高含量氟磺醚的合成工藝改進(jìn)

高含量氟磺醚的合成工藝改進(jìn)

氟磺酰胺是一種選擇性干旱劑。英文名稱為“fsafen”。商品名稱為虎威、北極、福草嶺、氟磺草等，化學(xué)名稱為5-[2氯仿-4]（三氟甲基）-硝基丙烯酸-2-硝基丙烯酸，結(jié)構(gòu)方法如下。作為一種含氟有機(jī)化合物，其具有較高的脂溶性和疏水性，對細(xì)胞組織有良好的滲透性能，具有活性高、殺草譜廣、毒性低、對作物安全的特點(diǎn)，主要用于果園、橡膠種植園及豆科作物田中一年生禾本科與闊葉雜草防除。由于國內(nèi)外客戶對原藥質(zhì)量要求的不斷提高，原有的95%原藥難以滿足市場需求，所以本文就如何在較低成本下合成98%以上的原藥生產(chǎn)工藝進(jìn)行探討。1合成氟丙烯酰胺草醚的合成合成氟磺胺草醚的工藝路線很多，經(jīng)過多年的工藝篩選和改進(jìn)，目前國內(nèi)基本上都采用了以間羥基苯甲酸和3,4-二氯三氟甲苯為起始原料，先合成中間體3-[2-氯-4-(三氟甲基)苯氧基]苯甲酸(簡稱縮合物)，再硝化制備三氟羧草醚，然后與甲基磺酰胺反應(yīng)合成氟磺胺草醚粗品，最后經(jīng)提純后成為高含量氟磺胺草醚原藥。2試驗(yàn)與討論2.1-二氯三氟甲苯溶液在縮合反應(yīng)器中加入定量的溶劑二甲亞砜、間羥基苯甲酸、氫氧化鉀、催化劑，攪拌升溫至110℃，保溫3h使其充分成鹽。冷卻至90℃以下后加入定量的3,4-二氯三氟甲苯，再升溫至130℃～150℃，保溫8h，隨后減壓脫除去溶劑，加入一定量水以溶解析出的固體。把料液冷卻至50℃以下，緩慢滴加入30%鹽酸，直至料液pH值達(dá)1～2之間，再經(jīng)過濾、水洗、烘干即得中間體縮合物。本工序操作穩(wěn)定，縮合物對3,4-二氯三氟甲苯收率達(dá)90%以上，干品含量大于90%。為了保證下一步縮合物更好的進(jìn)行硝化反應(yīng)，應(yīng)嚴(yán)格控制干品水份在1%以下。2.2濃硝酸鹽的滴定在裝有測溫、攪拌、冷凝管的500ml四口瓶中分別投入上步合成的縮合物105g,溶劑二氯甲烷210ml,攪拌下加入一定量的濃硝酸,用冰浴冷卻至5℃以下,緩慢滴加濃硫酸,滴完后繼續(xù)保溫6h。升溫脫除去二氯甲烷,加入200ml水,經(jīng)過濾、水洗、烘干即得產(chǎn)品三氟羧草醚。本工序是高含量氟磺胺草醚合成的關(guān)鍵工序之一，對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本有重要的影響。三氟羧草醚生產(chǎn)過程中因硝化副反應(yīng)的存在，主要產(chǎn)生2種同分異構(gòu)體。為了減少副反應(yīng)，提高中間體三氟羧草醚的含量與收率，從以下幾方面進(jìn)行硝化工藝探討。2.2.1反應(yīng)時(shí)間的影響硝化反應(yīng)是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，同時(shí)其反應(yīng)中生成的水又對濃硫酸產(chǎn)生稀釋作用而放熱，這些熱量使反應(yīng)體系溫度迅速上升。這一方面引起多硝化、氧化等副反應(yīng)，同時(shí)影響了異構(gòu)體的生成比例；另一方面將造成較大量的硝酸分解，產(chǎn)生NO2氣體。以摩爾比為縮合物∶硝酸∶硫酸=1∶1.4∶2.9，反應(yīng)時(shí)間6h，此條件下溫度對反應(yīng)的影響見表1。從表1可看出，反應(yīng)溫度對生成的三氟羧草醚含量和收率都有一定影響，為了得到較高含量中間體，以0℃～5℃反應(yīng)溫度較為合適。2.2.2硫酸用量及催化劑比對反應(yīng)的影響本硝化反應(yīng)是芳環(huán)上的親電取代反應(yīng)，且縮合物芳環(huán)上有吸電子取代基-COOH和-O-基團(tuán)，比較難硝化，所以硝酸與硫酸的配比對反應(yīng)影響很大。硝化反應(yīng)介質(zhì)中NO2+離子濃度的大小是硝化能力強(qiáng)弱的一個(gè)重要標(biāo)志,硝化能力太弱,會使反應(yīng)太慢,甚至反應(yīng)不完全,硝化能力太強(qiáng),雖然反應(yīng)快,但是容易發(fā)生多硝化副反應(yīng),并且會消耗太多硫酸。從(2)式可看出,縮合物帶來的水與反應(yīng)中生成的水,相當(dāng)于在反應(yīng)體系中加入了水,使HSO4-和H3O-離子增加,從而抑制NO2+離子的生成,因此尋找適宜的硫酸脫水值(D.V.S)和硝酸比成為關(guān)鍵。以硝酸比為1.35～1.45，反應(yīng)時(shí)間6h，反應(yīng)溫度為0℃～5℃，此試驗(yàn)條件下硫酸用量及硝酸比對反應(yīng)的影響見表2。從表2數(shù)據(jù)可看出在脫水值為10.4，硝酸比為1.4條件下，三氟羧草醚收率達(dá)91.1%，含量達(dá)85.9%，使反應(yīng)速度、產(chǎn)品含量和收率均達(dá)到較為理想的工藝狀況。2.2.3硫酸加作/加料方式的影響從(2)式可知，體系中的硫酸濃度會影響到NO2+離子濃度，也就影響了硝化速度和硝化能力。以摩爾配比為縮合物∶硝酸∶硫酸=1∶1.4∶2.9，反應(yīng)時(shí)間6h，反應(yīng)溫度為0℃～5℃，此試驗(yàn)條件下硫酸滴加時(shí)間及加料方式對反應(yīng)的影響見表3。從表3可看出硫酸與硝酸混合后滴加三氟羧草醚工藝平均收率為86.3%，含量為82.1%，而先加硝酸后滴加硫酸工藝平均收率為90.5%，含量為85%，明顯比混酸滴加工藝好。從硫酸滴加時(shí)間來看，保持在2h左右的滴加時(shí)間比較適宜，太短會影響到產(chǎn)品質(zhì)量。2.3?；磻?yīng)路線從三氟羧草醚合成氟磺胺草醚主要有2條路線，一條路線是三氟羧草醚先轉(zhuǎn)變成酰氯，然后在縛酸劑存在下與甲基磺酰胺反應(yīng)，另一條路線是采用適當(dāng)?shù)拿撍畡?，在沒有縛酸劑的存在下反應(yīng)一步完成。由于路線1的中間體酰氯需要分離和提純，而且使用了縛酸劑能引起二?；磻?yīng)，不適合生產(chǎn)高含量氟磺胺草醚；采用路線2，反應(yīng)一步完成，操作平穩(wěn)，反應(yīng)徹底，產(chǎn)物純度高。在裝有測溫、攪拌、冷凝管、玻璃分水器的500ml四口瓶中分別投入上步合成的三氟羧草醚127g，甲基磺酰胺30.6g，一定量的溶劑及催化劑，開啟真空系統(tǒng)，使反應(yīng)器處于微負(fù)壓狀態(tài)，在常溫下打漿0.5h，緩慢升溫至60℃。第1種脫水工藝是向反應(yīng)器中滴加一定量的三氯氧磷，滴加時(shí)保持溫度在80℃以下，加完后在80℃保溫3h。緩慢滴加250ml水后再升溫脫除去溶劑；第2種甲苯脫水工藝是連續(xù)升溫至回流，并不斷從回流甲苯中分出水，直至無水分出時(shí)，繼續(xù)保溫1h，脫去甲苯，經(jīng)過濾、水洗、烘干即得粗產(chǎn)品。2.3.1反應(yīng)時(shí)間及脫水效果根據(jù)羧酸N-酰化反應(yīng)通式：為了使平衡盡可能的向右移，必須采用增大反應(yīng)物的量或者把反應(yīng)生成的水移去。由于在本試驗(yàn)中的兩種反應(yīng)物價(jià)格較高，對于采用提高反應(yīng)物量來提高收率不經(jīng)濟(jì)，而且會影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，所以主要以后一種脫水的方式來提高反應(yīng)的收率。以摩爾配比為三氟羧草醚∶甲基磺酰胺∶三氯化磷=1∶1.05∶1.5，此試驗(yàn)條件下不同脫水工藝對反應(yīng)的影響見表4。從表4可看出，POCl3化學(xué)脫水明顯比甲苯共沸脫水效果好的多，而且反應(yīng)時(shí)間也比較短。這主要因?yàn)楸痉磻?yīng)是對胺類進(jìn)行?；挠H電取代反應(yīng)，由于三氟羧草醚分子結(jié)構(gòu)中的空間效應(yīng)以及苯環(huán)上的共軛效應(yīng)，使其?；磻?yīng)活性很弱，而且甲基磺酰胺分子結(jié)構(gòu)中又有強(qiáng)吸電子基團(tuán)-SO2，反應(yīng)要在較為強(qiáng)烈的條件下才能徹底進(jìn)行，本反應(yīng)采用POCl3做為脫水劑比較理想。2.3.2催化劑、溫度對反應(yīng)的影響為了在生產(chǎn)中加快反應(yīng)速度，提高生產(chǎn)效率，并使粗品含量得到較大幅度的提高，有利于高含量原藥的提純，在反應(yīng)中加入適量的催化劑，并對保溫溫度做了一定調(diào)整。以二氯乙烷為溶劑，摩爾配比為三氟羧草醚∶甲基磺酰胺∶催化劑=1∶1.05∶0.05，此試驗(yàn)條件下催化劑及溫度對反應(yīng)的影響見表5。從表5可看出，加入催化劑后收率明顯比沒加催化劑高，平均提高了5%以上，而且POCl3的投料量下降至原投料量的2/3，從而使原材料成本得到下降；粗品含量平均提高了15%，經(jīng)1次精制就能達(dá)98%以上的含量，這對提高原藥產(chǎn)量和降低原藥的生產(chǎn)成本起到重要的作用；反應(yīng)溫度升高3℃后反應(yīng)時(shí)間縮短了1h，提高了生產(chǎn)效率。2.4高含量成品的制備將上步合成的粗品與酒精定量投入精制反應(yīng)器，攪拌下升溫至回流，保溫1h后冷卻至30℃以下，結(jié)晶2h后出料，經(jīng)過濾、烘干即得98%高含量成品，提純收率在95%以上。3氟酰胺草醚的合成工藝優(yōu)化三氟羧草醚合成中，在0℃～5℃下，硫酸脫水值為10.4，硝酸比為1.4，硫酸滴加時(shí)間2h，此工藝下所得三氟羧草醚收率達(dá)91%，含量達(dá)85%以上；氟磺胺草醚合成中，合成溫度取83℃，摩爾配比為三氟羧草醚∶甲