除草剂恶草酮合成及工艺路线

 除草剂恶草酮的合成及工艺路线

 李丽(江苏联合职业技术学院镇江分院 镇江高等职业技术学校,江苏 镇江 212016;)

 摘要:介绍除草剂恶草酮的合成工艺,以 2,4-二氯苯酚为原料经磷酸酯化、硝化、水解、醚化、加氢还原、重氮化还原制得中间体 2,4二氯-5-异丙氧基苯肼,再与三甲基乙酰氯反应后经光气环合制得恶草酮。恶草酮收率 60%左右 (以 2,4-二氯苯计),含量 97%。

 关键词:恶草酮;2,4-二氯-5-异丙氧基苯肼;合成工艺

 1 概述 恶草酮 [1] 是由法国罗纳普朗克公司研发的含氮杂环类除草剂,其他名称:农思它、恶草灵。属原卟啉原氧化酶抑制剂, 是一种有机杂环类触杀型选择性芽前、芽后除草剂,能有效地防除稻田、花生田、棉田、葡萄园、果园中的多种单、双叶子杂草。恶草酮有三种剂型,水田、旱田兼用,尤其对抛秧田、水直播效果显著。目前该药已在世界 30 多个国家获准登记,我国自 80 年代后期引进使用以来使用量逐年增加,目前该原药市场缺口较大,目前年进口量达 600 吨。该药毒性低,生态效益好; 对作物安全,使用方便;适用作物广而受到农业和农药生产厂家极大兴趣。而恶草酮由于其合成工艺特点,含量和收率一直不高,原料药主要依靠进口。我们通过技术攻关,以2,4-二氯苯酚为原料,经磷酸酯化、硝化、水解、醚化、加氢还原、重氮化还原、酰胺化、环合等八步反应,制得恶草酮,总收率 60%左右 (以 2,4-二氯苯酚计),产品含量97.3%。本路线所用的原料易得,操作简便,合成条件温和,产品纯度高、反应收率高,适合于工业化生产。

 2 恶草酮的合成路线 根据文献报道,恶草酮的合成有三种工艺路线 [2-7] : (1)以 4,5-二氯-2-异丙氧基硝基苯为原料与特戊酰肼发生取代反应,经还原、重氮化、sandmeyer 反应、经光气环合得到恶草酮。该法存在原料难得,合成难等问题。

 (2)以 2,4,5-三氯苯酚为原料与异丙基溴反应后再跟2 特丁基-1,3,4-恶唑啉-5-酮取得反应得到恶草酮。该法存在原料难得,反应条件苛刻、选择性差、收率低、副反应多、杂质难分离。

 (3)以 2,4-二氯-5-硝基苯酚为原料经与异丙基溴醚化、还原、重氮化还原成肼、酰胺化、光气环合得到恶草酮。该方法反应步骤多,但各步收率相对较高,原料易得,产品含量高。通过工艺路线比较和小试技术攻关,选择路线(3)进行恶草酮合成研究。工艺路线如图 1 所示。

 3 实验部分 3.1 试剂 2,4-二氯苯酚、三氯氧磷、硝酸、硫酸、溴代异丙烷、碳酸钾、氢气、亚硝酸钠、盐酸、亚硫酸钠、特戊酰氯、光气等 3.2 仪器 LC-10AT 岛津高效液相分析仪、GC-2014C 气相色谱仪。

 3.3 实验方法 3.3.1 三(2,4-二氯苯基)磷酸酯的制备 在装有搅拌器、温度计、滴液漏斗及冷凝器的500ml 四口烧瓶中加入甲苯 250ml,2,4-二氯苯酚工艺

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 50g(98%,0.3mol),三乙胺 33g(99%,0.32mol),搅拌升温至 50℃左右,开始滴加三氯氧磷 15.5g(98%,0.1mol),滴加温度 50℃~55℃,约半小时滴完,然后升温至回流反应 3 小时,取样气相色谱分析原料 2,4 二氯苯酚转化率达99%,反应结束。搅拌降温至室温,加水 100ml 水洗,静置分层,下层水相为三乙胺盐酸盐,经加碱中和蒸馏、干燥得三乙胺回收套用。上层有机相再加水 100ml 水洗分层,有机相减压脱溶得三(2,4-二氯苯基)磷酸酯 51g,收率95%,含量 98.5%。

 3.3.2 三(2,4-二氯-5-硝基苯基)磷酸酯的制备 向上述制备的三(2,4-二氯苯基)磷酸酯 51g(98%, 0.094mol)中,加入浓硫酸 150ml,搅拌降温至 10℃以下,滴加硝酸 29g(65%,0.3mol),边滴加边降温,控制滴加速度,使滴加温度不超过 10℃,滴加完毕后,在 20℃以下保温反应 1 小时。液谱中控三(2,4-二氯苯基)磷酸酯含量<0.1%为反应终点。加入 200ml 氯仿萃取分层,下层浓硫酸进行减压浓缩脱水后回收套用。常压蒸出氯仿,烘干得浅黄色固体 57g。收率 95.8%, 含量 98%。

 3.3.3 2,4-二氯-5-硝基苯酚的制备 将三(2,4-二氯-5-硝基苯基)磷酸酯57g(98%,0.09mol) 加入到 150g31%盐酸中,升温至回流反应 4 小时,取样液相色谱分析三(2,4-二氯-5-硝基苯基)磷酸酯转化率达 99%,反应结束。降温加入氯仿萃取分层,分去磷酸废水。有机相再加纯碱水溶液中和调节pH 值至 6~7,分去废水层,有机层脱溶得 2,4-二氯-5-硝基苯酚 55g,含量 98%,收率 96%。熔点 102℃~105℃,文献值 102℃~103℃。

 3.3.4 2,4-二氯-5-异丙氧基硝基苯的制备 将 2,4-二氯-5-硝基苯酚 53g(98%,0.25mol)中加入甲苯 300ml,碳酸钾 46g(98%,0.33mol),催化剂四丁基溴化铵 2g,搅拌升温至回流,回流反应脱出生成的水,无水脱出后, 降温至 50~55℃,滴加异丙基溴44.5g(99%,0.33mol),滴加时间半小时左右,滴完后升温至回流反应 4 小时,液谱中控 2,4-二氯-5-硝基苯酚含量<0.1%为反应终点。降温至 80℃ ①磷酸酯化

  NO 2

 ③水解

 OH + H 3 PO 4

 ④醚化

  Cl

 O

 Cl

 P

 O

 )

 3

  HNO

 +3

 3

 Cl

 O

 Cl

 P

 O

 )

 3

 (

 (

  3H

 +

 2

 O

 H

 2

 SO

 4

 Cl

 O

 Cl

 P

 O

 )

 3

 NO

 2

 (

 +

 3

 H

 2

 O

 Cl

 Cl

 NO

 2

 3

  Cl Cl

 CHBr +

 2 Cl OH + 2 CH 3K 2 CO 3 CHCH 33 + 2KBr +H 2 O +CO 2

 CH3

  NO 2 NO 2

 ⑤还原

  Cl Cl

 CH 3 CH 3

 Cl+ 2H 2 +H 2 O CH 3 CH 3

  NO 2 NH 2

 ⑥重氮化还原

 Cl

 Cl

 CH 3

 +2HCl +NaNO 2 CH 3

 CH 3 +H 2 O + NaCl

 CH 3 Cl N 2

 Cl

 NH 2 NH

 ⑦酰胺化

  ⑧环合

 Cl

 O

 Cl

 CH

 CH

 3

 CH

 3

 NH

 2

 NH

  CH

 +

 3

 (

 )

 3

 C

 C

 Cl

 O

 Cl

 O

 Cl

 CH

 CH

 3

 CH

 3

 C

 O

 CH

 (

 3

 )

 3

 NHNH

 C

 +

  HCl

 O

 Cl

 CH

 2

 O

 CH

 O

 Cl

 CH

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 O

 Cl

 CH

 +

 -

  图 1 恶草酮的合成路线

 加水进行二次洗涤分层,分去下层水层,上层有机相减压蒸馏得 2,4-二氯-5-异丙氧基硝基苯 60.5g,含量 98%,收率 96.7%。熔点 40℃~44℃,文献值 41℃~43℃。

 3.3.5 2,4-二氯-5-异丙氧基苯胺制备 在 带 有 控 制 仪 的 500ml 的 不 锈 钢 高 压 釜 中 加入 甲 醇 300ml, 上 述 制 备 的 2,4- 二 氯-5- 硝 基 苯 酚 51g(98%,0.2mol),雷尼镍 2g,脱卤抑制剂 2g,密闭高压釜, 通入氮气置换空气,反复三次以上,再通入氢气置换氮气,反复三次以上。置换结束。搅拌升温至50℃,通入氢气,加氢过程放热,通过氢气压力及夹套水降温,控制料温在 60℃~70℃之间,维持压力 1.0~1.5MPa。加氢一段时间后,温度下降时, 维持压力1.0~2.0MPa,在 60℃~70℃之间,加氢 1h,测量氢压,当氢压不降后保温20分钟,加氢结束,降温至30℃左右, 泄压,上层物料转移至烧瓶,催化剂套用。碱压蒸出甲醇,得 2,4-二氯-5-异丙氧基苯胺 42g,含量 96.5%,收率92.1%。熔点 39℃~42℃,文献值 40℃~42℃。

 3.3.6 2,4-二氯-5-异丙氧基苯肼的制备 在 500ml 的四口烧瓶中加入 2,4-二氯-5-异丙氧基苯胺 68g(96.5%,0.3mol),冰乙酸 50ml.升温至 2,4-二氯-5-胺基苯氧基异丙烷全部溶解为止,再加入 31%的盐酸 100g,在 40℃搅拌半小时。降温-5℃,在-5~5℃之间滴加亚硝酸钠水溶液 63g(35%,0.32mol),滴完后,保温一刻钟,加尿素搅拌去除多余的亚硝酸钠,得淡黄色透明重氮盐溶液备用。

 在另一 1000ml 的四口烧瓶中加入亚硫酸钠 94.5g

 (0.75mol),水 240ml,滴加少量的盐酸调节溶液 pH 值至 5.5~6.0。降温至 25℃左右,一边滴加重氮盐,一边滴加 30%NaOH 溶液,保持溶液的 PH 在 5.5~6.0,2h 滴加结束。滴加结束后在 25~30℃保温 1h,过滤出溶液中焦油,然后加入 250ml 的 31%的盐酸,升温。升温至80~85℃保温 3h 后,降温至 0℃,抽滤得 2,4-二氯-5-异丙氧基苯肼盐酸盐。在 1000ml 的四口烧瓶中加入上述制备的 2,4-二氯-5 异丙氧基苯肼盐酸盐,200ml 水,甲苯200ml,滴加 30%氢氧化钠,调节 PH=8-9,升温至回流,静置分层,水相用少量的甲苯萃取,合并有机相。有机相加 200ml 水洗涤一次,静置分层。有机相降温至 0℃抽滤,滤饼烘干得 2,4-二氯-5-异丙氧基苯肼 62g,含量98.2%,收率 86.4%(以 2,4-二氯-5-异丙氧基苯胺计)。熔点 98℃~101℃,文献值 100℃。

 3.3.7 1-三甲基乙酰基-2-(2,4-二氯-5-异丙氧基苯基) 苯肼的制备 在 500ml 的四口烧瓶中加入上述 2,4-二氯-5-异丙氧基苯肼 48g(98.2%,0.2mol),甲苯 200ml.三乙胺22g(0.22mol), 搅拌升温至 40℃左右,滴加三甲基乙酰氯 27g(98%,0.22mol), 滴加温度 40℃~45℃,约半小时滴完,然后升温至 80~85℃, 保温反应 3 小时取样液相色谱分析 2,4-二氯-5-Cl

 O

 Cl

 CH

 CH

 3

 CH

 3

 C

 O

 CH

 (

 3

 )

 3

 NHNH

 C

 +

  COCl

 2

 Cl

 O

 N

 Cl

 CH

 CH

 3

 CH

 3

 N

 C

 C

 C(CH

 3

 )

 O

 O

 +

 HCl

 2

 工艺

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 异丙氧基苯肼转化率达 99%,反应结束。加水 100ml 水洗,静置分层,下层水相为三乙胺盐酸盐,经加碱中和蒸馏、干燥得三乙胺回收套用。上层有机相再加水100ml 水洗分层,得 1-三甲基乙酰基-2-(2,4-二氯-5-异丙氧基苯基)苯肼甲苯溶液。

 3.3.8 恶草酮的制备 将上述制备的 1-三甲基乙酰基-2-(2,4-二氯-5-异丙氧基苯基)苯肼甲苯溶液升温至回流脱水,无水脱出后,在 100~110℃通入光气反应 3 小时左右,取样液相色谱分析转化率 1-三甲基乙酰基-2-(2,4-二氯-5-异丙氧基苯基)苯肼达 99%,反应结束。通入氮气赶去多余的光气,减压蒸馏脱出溶剂甲苯,残余物用乙醇重结晶得恶草酮 63g,含量 97.3%, 收率 88.8%。熔点 88~91℃,文献值 88~90℃。

 4 结语 恶草酮适用于水稻田和多种旱田作物,杀草谱广,防水稻田多种杂草,对旱田难治恶性杂草有特出防效。在我国具有较大开发价值及较好的推广使用前景。本工艺以 2,4-二氯苯酚为起始原料,经过八步反应合成最终产品恶草酮,产品含量 97%以上,总收率 59.7%(以 2,4-二氯苯酚计)。加氢还原法合成中间体 2,4-二氯-5-异丙氧基苯胺,通过加入脱卤抑制剂,有效地抑制了加氢脱卤付反应,产品分离简单,收率高、含量高、三废少,呈现绿色化学特点。采用亚硫酸钠还原重氮盐制 2,4-二氯-5-异丙氧基苯肼,避免使用氯化亚锡作还原剂,生产成本大幅降低。各种原料易得,各步反应条件温和、收率高,使用常规反应设备,易于操作和控制,适合于工业化生产。

 参考文献:

 [1]刘长令.世界农药大全—除草剂卷[M].北京:化学工业出版社,2002:123-126. [2]潘忠稳.恶草酮的合成[J].安徽化工.总期 115期 2002年第Ⅰ期 37~40. [3]郑龙生,张亮,方东,等.一种噁草酮的合成方法

 CN106336385A[P]2017-01-18. [4]潘忠稳,凌冰,韩谋国,等.催化氢化法制备 2,4-二氯-5-异丙氧基苯胺[J].化学研究,第 15卷第 2 期. [5]姚益明,徐海亮.2,4-二氯-5-异丙氧基苯肼的合成[J]. 精细化工原料及中间体,2004,(8):21-22. [6]潘忠稳,凌冰,姚琼.2,4-二氯-5-硝基苯酚的合成[J]. 农药第 42卷第 11 期 2003,21-22. [7]Jean Metivier Paris and Roger Boesch 5-t-BUTYL- 3-PHENYL-2-OXADIZOLONES US3385862[P].1963-12-13.

 作者简介:李丽(1982-),女,满族,辽宁铁岭人,硕士,讲师; 研究方向:工业分析检验,药物分析检验,应用金属配合物。

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