CN105732706A

CN105732706A - 有机碱法制备高纯草铵膦的方法

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Publication number: CN105732706A
Application number: CN201610066271.6A
Authority: CN
Inventors: 赵金浩; 程城; 程敬丽; 方绍伟
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2016-07-06

Abstract

本发明公开了一种有机碱法制备高纯草铵膦的方法，以草铵膦盐酸盐溶液为原料，包括以下步骤：将原料过滤后浓缩，于60～80℃的加热条件下，在浓缩液中直接加入叔胺R₁R₂R₃N1，然后保温进行脱盐酸反应；反应结束后，冷却至?3～?8℃，析出草铵膦游离酸粗品；在粗品中加入醇进行打浆，然后过滤，所得滤饼为草铵膦游离酸；在草铵膦游离酸中加入醇，升温至30～50℃后通入氨气进行反应，反应结束后，冷却结晶，过滤后干燥，得纯度≥88％的草铵膦。

Description

有机碱法制备高纯草铵膦的方法

技术领域

本发明涉及有机碱法制备高纯草铵膦的方法，特别是将氰解反应液直接用有机碱处理制备高纯草铵膦的方法。

背景技术

草铵膦(glufosinate-ammonium)是由德国赫斯特公司(Hoechst.AG，几经合并后现归属拜耳公司)于上世纪七十年代开发的有机磷类除草剂，是世界第二大转基因作物耐受除草剂，毒性低，对作物安全，除草谱广，活性高，用量少，杀草迅速，能快速杀死百余种禾本科和阔叶杂草，使用安全方便，上述特点使其畅销国内外市场。

草铵膦合成方法绝大多数以三氯化磷或亚磷酸酯为起始原料，经过一定的反应过程合成磷酸酯，然后与某些氨基衍生物发生发应。其中以甲基亚磷酸二乙酯为关键中间体制备草铵膦的方法居多，如1972年，德国人Bayer E.首次报导了草铵膦的合成方法(Helv.Chim.Acta,1972,55,224)，Minowa首次报导了L型手性草铵膦的制备方法(Bul l.Chem.Soc.Japan.,1987,60:1761)，其它合成报导还有日本报导的溴化法JP55120590(1980)，盖布瑞尔法JP5562096(1980)，其中尤以日本人Takashi报道的Strecker法US4264532(1981)以及2003年报导的Michael-Strecker合用的方法(AU7564471)制备草铵膦最具工业化应用前景，目前该方法已经被国内外普遍工业化采用，如下合成路线所示：

即甲基亚磷酸二乙酯1与丙烯醛2反应生成化合物3后经酸解生成醛基物4，醛基物4经与氰化钠和氨进行Strecker反应制备胺基氰中间体6，胺基氰中间体6经过HCl酸性水解生成草铵膦盐酸盐7。草铵膦盐酸盐7经脱盐酸、氨化生成草铵膦9。

不管前述何种制备方法，均要经过草铵膦盐酸盐的制备、分离纯化环节，然后草铵膦盐酸盐固体在溶剂中经脱盐酸反应，再与氨水或氨气反应生成草铵膦。其中草铵磷盐酸盐分离出来后，工业上基本都先用甲醇溶解草铵膦盐酸盐，以除去胺基氰酸水解生成的氯化铵，回收甲醇后再加入乙醇进行后续的脱盐酸反应，此时又会有新的氯化铵生成。因此此两步不同的溶剂法操作，既拉长了后处理过程，又增加了溶剂回收的能耗和相应的成本，工业上操作也比较繁琐，生产线也偏长。

目前现有的草铵膦盐酸脱酸的方法也有多种，如直接通氨法、水溶性无机碱如NaOH、NaCO₃中和再通氨法，采用通氨法所通入的氨气会和胺基氰中间体6中的HCl反应生成氯化铵；采用无机碱水溶液的方法所加入的无机碱会与胺基氰中间体6中的HCl反应生成氯化钠，所以这些方法会引入大量的氯化胺和氯化钠而无法较好去除草铵膦中的无机盐和灰份。现有的生产方法所得到的草铵膦纯度约80～85％。

也有文献报导用环氧烷类化合物如环氧丙烷、环氧氯丙烷、甲基环氧乙烷与草铵膦盐酸盐中的盐酸反应生成草铵膦游离碱，再与氨气成盐生成草铵膦(Zeiss,Hevl.Chim.Acta,1994,41,269-277，CN102268037,2011)。虽然这些方法因不产生大量无机盐和氯化铵而大大减少了后续草铵磷制备中的灰份，具有良好的工业化应用价值，但这种方法不仅因引入环氧烷增加了生产成本，同时还生成了相应的氯代醇等不易回收的含氯高沸副产物，额外增加了三废处理成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种有机碱法制备高纯草铵膦的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种有机碱法制备高纯草铵膦的方法，以草铵膦盐酸盐溶液(胺基氰中间体经氰基酸水解的所得物)为原料，其特征是包括以下步骤：

1)、草铵膦盐酸盐溶液过滤，将滤液浓缩至为原体积的1/2～1/3，得草铵膦盐酸盐的浓缩液；

备注说明：上述过滤的目的是滤除生成的以固体形式存在的氯化铵、无机盐氯化钠、氯化钾等及其它机械杂质；

2)、于60～80℃的加热条件下，在步骤1)所得的草铵膦盐酸盐的浓缩液中直接加入(以滴加的方式加入，滴加时间控制在50～70分钟)叔胺R₁R₂R₃N1(为非水溶性的有机碱)，所述草铵膦盐酸盐与叔胺R₁R₂R₃N1的摩尔比为1:1～1.2(较佳为1:1.1)；然后保温进行脱盐酸反应，反应时间为1～4小时；反应结束后，冷却至-3～-8℃(例如为-5℃)，析出草铵膦游离酸粗品(为白色固体)；

备注说明：析出草铵膦游离酸粗品后所得液体于45℃下减压蒸馏回收溶剂；

3)、在步骤2)所得的草铵膦游离酸粗品中加入作为溶剂的醇(例如为甲醇)进行打浆，然后过滤(即，纯化处理)，所得滤饼为草铵膦游离酸；

备注说明：该步骤中，草铵膦游离酸粗品与醇的用量(重量)比约为1:1；

打浆过程中，少量氯化铵溶解在体系中，草铵膦游离酸在该体系内不溶；

4)、在步骤3)得到的草铵膦游离酸中加入醇(ROH，例如为甲醇)，升温至30～50℃后通入氨气进行反应，反应时间为1～4小时，所述氨气与草铵膦盐酸盐的摩尔比为：1.1～1.8:1；

反应结束后，冷却(0～5℃)结晶，过滤后干燥，得草铵膦(纯度≥88％)。

备注说明：每1mol的草铵膦盐酸盐配用0.5～1升的醇(ROH)。

作为本发明的有机碱法制备高纯草铵膦的方法的改进，该方法还包括如下的步骤5)：

5)、将步骤3)所得的滤液(草铵膦游离酸母液)先回收作为溶剂的醇(直至浓缩至原体积的1/2)；然后加入无机碱的水溶液进行中和(即，直至所得体系的pH＝7)，分出有机层(有机层即是作为有机碱的R₁R₂R₃R₄N)套用于步骤(2)，即，替代步骤(2)中的叔胺R₁R₂R₃N1从而实现草铵膦氰解液脱氯化氢反应。

备注说明：上述加入无机碱的水溶液进行中和后，先于40～50℃搅拌2～3小时，冷却至0～5℃后保温0.5～1小时，过滤，分出有机层。

作为本发明的有机碱法制备高纯草铵膦的方法的进一步改进：所述步骤2)中的叔胺

R₁R₂R₃N为三正丙胺、三异丙胺、三异丁胺、三正丁胺，更优选三异丁胺。

作为本发明的有机碱法制备高纯草铵膦的方法的进一步改进：草铵膦盐酸盐溶液中的溶剂为C1～C3的烷基醇中的任一种，优选为甲醇。

作为本发明的有机碱法制备高纯草铵膦的方法的进一步改进：所述步骤3)中的打浆时间为0.5～1.5小时(较佳为时间1h)，搅拌转速为500～700r/min(例如为600r/min)。

作为本发明的有机碱法制备高纯草铵膦的方法的进一步改进：所述步骤3)中，打浆结束后，冷却至-10-20℃(优选0-5℃)后过滤。

作为本发明的有机碱法制备高纯草铵膦的方法的进一步改进：所述步骤5)中的无机碱为碱金属。

作为本发明的有机碱法制备高纯草铵膦的方法的进一步改进：所述碱金属为氢氧化钠。

本发明提供了一种草铵膦生产工艺的改进方法，即在胺基氰中间体经盐酸水解后，不经离心分离和多种醇溶剂纯化，而是直接加入非水溶性的有机碱R₁R₂R₃N脱盐酸，然后通过打浆、过滤、通入氨气氨化制备高纯草铵膦。打浆结束过滤除去不溶于有机溶剂的氯化铵，氯化钠等无机盐和机械杂质。本发明的方法不仅可有效地将草铵膦盐酸盐反应液中的氯化胺、氯化钠、机械杂质和氯化氢等无机物分离出去，同时不会引入新的不易分离杂质和有机副产物，可简单易行地制备高纯度的草铵膦产品。

本发明的反应式如下：

在本发明中，反应步骤2)中加入的有机碱R₁R₂R₃N为非水溶性的叔胺，R₁、R₂、R₃选自C3-C6的烷基，优选C3-C4的烷基，R₁R₂R₃N优选三正丙胺、三异丙胺、三异丁胺、三正丁胺，更优选三异丁胺。

本发明具有如下技术优势：

1)、本发明在草铵膦制备氨基氰中间体经氰基酸水解后，滤除氯化铵和机械杂质，再将滤液与有机碱直接反应，调一定的PH值脱去盐酸；无需分离出草铵膦盐酸盐，省去现有产业化工艺中甲醇、乙醇溶剂转换去除氯化铵的环节，简化了工艺，降低了成本。

本发明所采用的使用有机碱除HCl的方法中，HCl与加入的有机碱反应生成有机碱的盐酸盐，该盐酸盐可以分离出来，从而避免了引入无机杂质。

2)、本发明得到的草铵膦无机盐含量低于1％，而且不会引入新的氯化铵杂质和其它传统工艺的氯代醇等有机副产物，提高了草铵膦的纯度和品质。

3)、本发明所采用的有机碱以及在脱除HCl、打浆和氨化所用的醇类溶剂均可高效、简便地回收套用，可显著降低成本，提高经济效益。

4)、本发明工艺过程设计合理、操作简便，安全性高，工序少，副产物少，经济性强，具有良好的工业化前景。

综上所述，本发明提供了一种有机碱法进行草铵膦氰基酸水解液脱盐并串联氨化制备高纯草铵膦的新方法。该方法在氰基酸水解反应后，直接通过加入水溶性差的有机碱中和氯化氢，离心出草铵膦游离酸粗品；草铵膦游离酸粗品经溶剂打浆，通入氨气成盐，冷却过滤即得高纯草铵膦产品；草铵膦游离酸母液经溶剂回收后，加入无机碱固体，分离出的有机碱溶剂可直接套用到前述的草铵膦氰解液脱氯化氢反应。本发明无需将氰基酸水解产物草铵膦盐酸盐分离纯化出来，既能除去草铵膦生产过程中生成的氯化铵、氯化钠和氯化氢等含氯杂质，又不引入传统工艺中环氧乙烷、环氧氯丙烷与氯化氢反应的有机副产物，且参与反应的有机碱可方便地直接套用，经济节约，减少中间操作环节，工业化应用前景良好。

具体实施方式

实施例1、一种有机碱法制备高纯草铵膦的方法，以胺基氰中间体经氰基酸水解的所得物--草铵膦盐酸盐溶液为原料，依次进行以下步骤：

1)、取草铵膦盐酸盐甲醇溶液1L(浓度为1mol/l)先过滤，从而滤除氯化铵、无机盐和机械杂质，再将水解母液部分(即，滤液)于45℃蒸发回收甲醇，直至浓缩至为原体积的50％；得草铵膦盐酸盐的浓缩液。

上述回收的甲醇可直接套用于氨基氰的水解。

2)、于60℃的加热条件下，在步骤1)所得的浓缩液中滴加(约60分钟滴加完毕)三异丙胺1.1mol，从而中和盐酸至中性，然后保温进行脱盐酸反应，反应时间为1小时；反应结束后，冷却至-5℃，析出草铵膦游离酸粗品(白色固体)，滤液(即，析出草铵膦游离酸粗品后所得液体)45℃减压蒸馏回收溶剂甲醇。

3)、在步骤2)所得的草铵膦游离酸粗品中，加入等重的甲醇进行打浆(搅拌转速为600r/min，时间1h)从而除去生成的氯化铵副产物，然后过滤(即，纯化处理)，所得滤饼为草铵膦游离酸。

4)、在步骤3)得到的草铵膦游离酸中加入甲醇1L，升温至30～35℃后通入20g(1.17mol)的氨气进行反应，反应时间为1小时；反应结束后，冷却至5℃结晶，过滤后干燥(减压干燥)，得草铵膦133g(纯度≥89％)。

5)、将步骤3)所得的滤液(即，草铵膦游离酸母液)于45℃减压蒸发回收醇溶剂，直至浓缩至原体积的1/2；

在所得的浓缩液(残液)中加入3N氢氧化钠溶液进行中和，即，直至所得体系的pH＝7；然后在40-50℃搅拌2-3小时，冷却至0-5℃后保温0.5小时，过滤，并分出有机层(有机碱层)，经无水硫酸钠干燥、过滤，得到有机碱三异丙胺1.1mol(162g含有少量杂质)；直接套用至上一步的中和，即，直接套用于步骤(2)中的草铵膦氰解液脱氯化氢反应。

用液相归一法测步骤3)所得的草铵膦游离酸纯度。

HPLC条件：不锈钢柱125X 4.6mm，填充物SB，粒径5mm，UV检测波长195nm，进样量20ul，柱温30℃，流速1.3ml/l，洗脱液：0.1mol/l KH₂PO₄。

所得结果如表1所述。

用液相归一法测最终所得的草铵膦纯度，如表2所述。所得草铵膦的结构经¹H-NMR,ESI-MS确认，与文献值相符。¹H-NMR(400MHz,D₂O,TMS):δ,3.80(1H,t),2.11(2H,t),1,56-1.75(2H,m),1.28(3H,d),ESIMS:182[M+1]，198[M+NH₃]。

实施例2-4、相对于实施例1而言，作如下改变：

改变步骤2)中的有机碱(叔胺R₁R₂R₃N1)的种类、反应温度、时间；具体如表1所述；

改变步骤4)中醇(ROH)的种类和用量、氨气的用量，反应温度、时间；具体如表2所述；

其余等同于实施例1。

表1、草铵膦盐酸盐溶液加有机碱中和反应条件(步骤2)

表2、铵化条件及结果(步骤4)

对比例1、草铵膦游离酸的制备方法，依次进行以下步骤：

1)、取胺基氰中间体经氰基酸水解的所得物，即氨基氰酸水解生成的草铵膦盐酸盐甲醇溶液1L(浓度为1mol/l)先过滤，从而滤除氯化铵、无机盐和机械杂质，再将水解母液部分(即，滤液)蒸干溶剂，加入1L无水乙醇溶解。

2)、于60℃的加热条件下，在步骤1)所得的溶液中滴加(约60分钟滴加完毕)NaOH(1.1mol)的水溶液，进行保温进行脱盐酸反应，反应时间为4小时；反应结束后，冷却至-5℃，析出草铵膦游离酸粗品(白色固体)，滤液减压蒸馏回收溶剂；

步骤3)等同于实施例1。所得结果如表3所述。

对比例2～4、改变对比例1步骤2)的工艺参数(具体如表3所述)，其余等同于对比例1，得草铵膦游离酸，如表3所述。

表3、草铵膦盐酸盐溶液加无机碱中和反应条件

对比例1～4与本发明比较可以看出本发明具有以下优点：

1、对比例使用甲醇和乙醇两种反应溶剂，本发明仅使用甲醇一种溶剂，节省物料的同时可以减少反应操作减少设备及人力的消耗，操作方便、经济性高。

2、对比例中使用的无机碱与HCl反应生成无机盐，造成产品草铵膦游离酸纯度降低，且无法回收利用，三废处理成本高，本发明所使用的有机碱可回收套用，经济性高。

对比例5、草铵膦游离酸的制备方法，依次进行以下步骤：

2)、于60℃的加热条件下，在步骤1)所得的溶液中(约60分钟滴加完毕)环氧氯丙烷1.1mol，然后保温进行脱盐酸反应，反应时间为1小时；反应结束后，冷却至-5℃，析出草铵膦游离酸白色固体，滤液减压蒸馏回收溶剂。

步骤3)等同于实施例1。所得结果如表4所述。

对比例6～7、改变对比例5步骤2)的工艺参数(具体如表4所述)，其余等同于对比例5，得草铵膦游离酸，如表4所述。

表4、草铵膦盐酸盐溶液通入环氧烷烃反应条件

对比例5～7与本发明比较可以看出本发明具有以下优点：

1、对比例所使用的环氧烷烃无法回收利用，而本发明使用的有机碱可收回利用，经济效益高。

2、对比例中所用的环氧烷烃与HCl反应生成的氯代醇类沸点较低，储运成本高。本发明有机碱可以回收套用，经济节约。

对比例8、取消实施例4步骤3)，即，将步骤2)所得的草铵膦游离酸粗品直接进行步骤4)；其余等同于实施例4。所得的草铵膦收率(两步)为71％，纯度为86％。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.有机碱法制备高纯草铵膦的方法，以草铵膦盐酸盐溶液为原料，其特征是包括以下步骤：

2)、于60～80℃的加热条件下，在步骤1)所得的草铵膦盐酸盐的浓缩液中直接加入叔胺R₁R₂R₃N1，所述草铵膦盐酸盐与叔胺R₁R₂R₃N1的摩尔比为1:1～1.2；然后保温进行脱盐酸反应，反应时间为1～4小时；反应结束后，冷却至-3～-8℃，析出草铵膦游离酸粗品；

3)、在步骤2)所得的草铵膦游离酸粗品中加入作为溶剂的醇进行打浆，然后过滤，所得滤饼为草铵膦游离酸；

4)、在步骤3)得到的草铵膦游离酸中加入醇，升温至30～50℃后通入氨气进行反应，反应时间为1～4小时，所述氨气与草铵膦盐酸盐的摩尔比为：1.1～1.8:1；

反应结束后，冷却结晶，过滤后干燥，得草铵膦。

2.根据权利要求1所述的有机碱法制备高纯草铵膦的方法，其特征是该方法还包括如下的步骤5)：

5)、将步骤3)所得的滤液先回收作为溶剂的醇，然后加入无机碱的水溶液进行中和，分出有机层套用于步骤(2)。

3.根据权利要求1或2所述的有机碱法制备高纯草铵膦的方法，其特征是：

所述步骤2)中的叔胺R₁R₂R₃N为三正丙胺、三异丙胺、三异丁胺、三正丁胺。

4.根据权利要求3所述的有机碱法制备高纯草铵膦的方法，其特征是：

草铵膦盐酸盐溶液中的溶剂为C1～C3的烷基醇中的任一种。

5.根据权利要求3所述的有机碱法制备高纯草铵膦的方法，其特征是：

所述步骤3)中的打浆时间为0.5～1.5小时，搅拌转速为500～700r/min。

6.根据权利要求3所述的有机碱法制备高纯草铵膦的方法，其特征是：

所述步骤3)中，打浆结束后，冷却至-10～20℃后过滤。

7.根据权利要求2所述的有机碱法制备高纯草铵膦的方法，其特征是：所述步骤5)中的无机碱为碱金属。

8.根据权利要求7所述的有机碱法制备高纯草铵膦的方法，其特征是：所述碱金属为氢氧化钠。