高含量乙羧氟草醚原藥合成研究

刁艷萍,王崇磊2

（1.連云港死海溴化物有限公司，江蘇 連云港222006；2.江蘇省連云港立本農(nóng)化有限公司，江蘇 連云港222006）

前 言

乙羧氟草醚，化學(xué)名稱為O-[5-（2-氯-a、a、a-三氟對(duì)甲苯氧基）-2-硝基苯甲?；鵠-氧乙酸乙酯，是由羅門哈斯公司開發(fā)的二苯類除草劑，主要防除小麥、大麥、花生、大豆和水稻闊葉雜草和禾本科雜草。目前國(guó)內(nèi)外的合成路線的主要是以間羥基苯甲酸、3、4-二氯三氟甲苯為起始原料，經(jīng)過醚化、酸化、硝化、?；?步反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物。從相關(guān)報(bào)道及生產(chǎn)廠家了解到，所生產(chǎn)的乙羧氟草醚原藥含量不高，在80%左右，產(chǎn)品為深紅色液體；由于除草劑的特性，產(chǎn)品純度不高，易產(chǎn)生藥害；且醚化多在有機(jī)溶劑二甲基亞砜中，無水條件下進(jìn)行反應(yīng)，成本較高。我們?cè)诓殚喆罅课墨I(xiàn)的基礎(chǔ)上，充分了解了產(chǎn)品生產(chǎn)中中間體、產(chǎn)品的物化性質(zhì)，并在分析、歸納的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，合成出高質(zhì)量、晶體的乙羧氟草醚原藥[1～8]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

本次實(shí)驗(yàn)所用原料規(guī)格或含量如表1所示。

表1 原料規(guī)格及含量Table 1 The specifications and content of raw materials

1.2 反應(yīng)原理

以間羥基苯甲酸、3、4-作用二氯三氟甲苯為起始原料，以水做溶劑、在催化劑下合成中間體3-[2-氯-4-（三氟甲基）苯氧基]苯甲酸（以下簡(jiǎn)稱醚化物），再硝化合成三氟羧草醚，然后與α-氯乙酸乙酯?；磻?yīng)合成乳氟禾草靈原藥，該工藝主要增加了對(duì)醚化物、三氟羧草醚、乙羧氟草醚合成后處理工藝，以便得到較高純度的乳氟禾草靈原藥，合成路線如下：

1.2.1 醚化反應(yīng)

1.2.2 硝化反應(yīng)

1.2.3 ?；磻?yīng)

1.3 儀器與試劑

Agilent1100高效液相色譜儀、SP6890氣相色譜儀、熔點(diǎn)儀、恒壓漏斗、四口反應(yīng)瓶、電加熱套、球型冷凝器、接收瓶、真空泵等。

1.4 制備方法

1.4.1 醚化

在裝有溫度計(jì)、恒壓漏斗、回流冷凝器、攪拌器的四口反應(yīng)瓶中，加入72mL水、催化劑A1g、催化劑B2g、98%的3,4二氯三氟甲苯43.88g，升溫至回流溫度。

將210mL水、26.2g90%的氫氧化鉀加入燒杯中，配成20%氫氧化鉀溶液，然后慢慢加入間羥基苯甲酸28.2g，攪拌溶解配成鉀鹽溶液放入恒壓漏斗中，待四口反應(yīng)瓶中物料升溫至回流狀態(tài)時(shí)，開始滴加配好的鉀鹽溶液，滴加時(shí)間約3h，滴加過程始終保持在回流狀態(tài)下。

滴加結(jié)束，升溫至98～100℃保溫6h，保溫結(jié)束降溫至50℃，在冷卻下慢慢滴加30%鹽酸至料液pH=3～4，過濾，濾餅水洗、濾干、烘干得到醚化物63.3g，氣相色譜分析醚化物含量≥92%、以間羥基苯甲酸計(jì)收率≥95%。

1.4.2 硝化

在帶有攪拌器、冷凝器、溫度計(jì)、恒壓漏斗的四口反應(yīng)瓶中，加入0.18mol醚化物、180g二氯甲烷，在攪拌及冷卻條件下，于0～5℃范圍內(nèi)滴加混酸溶液（18.5g98%的硝酸和36.0g98%硫酸混合），滴完后在此溫度反應(yīng)3h；結(jié)束后用水洗有機(jī)層至中性，將水層移去后，減壓蒸餾，將二氯甲烷完全脫出后，再向反應(yīng)瓶中加入216g對(duì)氯甲苯，降溫至10℃真空過濾、濾出晶體烘干得到56.9g硝化物，含量≥95%、收率≥82%。

1.4.3 ?；?/p>

在帶有溫度計(jì)、攪拌器、回流冷凝器、恒壓漏斗的四口反應(yīng)瓶中，加入0.14mol硝化物、11.8g98%的碳酸鉀、140g1,2-二氯乙烷、31.5g2-氯乙酸乙酯，在攪拌條件下升溫至回流狀態(tài)，保溫8h，保溫結(jié)束，降溫至30℃，水洗、過濾。

濾液減壓蒸餾出1,2-二氯乙烷，完全蒸出后，降溫至40℃以下，加入91g乙醇，再降溫至0℃真空過濾，濾出晶體抽干、負(fù)壓晾干，得到乙羧氟草醚原藥50.2g，含量≥95%，晶體收率≥76%。

2 結(jié)果與討論

2.1 醚化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)主要考察了催化劑用量、溫度、3,4-二氯三氟甲苯與間羥基苯甲酸用量對(duì)醚化收率的影響。

（1）催化劑用量影響

對(duì)于催化劑A、B用量，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)，具體如表2。

表2 催化劑用量對(duì)醚化率影響Table 2 The effect of catalyst amount on the etherification rate

從表2中可以看出，在不加催化劑A/B、或加入催化劑B，反應(yīng)不進(jìn)行；加入催化劑A，反應(yīng)進(jìn)行緩慢；當(dāng)間羥基苯甲酸∶A∶B=1∶10∶20（mol∶g∶g）時(shí)，收率可達(dá)91%以上；再提高催化劑A/B用量，對(duì)反應(yīng)沒有影響。

（2）溫度影響

在80～100℃條件下進(jìn)行了試驗(yàn)考察溫度對(duì)醚化的影響，結(jié)果顯示，溫度偏低反應(yīng)難以進(jìn)行或進(jìn)行緩慢；溫度過高（100℃及以上），反應(yīng)不易控制、易沖料；而在95～98℃，反應(yīng)可順利進(jìn)行，在所需條件下，收率可達(dá)90%以上，經(jīng)多次試驗(yàn)證明，95～98℃是反應(yīng)的較佳溫度范圍，具體如表3。

表3 溫度對(duì)醚化率的影響Table 3 The effect of temperature on the etherification rate

（3）間羥基苯甲酸與3,4-二氯三氟甲苯用量影響

間羥基苯甲酸與3,4-二氯三氟甲苯不同配比（物質(zhì)的量比）對(duì)產(chǎn)品收率及質(zhì)量的影響，具體如表4。

表4 間羥基苯甲酸與3,4-二氯三氟甲苯原料配比對(duì)反應(yīng)的影響Table 4 The effect of ratio of m-hydroxybenzoic acid to 3,4-dichlorobenzotrifluoride on the etherification rate

從表4中可知，當(dāng)間羥基苯甲酸∶3,4-二氯三氟甲苯=1∶1時(shí)，醚化物收率及產(chǎn)品質(zhì)量較高；當(dāng)3,4-二氯三氟甲苯過量時(shí)，產(chǎn)品收率及質(zhì)量有所下降；當(dāng)間羥基苯甲酸過量時(shí)，對(duì)收率無影響，但醚化物洗滌需消耗大量熱水，否則對(duì)質(zhì)量有所影響。

（4）穩(wěn)定性試驗(yàn)

綜合上述條件試驗(yàn)結(jié)果，確定醚化的試驗(yàn)條件如下：間羥基苯甲酸∶3,4-二氯三氟甲苯=1∶1，反應(yīng)溫度是95～98℃；反應(yīng)時(shí)間是9h。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 醚化穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 5 The stability test results of etherification

2.2 硝化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)主要考察了溫度、混酸用量對(duì)硝化反應(yīng)的影響。

（1）溫度影響

在0～35℃條件下進(jìn)行試驗(yàn)考察溫度對(duì)硝化的影響，結(jié)果顯示，溫度偏高，反應(yīng)收率低，副產(chǎn)物增加；而在0～5℃范圍內(nèi)，反應(yīng)收率較高，可達(dá)82%以上。經(jīng)多次試驗(yàn)證明，0～5℃是反應(yīng)的較佳溫度范圍。

表6 反應(yīng)溫度對(duì)硝化收率的影響Table 6 The effect of temperature on the nitration rate

（2）混酸用量影響

在醚化物含水量≤0.5%的條件下，研究醚化物與硝酸、硫酸的配比對(duì)硝化的影響，經(jīng)過大量試驗(yàn)驗(yàn)證當(dāng)醚化物∶硝酸∶硫酸=1∶1.6∶2.0時(shí)，硝化物收率較高，可達(dá)83%。

（3）穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

綜合上述實(shí)驗(yàn)條件，確定硝化試驗(yàn)條件如下：反應(yīng)溫度在0～5℃范圍內(nèi)、醚化物:硝酸:硫酸=1∶1.6∶2.0，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 硝化穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 7 The stability test results of nitration

2.3 ?；囼?yàn)結(jié)果

主要考察了硝化物與2-氯乙酸乙酯用量的影響。

（1）工藝配比的影響

對(duì)硝化物與2-氯乙酸乙酯用量進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，當(dāng)2-氯乙酸乙酯用量增加，反應(yīng)收率及產(chǎn)品質(zhì)量提高，但當(dāng)硝化物∶2-氯乙酸乙酯達(dá)到1∶1.8后，再提高2-氯乙酸乙酯用量，收率變化不大。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 硝化物與2－氯乙酸乙酯配比對(duì)反應(yīng)的影響Table 8 The effect of ratio of nitration product to 2－ethyl chloroacetate on the reaction

（2）穩(wěn)定性試驗(yàn)

本次實(shí)驗(yàn)采用回收二氯乙烷溶液循環(huán)套用的辦法，回收的二氯乙烷溶液中含有2-氯乙酸乙酯，在第一次試驗(yàn)中，采用硝化物∶2-氯乙酸乙酯=1∶1.8，在循環(huán)套用中，只需補(bǔ)加反應(yīng)消耗及蒸餾損失掉的2-氯乙酸乙酯即可；反應(yīng)溫度在回流條件下，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 ?；€(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 9 The stability test results of acylation

3 結(jié) 論

（1）醚化以水做溶劑在催化劑條件下進(jìn)行的反應(yīng)是清潔生產(chǎn)工藝，且收率≥95%，具有收率高、原料消耗低等優(yōu)點(diǎn)。

（2）硝化反應(yīng)采用二氯甲烷做溶劑、采用對(duì)氯甲苯結(jié)晶出料，選擇性較好、收率較高、產(chǎn)品含量達(dá)到95%以上、收率≥82%。

（3）?；磻?yīng)采用1,2-二氯乙烷做溶劑，乙醇結(jié)晶出料，所得產(chǎn)品為白色結(jié)晶狀固體，產(chǎn)品含量可達(dá)95%以上，收率≥76%。

（4）?；铣刹捎?-氯乙酸乙酯過量80%，當(dāng)有蒸出溶劑套用（含2-氯乙酸乙酯）時(shí)，采用2-氯乙酸乙酯過量5%即可達(dá)到同等效果。

（5）所用原料均為工業(yè)級(jí)的，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

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