以卤代正辛烷及巯基乙醇为主要原料，碱或碱式盐水溶液为反应水相，季铵盐为相转移催化剂，在无有机溶剂，常压下，30-70℃，反应4-10小时制备避虫醇。具体通过如下步骤实现：将碱或碱性盐和去离子水加入到反应体系中，搅拌溶解，通氮气保护；然后加入巯基乙醇及季铵盐催化剂，滴加卤代正辛烷，于常压下，30～70℃恒温搅拌4～10h，用气相色谱跟踪反应至原料不再转化；将反应混合物冷却，静置分层，水相经浓缩结晶，精制得溴化钠晶体，油相即为2-羟乙基正辛基硫醚粗品，2-羟乙基正辛基硫醚粗品经减压蒸馏得最终产品。卤代正辛烷与巯基乙醇摩尔比为0.6～1.2∶1；碱或碱性盐与巯基乙醇摩尔比为0.5～1.2∶1；季铵盐催化剂的摩尔数为巯基乙醇摩尔数的0.5％～4％；所述的季铵盐催化剂具有以下通式：
其中R1、R2、R3、R4各自独立是C1～C16直链烷基，总碳原子数在10～30之间，X为Br或Cl。优选R1、R2各自为C1～C8的直链烷基，R3、R4各自为C1～C16的直链烷基，总碳原子数在10～27之间。季铵盐催化剂更优选二丁基二甲基氯化铵、癸基三乙基溴化铵、己基三乙基溴化铵、甲基三丁基溴化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、辛基三乙基溴化铵、三辛基甲基氯化铵、四乙基氯化铵、三辛基丙基氯化铵、四丙基溴化铵、十二烷基三乙基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三乙基溴化铵。所用卤代正辛烷为溴代正辛烷或氯代正辛烷。所用碱或碱性盐为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾。
以CDCl3为溶剂，对合成的避虫醇产品进行1H-NMR分析，在NEXUS-470型傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪上对产品进行红外分析；合成地产品用GC-9800气相色谱测定其含量。
气相色谱条件如下：
色谱柱：Φ1μm(I.D.)×30m毛细管柱色SE-54；
载气：N2；检测器：FID；柱前压：0.05MPa；汽化室：280℃；检测器；280℃；程序升温：200℃保温4min，20℃/min，升温至260℃，保温5min后降温至200℃。
水相溴离子含量按HG/T 3811-2006方法分析。
本发明制备方法优点在于：1、以易于得到的卤代正辛烷及巯基乙醇为原料，降低了生产成本。2、无有机溶剂，不需要加入对人体有害、有毒的溶剂如氯仿、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、甲苯等，采用现代相转移技术，反应体系简单，反应温和，合成过程简便，反应在常温常压下进行，节能降耗，产品选择性好，无副产物。反应后自然分相，大大节省了产物分离成本，经过进一步的减压蒸馏可得到99.5％以上高纯度的避虫醇产品，优于目前的方法。本发明体系同样适用于加入有机溶剂的体系。3、水相主要副产物——溴化钠，经蒸发、浓缩、结晶得到有效回收，可达到工业级质量水平，进一步降低了生产成本，可实现工业化生产。
【具体实施方式】
为对本发明进行更好的说明，举实施例如下：
实施例一
将氢氧化钠0.07mol和去离子水加入到反应体系中，搅拌溶解，通氮气保护；然后加入巯基乙醇0.1mol及季铵盐催化剂十六烷基三甲基溴化铵0.0005mol，滴加溴代正辛烷0.06mol，于常压下，30℃恒温搅拌5h，将反应混合物冷却，静置分层，水相经浓缩结晶，精制得溴化钠晶体，油相即为2-羟乙基正辛基硫醚粗品，2-羟乙基正辛基硫醚粗品经减压蒸馏得最终产品。气相色谱分析，避虫醇收率89.7％。
实施例二
将氢氧化钠0.08mol和去离子水加入到反应体系中，搅拌溶解，通氮气保护；然后加入巯基乙醇0.1mol及季铵盐催化剂十六烷基三甲基氯化铵0.0015mol，滴加氯代正辛烷0.06mol，于常压下，65℃恒温搅拌9h，将反应混合物冷却，静置分层，水相经浓缩结晶，精制得溴化钠晶体，油相即为2-羟乙基正辛基硫醚粗品，2-羟乙基正辛基硫醚粗品经减压蒸馏得最终产品。气相色谱分析，避虫醇收率87.4％。
实施例三
将碳酸钠0.06mol和去离子水加入到反应体系中，搅拌溶解，通氮气保护；然后加入巯基乙醇0.1mol及季铵盐催化剂四丁基溴化铵0.003mol，滴加溴代正辛烷0.12mol，于常压下，60℃恒温搅拌4h，将反应混合物冷却，静置分层，水相经浓缩结晶，精制得溴化钠晶体，油相即为2-羟乙基正辛基硫醚粗品，2-羟乙基正辛基硫醚粗品经减压蒸馏得最终产品。气相色谱分析，减压蒸馏得避虫醇，避虫醇收率91.2％。
实施例四
实验步骤同上，实验条件及结果如下：巯基乙醇0.1mol，氯代正辛烷0.07mol，碳酸钠0.06mol，四丁基氯化铵0.0035mol，60℃，反应10h，反应后分离出油相，气相色谱分析，避虫醇收率90.9％。
实施例五
实验步骤同上，实验条件及结果如下：巯基乙醇0.1mol，溴代正辛烷0.08mol，氢氧化钾0.12mol，甲基三丁基溴化铵0.004mol，50℃，反应8h，反应后分离出油相，气相色谱分析避虫醇收率91.2％。
实施例六
实验步骤同上，实验条件及结果如下：巯基乙醇0.1mol，氯代正辛烷0.09mol，氢氧化钾0.12mol，二丁基二甲基氯化铵0.004mol，70℃，反应8h，反应后分离出油相，气相色谱分析，避虫醇收率84.3％。
实施例七
实验步骤同上，实验条件及结果如下：巯基乙醇0.1mol，溴代正辛烷0.1mol，氢氧化钠0.1mol，四丁基溴化铵0.002mol，50℃，反应7h，反应后分离出油相，气相色谱分析，避虫醇收率96.6％。
实施例八
实验步骤同上，实验条件及结果如下：巯基乙醇0.1mol，氯代正辛烷0.08mol两者摩尔比1∶0.8，氢氧化钠0.11mol，四丁基氯化铵0.002mol，55℃，反应10h，反应后分离出油相，气相色谱分析避虫醇收率93.6％。
实施例九
实验步骤同上，实验条件及结果如下：巯基乙醇0.1mol，溴代正辛烷0.11mol，碳酸钾0.05mol，辛基三乙基溴化铵0.0025mol，45℃，反应8h，反应后分离出油相，气相色谱分析，避虫醇收率92.3％。
实施例十
实验步骤同上，实验条件及结果如下：巯基乙醇0.1mol，氯代正辛烷0.1mol，碳酸钾0.06mol，三辛基甲基氯化铵0.0025mol，70℃，反应6h，反应后分离出油相，气相色谱分析，避虫醇收率89.5％。