CN114262346B - 一种采用微反应器合成毒死蜱的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农药合成方法技术领域，具体涉及一种采用微反应器合成毒死蜱的方法。本方案的工艺过程为：将醇钠溶液、碱液和乙基氯化物分别输入微反应器的微通道中，在pH为9‑10、温度为92‑95℃、停留时间为50‑70s的反应条件下合成毒死蜱，连续收集反应流出液。本方案可以解决采用现有的合成工艺的成品质量难以控制的技术问题，是一种高效的、连续的、低成本的毒死蜱合成工艺。
Description
技术领域
本发明涉及农药合成方法技术领域，具体涉及一种采用微反应器合成毒死蜱的方法。
背景技术
毒死蜱是一种有机磷杀虫剂，具有触杀、胃毒和熏蒸的作用，用于玉米、棉花、水稻、大豆、花生、甜菜、果树、蔬菜，防治多种土壤和叶面害虫。现有的毒死蜱合成路线为：3,5,6-三氯吡啶醇钠与O,O-二乙基硫代磷酰氯，在催化剂条件下，于水相中缩合得到。
中国专利CN102775443A(毒死蜱的合成方法)中报道将三氯吡啶醇钾成品投入反应釜，加入水、硼酸和催化剂，搅拌升温至75-80℃，维持pH为9-10，滴入乙基氯化物，维持3-5小时，静置分相，分出油相，油相加入无水乙醇重结晶，抽滤、风干后得毒死蜱成品。该工艺保温时长需要3-5小时，还需要使用乙醇进行重新结晶，操作繁琐。中国专利CN109320549A(一种高温合成毒死蜱的方法)中报道：将四氯吡啶碱解得到三氯吡啶醇钠浆料；在温度为70-90℃，pH为7-8.5的条件下，将O,O-二乙基硫代磷酰氯滴加至所述三氯吡啶醇钠浆料和复合催化剂的混合液中，得到反应液；滴加完毕后，将所述反应液保持在温度为70-90℃，pH为7-8.5的条件下继续反应。该工艺反应周期较长，产生的副产物较多，获得的产品的纯度和收率有限，不满足应用需求。且该方案能耗较高且产量小，且操作繁琐不能实现连续生产，成本高，给生产带来诸多麻烦。中国专利CN113121597A(凝聚态制备毒死蜱的方法)中报道了如下一种毒死蜱的合成方法：以三氯吡啶醇钠、乙基氯化物为原料，在催化剂及碱的作用下进行缩合反应制得，在缩合反应时未加入水，以降低乙基氯化物的水解，减少了杂质的生成，提高了产品纯度，缩合反应结束后在加入少量水洗去反应生成的盐。该方法三氯吡啶醇钠反应不彻底，所以利用率较低，同时三氯吡啶醇钠有结晶水，不可能完全进行无水反应，三种固体三氯吡啶醇钠、催化剂、片碱晶体大小不一，导致物料混合不均匀，不是均相反应，导致反应时间过长。
可见经过多年的发展，由于提高毒死蜱生产质量的技术难点尚未攻克，其合成方法尚未得到有效改进，因此，寻找一种高效的、连续的、低成本的工艺势在必行。
发明内容
本发明意在提供一种采用微反应器合成毒死蜱的方法，以解决采用现有的合成工艺的成品质量难以控制的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用微反应器合成毒死蜱的方法，将醇钠溶液、碱液和原料乙基氯化物分别输入微反应器的微通道中，在pH为9-10、温度为92-95℃、停留时间为50-70s的反应条件下合成毒死蜱，连续收集反应流出液。
本方案的原理及优点是：
本方案采用微反应器的形式，进行毒死蜱的合成。微反应器传热能力强，混合均匀性好，大大缩短反应时间，相对于常规间歇式反应，本方案的反应时间大大减少。另外，微通道内径小，比表面积大，微通道反应使物料更易混合，可以提高反应收率和产品质量，采用本技术方案，成品的收率可达98％以上。并且，单个硫特普杂质易控制，均能够控制在小于0.1％的水平，由于杂质变少，可解决成品不完全结晶等问题。本方案生产工艺简单，连续化生产能够提高产能。
现有的毒死蜱在生产合成通常采用间歇反应釜，反应时间长，产能小，质量不稳定，由于乙基氯化物物料滴加后长时间停留在反应釜里面，导致乙基氯化物自身缩合产生硫特普杂质，硫特普杂质经常偏高大于0.3％，给生产带来诸多麻烦，另一方面杂质偏高后导致成品常温下不完全凝固，客户经常投诉。采用本技术方案可以解决常规毒死蜱生产中存在的问题，是一种连续的、可控的、稳定的生产工艺，为提高产品质量创造了条件。
在本技术方案中，将合成反应的条件控制在pH为9-10、温度为92-95℃、停留时间为50-70s，可以保证反应的顺利进行。pH值高于该范围，得到的毒死蜱水解，硫特普杂质偏高；pH值低于该范围，不能有效的缩合，原料反应不彻底。温度高于该范围，产品容易高温水解；温度低于该范围，会导致反应不完全的后果。停留时间长于该范围，毒死蜱成品在长时间高温下变质，影响产率、纯度；停留时间短于该范围，原料反应不完全，收率偏低。
综上所述，本方案的有益效果在于：成品质量稳定，杂质易控制，几乎无质量投诉；物料可以精准比例瞬间混合均匀，生产效率高；本方案过程简单、产量大、无副产且能耗低，可实现连续化生产。
进一步，所述醇钠溶液的成分包括三氯吡啶醇钠、乙腈、水和催化剂。本方案使用乙腈为溶剂，能够较为高效地促进反应进行。发明人曾经尝试使用甲醇、乙醇和异丙醇代替醇钠溶液组成中的乙腈，发现采用这些物质会导致杂质生成量过多，影响产物纯度和收率。
进一步，所述催化剂包括A1,A2和A3；A1为2-甲基环己胺、4-二甲氨基吡啶和4-甲胺基吡啶中的一种；A2为4-丁基溴化铵、苄基三甲基氯化铵和苄基三乙基氯化铵中的一种；A3为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯和聚乙二醇中的一种。上述催化剂的应用可高效促进合成反应的进行，且上述催化剂为现有技术中常规催化剂，易于获取。
进一步，三氯吡啶醇钠来源于三氯吡啶醇钠原料；三氯吡啶醇钠原料、乙腈和水的质量比为1：1.7-2.5：2.0-2.4。采用上述的质量比，三氯吡啶醇钠的浓度适中，适合于微通道反应的进行。
进一步，微通道反应器的微通道的内径为2.0mm。在上述内径的反应腔，原料之间可充分接触，促使反应高效进行。
进一步，醇钠溶液、碱液和原料乙基氯化物分别输入微反应器的微通道的流速为6.5-7.5g/min、0.85-0.95g/min和0.85-1.15g/min。乙基氯化物泵流速过低，会导致原料反应不彻底；乙基氯化物泵流速过高，会导致硫特普高，原料浪费。醇钠溶液泵流速过低，乙基氯化物过量，导致收率低，同时硫特普杂质偏高；醇钠溶液泵流速过高，导致三氯吡啶醇钠剩余，收率低，并且三氯吡啶醇钠的排放增加三废处理成本。
进一步，所述碱液为质量分数为12-14％的碳酸钠溶液；三氯吡啶醇钠原料中三氯吡啶醇钠的质量百分含量大于85.5％，原料乙基氯化物中O,O-二乙基硫代磷酰氯的质量百分含量大于99％。上述浓度为碳酸钠溶液常规浓度，浓度适中，且易于配制。上述纯度的原料乙基氯化物和三氯吡啶醇钠原料可避免在产品中引入更多杂质。
进一步，反应流出液依次经蒸馏、碱洗、酸洗和脱水后，获得毒死蜱成品。通过上述步骤，可以有效除去杂质，提升毒死蜱成品的纯度。
进一步，对所述反应流出液进行蒸馏处理，获得毒死蜱粗品；毒死蜱粗品经过分液取有机相后，获得待碱洗物料；在待碱洗物料中加入水并调节pH值为9-10，碱洗1h后静置分液取有机相，获得待酸洗物料，且待碱洗物料和水的质量比为1:0.5-0.6；在待酸洗物料中加入水，并调节pH值为2-3，酸洗1h后静置分液取有机相，获得待脱水物料；待脱水物料经脱水后，获得含水量小于0.1％的合格成品。碱洗的pH值过低，会导致没有反应完全的三氯吡啶醇钠溶解在产物中，导致产品纯度不能到99％。碱洗pH值过高，毒死蜱水解，导致收率偏低，同时产生杂质。酸洗和碱洗pH值过高或者过低均不能有效去除杂质。
进一步，毒死蜱成品的单个杂质含量小于0.1％、纯度大于99％。上述条件符合产品质检要求，为合格品。
综上所述，毒死蜱的合成反应为均相反应，现有技术为使用间歇式反应搅拌的方式，物料不容易充分混合，原料三氯吡啶醇钠很难反应完全，导致反应时间长，絮状物多，生产分液困难。现有技术中，使用乙基氯化物原料滴加到反应釜中的方法，乙基氯化物原料很容易富集，在碱性条件下富集的乙基氯化物自身水解缩合产生硫特普杂质，导致毒死蜱的生产难于控制，经常导致成品质量不合格。本技术方案采用微通道反应的形式，实现了连续反应，提升了产品质量，提升了产品的合格率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。若未特别指明，下述实施例以及实验例所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，且所用的材料、试剂等，均可从商业途径得到。
实施例
一种采用微反应器(可选用山东金德新材料有限公司型号C0-4)合成毒死蜱的方法，工艺过程具体如下：
将三氯吡啶醇钠原料100g投入四口瓶中，其中，三氯吡啶醇钠原料中三氯吡啶醇钠的质量百分含量大于85.5％，三氯吡啶醇钠的结构式参见式(1)。加入重量为三氯吡啶醇钠原料的1.7-2.5倍的溶剂乙腈和重量为三氯吡啶醇钠原料的2.0-2.4倍水。然后，加入催化剂A1,A2和A3，搅拌成溶液备用，获得醇钠溶液。A1,A2和A3在醇钠溶液中的质量百分含量分别为0.2-0.3％、0.25-0.35％和0.1-0.15％。其中，A1为2-甲基环己胺、4-二甲氨基吡啶和4-甲胺基吡啶中的一种；A2为4-丁基溴化铵、苄基三甲基氯化铵和苄基三乙基氯化铵中的一种；A3为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯和聚乙二醇中一种。
配置质量分数为12-14％的碳酸钠溶液备用，准备原料乙基氯化物(O,O-二乙基硫代磷酰氯(原料乙基氯化物中O,O-二乙基硫代磷酰氯的质量百分含量大于99％)，结构式参见式(2))备用。然后将上文中配制的醇钠溶液、碳酸钠溶液和原料乙基氯化物，三种物料同时用泵打入微反应器中，微反应器的温度设置为92-95℃(主反应温度)，保持pH为9-10反应(在线实时监控微反应器中pH值情况，主反应pH值)，连续出料。微通道反应器内径为2.0mm，停留时间为50-70s(主反应停留时间),醇钠溶液泵的流速为6.5-7.5g/min,碱水泵(碳酸钠溶液)的流速为0.85-0.95g/min，乙基氯化物泵的流速为0.85-1.15g/min,收集反应流出液，流出液中含有目的成分毒死蜱(结构式参见式(3))。本方案的化学反应方程式参见式(4)。对反应流出液进行常规蒸馏(真空度为-0.09MPa，温度为50-55℃)，脱出乙腈(溶剂可以循环套用)，得到的毒死蜱粗品。粗品分液，其有机相加入物料质量的1.7-2.5倍的水,调节pH值为9-10进行碱洗，碱洗温度70-73℃，碱洗1小时，静置分液，取有机相。在有机相中加入有机相质量的0.5-0.6倍的水,用稀盐酸调节pH为2-3进行酸洗1h，分液，有机相负压脱水(真空度为-0.085MPa，温度为78-82℃，中控水份小于0.1％)，得到合格成品。成品的单个杂质小于0.1％(单个杂质为硫特普，又称治螟磷)，收率大于98.0％，HPLC检测成品，毒死蜱纯度大于99.0％。上述指标的测量标准参见GB/T 19604-2017(毒死蜱原药)。
现有技术通常采用间歇反应合成毒死蜱，其成品质量不能控制，在工艺温度为40℃,pH为8-9条件下，滴加乙基氯化物反应，需要保温3.5h才能完成反应，反应周期较长，产生的副产物较多，絮状物多不易分层，单个杂质偏大，成品质量不易控制。而本技术方案克服了现有技术的缺陷。
试验1-试验6基本同上述工艺流程，参数的具体设置形式详见表1。
表1：试验1-试验6的参数设置以及产品性能测试结果
试验7-24基本同试验1的工艺流程，不同点在于，部分参数的设置(参见表2)，具体如下：
试验7-8、16-20分别使用甲醇、乙醇、异丙醇、DMF、DMAC、丙酮和乙酸乙酯代替醇钠溶液组成中的乙腈。试验7-8/16(分别为甲醇、乙醇和异丙醇)的溶剂的加入量为三氯吡啶醇钠原料的5倍(重量)，醇钠溶液泵的流速为20g/min。试验17和18(分别为DMF和DMAC)的溶剂的加入量为三氯吡啶醇钠原料的6倍(重量)，醇钠溶液泵的流速为20g/min。试验19和20(分别为丙酮和乙酸乙酯)的溶剂的加入量为三氯吡啶醇钠原料的7倍(重量)，醇钠溶液泵的流速为20g/min。试验9的主反应温度为88℃；试验10的主反应温度为98℃；试验11的主反应pH值为8；试验12的主反应pH值为11；试验13的主反应停留时间为40s；试验14的主反应停留时间为80s；试验15将对毒死蜱粗品的洗涤顺序更换，先进行酸洗，再进行碱洗，具体为：毒死蜱粗品分液，其有机相加入物料质量的1.7倍的水，用稀盐酸调节pH为2进行酸洗1小时，分液，取有机相；在有机相中加入有机相质量的0.5倍的水,调节pH值为9进行碱洗，碱洗温度70℃，碱洗1小时，静置分液，取有机相；有机相负压脱水(真空度为-0.085MPa，温度为78-82℃，中控水份小于0.1％)，得到成品。试验21：使用2-甲基环己胺等量代替试验1中的4-甲胺基吡啶，使用4-丁基溴化铵等量代替试验1中的苄基三乙基氯化铵，使用烷基酚聚氧乙烯醚等量代替聚乙二醇。试验22使用4-二甲氨基吡啶等量代替试验1中的4-甲胺基吡啶，使用4-丁基溴化铵等量代替试验1中的苄基三乙基氯化铵，使用脂肪酸聚氧乙烯酯等量代替聚乙二醇。试验23使用2-甲基环己胺等量代替试验1中的4-甲胺基吡啶，使用苄基三甲基氯化铵等量代替试验1中的苄基三乙基氯化铵，使用烷基酚聚氧乙烯醚等量代替聚乙二醇。试验24使用4-二甲氨基吡啶等量代替试验1中的4-甲胺基吡啶，使用苄基三甲基氯化铵等量代替试验1中的苄基三乙基氯化铵，使用脂肪酸聚氧乙烯酯等量代替聚乙二醇。
表2：试验7-24的产品性能测试结果
由表2的实验结果可知，试验7-8、16-20使用的醇钠溶液的溶剂分别为甲醇、乙醇、异丙醇、DMF、DMAC、丙酮和乙酸乙酯，相对于本技术方案中使用乙腈为溶剂的技术方案，获得的产物的单个杂质含量较高，并且产物的收率和纯度欠佳。所以经过测试发现，在通过微反应器合成毒死蜱时，采用乙腈作为溶剂的效果非常理想，显著优于采用其他溶剂。试验9的主反应温度过低，反应不完全；试验10的主反应温度过高，产品高温水解，均会导致杂质的产生且产品收率不理想。试验11的主反应pH值过低，导致缩合反应不能有效进行，原料反应不彻底，虽然产物中单个杂质含量较低，但是反应收率非常的不理想。试验12的主反应pH值过高，反应得到的毒死蜱发生水解，且硫特普杂质偏高。试验13的主反应停留时间过短，原料反应不完全，导致收率偏低。试验14的主反应停留时间过长，毒死蜱成品在长时间高温下变质，影响产率、纯度。试验15将对毒死蜱粗品的洗涤顺序更换，先进行酸洗，再进行碱洗。发明人通过实验发现，产物纯化操作的工艺顺序对产物质量有非常大的影响。先进行碱洗再进行酸洗，可以较大程度地保持产物的各项指标处于理想水平，一旦将工艺顺序更换，则产物的硫特普杂质含量、产率和纯度就会受到显著影响。发明人进而分析了产生上述现象的原因在于毒死蜱在酸性条件下稳定性较好，但是其长期处于碱性条件易变质，而后碱洗的操作会导致毒死蜱长期处于碱性条件中。试验21-试验24选用了与试验1-6不同的三种催化剂，产品的收率和纯度均比较理想，只是单个杂质含量偏高，说明选择合适的催化剂可以降低硫特普的含量，而该杂质是影响产品质量的主要物质。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (5)
1.一种采用微反应器合成毒死蜱的方法，其特征在于：将醇钠溶液、碱液和原料乙基氯化物分别输入微反应器的微通道中，在pH为9-10、温度为92-95℃、停留时间为50-70s的反应条件下合成毒死蜱，连续收集反应流出液；
所述醇钠溶液的成分包括三氯吡啶醇钠、乙腈、水和催化剂；所述催化剂包括A1,A2和A3；A1为4-甲胺基吡啶；A2为苄基三乙基氯化铵；A3为聚乙二醇；A1,A2和A3在醇钠溶液中的质量百分含量分别为0.2-0.3％、0.25-0.35％和0.1-0.15％；三氯吡啶醇钠来源于三氯吡啶醇钠原料，三氯吡啶醇钠原料中三氯吡啶醇钠的质量百分含量大于85.5％；三氯吡啶醇钠原料、乙腈和水的质量比为1：1.7-2.5：2.0-2.4；
对所述反应流出液进行蒸馏处理，获得毒死蜱粗品；毒死蜱粗品经过分液取有机相后，获得待碱洗物料；在待碱洗物料中加入水并调节pH值为9-10，碱洗1h后静置分液取有机相，获得待酸洗物料，且待碱洗物料和水的质量比为1:0.5-0.6；在待酸洗物料中加入水，并调节pH值为2-3，酸洗1h后静置分液取有机相，获得待脱水物料；待脱水物料经脱水后，获得含水量小于0.1％的合格成品。
2.根据权利要求1所述的一种采用微反应器合成毒死蜱的方法，其特征在于：微通道反应器的微通道的内径为2.0mm。
3.根据权利要求2所述的一种采用微反应器合成毒死蜱的方法，其特征在于：醇钠溶液、碱液和原料乙基氯化物分别输入微反应器的微通道的流速为6.5-7.5g/min、0.85-0.95g/min和0.85-1.15g/min。
4.根据权利要求3所述的一种采用微反应器合成毒死蜱的方法，其特征在于：所述碱液为质量分数为12-14％的碳酸钠溶液；原料乙基氯化物中O,O-二乙基硫代磷酰氯的质量百分含量大于99％。
5.根据权利要求4所述的一种采用微反应器合成毒死蜱的方法，其特征在于：毒死蜱成品的单个杂质含量小于0.1％、纯度大于99％。
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