毒死蜱的合成工藝研究

唐先龍，張濤，魯寧寧，李習(xí)紅，楊紅兵，吳超

（安徽國(guó)星生物化學(xué)有限公司，安徽雜環(huán)化學(xué)省級(jí)實(shí)驗(yàn)室，安徽馬鞍山 243100）

毒死蜱屬于高效、低殘留、中等毒性類(lèi)型的有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑，具有熏蒸、觸殺和胃毒三重作用，也具有滲透性，葉片殘留時(shí)間短，但在土壤中殘留時(shí)間長(zhǎng)，主要應(yīng)用于各種農(nóng)作物防治棉鈴蟲(chóng)等多種害蟲(chóng)，是替代高毒殺蟲(chóng)劑的品種之一。毒死蜱目前是全球市場(chǎng)容量排名前三的殺蟲(chóng)劑，已在全世界大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)登記使用。

1 毒死蜱生產(chǎn)技術(shù)概況

近年來(lái)，我國(guó)毒死蜱生產(chǎn)技術(shù)不斷創(chuàng)新，使得毒死蜱生產(chǎn)成本大幅下降，已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。毒死蜱目前主流的工業(yè)化生產(chǎn)主要是由3，5，6-三氯吡啶醇或3，5，6-三氯吡啶醇鈉和乙基氯化物反應(yīng)制得，而其原料三氯吡啶醇或其鈉鹽是影響毒死蜱生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，生產(chǎn)三氯吡啶醇（或鈉鹽）主要有兩種合成工藝路線(xiàn)：

（1）氯代吡啶工藝

2，3，5，6-四氯吡啶與氫氧化鈉發(fā)生堿解反應(yīng)，得到3，5，6-三氯吡啶醇鈉，然后與乙基氯化物發(fā)生縮合反應(yīng)合成毒死蜱原藥。反應(yīng)式如下：

（2）三氯乙酰氯工藝

三氯乙酰氯與丙烯腈先經(jīng)過(guò)加成、環(huán)化反應(yīng)，然后與堿反應(yīng)得到三氯吡啶醇鈉，最后與乙基氯化物發(fā)生縮合反應(yīng)合成毒死蜱原藥。反應(yīng)式如下：

徐振元等[1]申請(qǐng)的“毒死蜱的生產(chǎn)方法”專(zhuān)利獲得授權(quán)，其發(fā)明的主要內(nèi)容是：以3，5，6-三氯吡啶-2-酚鈉與O，O-二乙基硫代磷酰氯為原料，在雙催化劑和雙溶劑存在下合成毒死蜱。

徐國(guó)慶[2-3]申請(qǐng)的“在水介質(zhì)中合成毒死蜱的方法”專(zhuān)利獲得授權(quán)，其發(fā)表的“在水介質(zhì)中合成毒死蜱原藥”文獻(xiàn)主要內(nèi)容是：采用單溶劑水為介質(zhì)，通過(guò)表面活性劑的作用，使反應(yīng)物形成高度分散體系，該法合成的毒死蜱產(chǎn)品收率和純度均達(dá)到98%以上。

戴百熊等[4]申請(qǐng)的“一種以四氯吡啶為原料合成毒死蜱的生產(chǎn)方法”專(zhuān)利獲得授權(quán)，其發(fā)明的主要內(nèi)容是：將四氯吡啶、燒堿、催化劑與水按比例投入高壓釜加壓堿解，堿解結(jié)束直接與乙基氯化物縮合制得毒死蜱。

胡玉華等[5]發(fā)表的“水相法合成毒死蜱”文獻(xiàn)，其主要內(nèi)容是：以2，3，5，6-四氯吡啶、液堿為原料，在高壓釜中反應(yīng)得到3，5，6-三氧吡啶醇鈉，然后與乙基氯化物在單溶劑水為介質(zhì)中合成毒死蜱。

王紅明等[6]發(fā)表的“水相法合成毒死蜱的清潔工藝改進(jìn)”文獻(xiàn)，其主要內(nèi)容是：以3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮與O，O-二乙基硫代磷酰氯為主要原料，開(kāi)發(fā)一種水溶液循環(huán)的清潔工藝合成毒死蜱的新方法。

錢(qián)玉珍[7]發(fā)表的“毒死蜱綠色合成工藝研究”論文，其主要內(nèi)容是：由三氯乙酰氯和丙烯腈為原料，合成3，5，6-三氯吡啶-2-醇鈉，然后與乙基氯化物發(fā)生縮合反應(yīng)得到毒死蜱。從三氯吡啶醇鈉合成到最終產(chǎn)品合成，均采用無(wú)有機(jī)溶劑的水相法合成工藝。

周愛(ài)民等[8]發(fā)表的“管式反應(yīng)器連續(xù)化合成3，5，6-三氯吡啶-2-醇鈉工藝研究”文獻(xiàn)，其主要內(nèi)容是：以2，3，5，6-四氯吡啶為原料，利用管式反應(yīng)器在水介質(zhì)中與氫氧化鈉水解合成3，5，6-三氯吡啶-2-醇鈉，并對(duì)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，四氯吡啶與2.2倍氫氧化鈉在4倍溶劑水用量下，停留時(shí)間8 min，在140℃下連續(xù)反應(yīng)，四氯吡啶轉(zhuǎn)化率100%，產(chǎn)物收率98.0%。

本文提出了一種以2，3，4，6-四氯吡啶為原料，水作為溶劑，先與氫氧化鈉發(fā)生堿解反應(yīng)得到3，5，6-三氯吡啶醇鈉，然后將堿解反應(yīng)液直接與乙基氯化物進(jìn)行縮合反應(yīng)得到毒死蜱原藥的合成方法。通過(guò)大量的正交實(shí)驗(yàn)篩選，優(yōu)化了工藝流程，降低了生產(chǎn)成本，毒死蜱含量和單程收率均達(dá)到98.5%以上。

2 合成工藝路線(xiàn)

本文研究的合成工藝路線(xiàn)是將2，3，5，6-四氯吡啶經(jīng)堿解得到3，5，6-三氯吡啶醇鈉，然后與乙基氯化物縮合得到毒死蜱原藥。反應(yīng)式如下：

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 3，5，6-三氯吡啶醇鈉的制備

將2，3，5，6-四氯吡啶和氫氧化鈉、水按計(jì)量投入2 L反應(yīng)燒瓶中，回流下進(jìn)行堿解反應(yīng)，得到3，5，6-三氯吡啶醇鈉。

3.2 毒死蜱的制備

向上述燒瓶中加入催化劑，升溫，滴加O，O-二乙基硫代磷酰氯進(jìn)行縮合反應(yīng)，滴加過(guò)程注意控制反應(yīng)溫度和pH。滴加反應(yīng)結(jié)束后得到含有毒死蜱的油水混合物，靜置分層，放出下層油層。將油相經(jīng)過(guò)水洗、酸洗過(guò)濾，脫水后得到毒死蜱原油。

縮合反應(yīng)的催化劑，包括?；磻?yīng)催化劑、相轉(zhuǎn)移催化劑、乳化劑三類(lèi)催化劑或其任意組合，如?；磻?yīng)催化劑選用的是DMAP（4-二甲氨基吡啶）；相轉(zhuǎn)移催化劑有季銨鹽類(lèi)和叔胺類(lèi)，如四丁基溴化銨（TBAB）、芐基三乙基氯化銨（TEBA）、十六烷基三甲基溴化銨等；乳化劑選用的是表面活性劑，如季銨鹽、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鉀、硬脂酸鈉等。

4 結(jié)果與討論

4.1 三氯吡啶醇鈉的制備

（1）反應(yīng)溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

操作條件：將1 mol 2，3，5，6-四氯吡啶、2 mol氫氧化鈉、750 g H2O加入到2 L燒瓶中，分別在不同溫度下回流反應(yīng)2 h，反應(yīng)結(jié)束降溫取樣分析，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 反應(yīng)溫度對(duì)合成收率的影響

由表1可見(jiàn)，當(dāng)反應(yīng)溫度為回流狀態(tài)，其他條件不變的情況下，3，5，6-三氯吡啶醇鈉的收率最高。

（2）反應(yīng)時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

操作條件：將1 mol 2，3，5，6-四氯吡啶、2 mol氫氧化鈉、750 g H2O加入到2 L燒瓶中，在回流狀態(tài)下不同時(shí)間反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束降溫取樣分析，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)合成收率的影響

由表2可見(jiàn)，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為3 h，其他條件不變的情況下，3，5，6-三氯吡啶醇鈉的收率最高。

（3）物料摩爾配比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

操作條件：將1 mol 2，3，5，6-四氯吡啶、計(jì)量的氫氧化鈉、750 g H2O加入到2 L燒瓶中，回流狀態(tài)下反應(yīng)時(shí)間3 h，反應(yīng)結(jié)束降溫取樣分析，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 物料摩爾配比對(duì)合成收率的影響

由表3可見(jiàn)，當(dāng)n（四氯吡啶∶氫氧化鈉）=1∶2，其他條件不變的情況下，3，5，6-三氯吡啶醇鈉的收率最高。

4.2 毒死蜱的制備

（1）催化劑對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

分別向1 mol 2，3，5，6-四氯吡啶堿解反應(yīng)后的燒瓶中加入不同種類(lèi)的催化劑（質(zhì)量比均為0.5%），加熱到40℃后，開(kāi)始滴加同比例的O，O-二乙基硫代磷酰氯進(jìn)行縮合反應(yīng)，滴加過(guò)程控制縮合反應(yīng)溫度40℃～50℃，縮合反應(yīng)pH 9～10，滴加反應(yīng)結(jié)束后保溫3 h得到含有毒死蜱的油水混合物，靜置分層，放出下層油層。將油相經(jīng)過(guò)水洗、酸洗過(guò)濾，脫水后得到毒死蜱原油。

由表4可見(jiàn)，當(dāng)縮合反應(yīng)催化劑采用DMAP+TBAB+十二烷基硫酸鈉組合時(shí)，其他條件不變的情況下，毒死蜱的收率和含量最高。

表4 催化劑對(duì)合成收率的影響

（2）pH對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

分別向1 mol 2，3，5，6-四氯吡啶堿解反應(yīng)后的燒瓶中加入同比例的催化劑（DMAP+TBAB+十二烷基硫酸鈉，質(zhì)量比均為0.5%），加熱到40℃后，開(kāi)始滴加同比例的O，O-二乙基硫代磷酰氯進(jìn)行縮合反應(yīng)，滴加過(guò)程注意控制縮合反應(yīng)溫度40℃～50℃，控制調(diào)節(jié)不同的縮合反應(yīng)pH，滴加反應(yīng)結(jié)束后保溫3 h，得到含有毒死蜱的油水混合物，靜置分層，放出下層油層。將油相經(jīng)過(guò)水洗、酸洗過(guò)濾，脫水后得到毒死蜱原油。

由表5可見(jiàn)，當(dāng)縮合反應(yīng)pH控制在9～10時(shí)，其他條件不變的情況下，毒死蜱的收率和含量最高。

表5 p H對(duì)合成收率的影響

（3）物料配比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

分別向1 mol 2，3，5，6-四氯吡啶堿解反應(yīng)后的燒瓶中加入同比例的催化劑（DMAP+TBAB+十二烷基硫酸鈉，質(zhì)量比均為0.5%），加熱到40℃后，開(kāi)始滴加不同比例的O，O-二乙基硫代磷酰氯進(jìn)行縮合反應(yīng)，滴加過(guò)程中注意控制縮合反應(yīng)溫度40℃～50℃，pH 9～10，滴加反應(yīng)結(jié)束后保溫3 h，得到含有毒死蜱的油水混合物，靜置分層，放出下層油層。將油相經(jīng)過(guò)水洗、酸洗過(guò)濾，脫水后得到毒死蜱原油。

由表6可見(jiàn)，當(dāng)質(zhì)量比（四氯吡啶∶O，O-二乙基硫代磷酰氯）控制在1.5∶1時(shí)，其他條件不變的情況下，毒死蜱的收率和含量最高。

表6 物料摩爾比對(duì)合成收率的影響

（4）反應(yīng)時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

向1 mol 2，3，5，6-四氯吡啶堿解反應(yīng)后的燒瓶中加入相同比例的催化劑（DMAP+TBAB+十二烷基硫酸鈉，質(zhì)量比均為0.5%），加熱到40℃后，開(kāi)始滴加相同比例的O，O-二乙基硫代磷酰氯進(jìn)行縮合反應(yīng)，滴加過(guò)程中注意控制縮合反應(yīng)溫度40℃～50℃，pH 9～10，滴加反應(yīng)結(jié)束后，分別保溫1 h、2 h、3 h、4 h，得到含有毒死蜱的油水混合物，靜置分層，放出下層油層。將油相經(jīng)過(guò)水洗、酸洗過(guò)濾，脫水后得到毒死蜱原油。

由表7可見(jiàn)，當(dāng)縮合反應(yīng)時(shí)間控制在3 h時(shí)，其他條件不變的情況下，毒死蜱的收率和含量最高。

表7 反應(yīng)時(shí)間對(duì)合成收率的影響

（5）反應(yīng)溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

操作條件：向1 mol 2，3，5，6-四氯吡啶堿解反應(yīng)后的燒瓶中加入相同比例的催化劑（DMAP+TBAB+十二烷基硫酸鈉，質(zhì)量比均為0.5%），加熱到不同的溫度后，開(kāi)始滴加相同比例的O，O-二乙基硫代磷酰氯進(jìn)行縮合反應(yīng)，滴加過(guò)程中注意縮合反應(yīng)pH 9～10，保溫時(shí)間3 h，得到含有毒死蜱的油水混合物，靜置分層，放出下層油層。將油相經(jīng)過(guò)水洗、酸洗過(guò)濾，脫水后得到毒死蜱原油。

由表8可見(jiàn)，當(dāng)反應(yīng)溫度控制在40℃時(shí)，其他條件不變的情況下，毒死蜱的收率和含量最高。

表8 反應(yīng)溫度對(duì)合成收率的影響

5 結(jié)論

（1）以2，3，5，6-四氯吡啶為原料，經(jīng)堿解、縮合得到毒死蜱原藥的生產(chǎn)方法，最佳合成工藝條件為：

①堿解反應(yīng)：四氯吡啶與氫氧化鈉摩爾比=1∶2，反應(yīng)溫度為保持回流溫度，反應(yīng)時(shí)間3 h；②縮合反應(yīng)：催化劑為DMAP、TBAB和十二烷基硫酸鈉，2，3，4，6-四氯吡啶∶O，O-二乙基硫代磷酰氯質(zhì)量比=1.5∶1，反應(yīng)溫度40℃，保溫時(shí)間3 h，反應(yīng)pH=9～10。

（2）本工藝采用單溶劑水相法，具有方法簡(jiǎn)單、產(chǎn)品純度及收率高、生產(chǎn)成本低、“三廢”量少等優(yōu)點(diǎn)，適用于大規(guī)模生產(chǎn)裝置。