（化学工程专业论文）356三氯吡啶2醇钠的合成.pdf

浙江人学硕十学位论文 摘要 3 ，5 ，6 三氯吡啶一2 一醇钠( 三氯吡啶醇钠) 是一种重要的化工原料和性能优良 的螯合浮选剂，特别是生产农药毒死蜱、甲基毒死蜱的关键中间体。它的合成收 率的高低，对毒死蜱的生产成本起着决定性作用。 三氯吡啶醇钠的合成方法主要有吡啶法和环合法，环合法又分为三氯乙酰氯 法、三氯乙酸苯酯法和丙烯酰氯法。本文首先综述了各种不同的合成路线以及各 种合成路线方法的利弊，最终选择了三氯乙酰氯分步合成法作为该实验的合成路 线。三氯乙酰氯分步合成法就是以三氯乙酰氯和丙烯腈为原料，在氯化亚铜催化 剂的作用下，经过加成、环化、芳构化三步反应最后得到产品三氯吡啶醇钠，其 中加成、环化、芳构化三步反应是分别在不同的反应釜中完成的。 其次，介绍了吡啶合成法和三氯乙酰氯合成法的反应机理，重点介绍了三氯 乙酰氯法的反应机理。研究各步反应历程，把握各步反应规律对优化实验操作有 很大意义。 最后，在实验中考察了催化剂用量、原料配比、反应温度、加料方式、催化 剂及原料和溶剂的回收、环合反应温度等因素对合成收率的影响，最后设计正交 试验优化了工艺条件并对实验进行了重复性验证，确定了最优工艺方案。 采用最优工艺方案制得的三氯吡啶醇钠平均收率达7 3 5 ，产品结构经过红 外波谱( 吸) 、气质( g c m s ) 确认，产品的含量经h p l c 测定为8 2 。 关键词：三氯乙酰氯加成环化芳构化三氯吡啶醇钠合成 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t s o d i 啪3 ，5 ，6 一t r i c l d o r o p y r i d i n 一2 o li sa l li m p o r t 孤tc h 锄i c a lm a t e r i a l ，c h e l a t 吨 n o a t i n ga g e n to fc h o i c e n e s sp e 而r m 锄c e ， m a i ni n t e r m e d i a t ef o r s y n t h e s i z i n g o o d i e t h y l - o - 3 ，5 ，6 一t r i c h l o r 0 - 2 p 妒d y lp h o s p h o r o t l l i o a t ea 1 1 do o - d i m e t h y l o - 3 ，5 ，6 - t r i c l l l o r 0 2 - p 如d y lp h o s p h o r o t h i o a t e t l l em e m o df o rp r o d u c i n gt r i c h l o r o p ) ，r i d i n 0 1s o d i 啪i n c l u d ep y r i d i n er o u t e ，a c 妒 l i ca c i dw a y ，b e n z e n et r i c h l o r o a c e t a t ea i l dt r i c h l o r o a c e t y lc l l l o r i d ew a ye t c t h et h e s i s s 煳a r i z ed i v e r s i f i e dm e t h o df o rp r o d u c i n gt r i c h l o r o p y r i d i n o ls o d i 啪孤dm e i r a d v a l l t a g e s 锄dd i s a d v a n 乜毽e s ，a d o p tb r a i l c hs y n t h e s i sw i mt r i c l l l o r o a c e t y lc h l o r i d e 1 1 1 i sm e t h o dp r e p a r e ss o d i u m3 ，5 ，6 - t r i c l l l o r o i ) 蜘d i n 2 - o lt l 啪u 曲t h es t 印so fa d d i t i o n ， c y c l i z a t i o n ，a r o m a t i z a t i o nb yu s i n gt r i c m o r o a c t e y lc 1 1 l o r i d ea n da c r y l o i l i t r i l e a d d i t i o n ， c y c l i z a t i o n ，a r o m a t i z a t i o nr e a c t i o na r eo p e r a t e di nd i 伍：r e n tr e t o r t s i i lt h es e c o n d ，i n t r o d u c et h em e c h 乏m i s mo ft h em e t h o d so f p 妒d i n ea n dt r i c h l o r o a c e t y lc 1 1 l o r i d e ，e s p e c i a l l yt l l em e c h a n i s mo ft h em e m o do ft r i c l d o r o a c e t y lc l l l o r i d e n i si i n p o r t a i l tt of i n do u tm eg e n e r a lc h a r a c t 甜s t i ca i l dm l e f i n a l l y ，t h ef a c t o r si i l n u e n c i n gt h ey i e l ds u c ha sm eq 腆l t i 够o fc a t a l y s t ，t 1 1 er a t i o o fr a w ，r e a c t i o nt e i i l p e r a n l r e ：，t h ec a l l b a c ko f c a t a l y s t ，r a 、va i l ds 0 1 v e n t ，t e m p e r a n 肺eo f a r o m a t i z a t i o n ，e c t ，w e r es t u d i e d t h eo p t i i m lr e a c t i o nc o n d i t i o nw 嬲d e t e 肌i n e db y o r t h o g o n a lt e s t sa n dc o n f i 衄e db yr 印e a te x p e r i m e n t s a t1 a s t ，t h e s i sb r o u g h tf o 刑a r d o p t i o i i a lc o n t r d lp a r a m e t e r so ft e c l l i l o l o 醪 1 1 1 ep r o d u c t i o ni so b t a i n e du n d e ro p t i m a lr e a c t i o nc o n d i t i o na i l dt h ey i e l di s7 3 5 ，t h es t m c t u r eo fs o d i 啪3 ，5 ，6 一t r i c l l l o r o p ) ，r i d i n - 2 一o li si d e n t i f i e d b yi n 丘a r e ds p e c 仃a ( 瓜) ，g a sc h r o m a t o g r a m - m a s ss p e c 臼o s c o p y ( g c m s ) t h e c o n t e n to fs o d i 啪 t r i c h l o r o p 如d i i l o l d e t e n n i n e db yt h eh 蜘p e 而m a n c el i q u i dc h r o m a t o 孕锄 m e t l l o di s8 2 k e yw o r d ：蹦c h l o r o a c t e y lc h l o r i d e a d d i t i o n c y c l i z a t i o n a r o m a t i z a t i o n s o d i 啪3 ，5 ，6 - t r i c m o r o p 如d i n 一2 一o ls y i l t h e s i s 浙江人学硕士学位论文 第一章前言 耕地面积不断减少，世界人口不断增加，人类对生存环境的保护意识不断增 强，使得人口、粮食、环境成为当前及进入二十一世纪的突出问题，摆在了人类 的面前。人口增长需要更多的粮食。通过提高农业生产技术和复种指数，加强 优质高产作物杂交品种的育种栽培，使用杀虫、抗病、除草农药，世界作物产 量有效地提高了3 倍。而至2 0 4 0 年久类必须将世界上现有农作物的产量再提高 3 倍，才能满足需要。提高粮食产量离不开农药。当前，世界农业虽然已使用农 药，每年仍有3 5 的农作物损失，倘若离开农药，损失则高达7 0 。由此可见， 农药已成为人类生存和发展不可缺少的救灾物谢1 1 。 近年来，随着环境保护呼声的日益高涨，高毒农药的大量使用对环境负面影 响已引起世界范围的广泛关注。因此，许多国家和一些国家组织纷纷制定法规禁 止或限制高毒农药的使用，如美国颁布了联邦食品安全法，要求重新对每种 农药进行全面的危害性评估，联合国粮农组织及环境规划署制定了p i c 公约 ( 即对某些危险化学品及农药在国际贸易中采用事先知情同意程序的简称) ， 目前对2 2 种农药( 其中包括4 个高毒有机磷杀虫剂) 作出进口限制。我国是高 毒农药生产大国，6 个高毒有机磷杀虫剂( 甲胺磷、久效磷、对硫磷、甲基对硫 磷、氧乐果、敌敌畏) 的产量占全国农药总产量的1 3 以上，其中高毒的甲胺磷 农药，一个品种的产量就达7 2 万吨。特别值得注意的是：因甲胺磷等高毒农药 蔬菜上的使用所导致的食物中毒事件不断发生，给人们的生命财产安全带来了极 大的危害。为此，国家经贸委及农业部相关部部门拟组成专门班子，征求专家意 见、相关企业意见以及国家有关部门的意见，对淘汰甲磷胺、对硫磷、甲基对硫 磷、磷胺、久效磷五个高毒农药提出如下的时间表： l 、2 0 0 3 年5 月份以前，只限制在棉花上使用，取消高毒农药在其它作物 上的登记( 生产出来的产品标签、说明书上的登记作物仅为棉花) 。 2 、2 0 0 4 年1 月份以前，库存产品用完( 指贴原发证使用范围标签的产品) 。 3 、2 0 0 4 年1 月份以前，只准使用在棉花上( 市场上只准销售所贴签的使 用范围仅为棉花的产品) 。 4 、2 0 0 5 年1 2 月以前，取消国内登记，库存产品于1 年内用完( 指所贴标 浙江大学硕七学位论文 签的使用范围仅为棉花的产品) ，只保留向国外出。( 可能有二个方案：其一， 保留少数几个企业，但要实行招标形式，中标企业要付出一定的代价，同时税收 也要改变；其二，只要是产品出口，不限制企业) 。 5 、2 0 0 7 年1 月1 日起全面禁止在农业上使用。 国家石化局和农业部已制订出中国农药工业“十五”发展规划中，要求在“十 五”期间，彻底削减高毒有机磷杀虫剂，同时要大力开发新型高效替代品种。 由于环境及登记要求越来越高，迫切需要寻找药效更好、使用更安全的新结 构化合物。这加剧了新农药的开发难度，成功率急剧下降，1 9 5 0 年代为1 1 8 0 0 ， 1 9 6 0 年代为1 1 3 0 0 0 ，1 9 7 0 年代为l 1 2 0 0 0 ，1 9 8 0 年代为l 2 0 0 0 0 ，进入1 9 9 0 年 代为1 3 0 0 0 0 ，而到了1 9 9 6 年下降至1 8 0 0o o ，仅为1 9 5 0 年代的1 4 0 。目前开 发一个新农药化合物需历时7 l o 年，耗资上亿甚至几亿美元。虽然如此，每 年农药公司仍投入$ 3 0 亿的资金从事新农药的研究和开发。同时随着科技进步和 计算机辅助农药分子设计技术的应用，农药的开发速度加快，每年投放市场的新 结构农药由1 9 7 0 年代的9 个上升至目前的1 3 个。 目前，新农药的开发仍以化学农药为主，同时天然源( 动物源、植物源和微 生物源) 农药的开发也极受关注。新近开发的化学农药以杂环类化合物居多，杂 环的引入提高了生物活性和选择性。具有含氟取代物的化合物药效突出，因此 向各类农药中引入氟原子已成研究热点。此外，采用立体有择合成、拆分和差 向异构等新技术、新工艺生产的高效异构体己成为高效农药中的新贵；含杂原 子的稠环、螺环化合物作用机理独特，不易产生抗性，同样引入注目。可以确 信，具生物活性的天然产物成为植保用品主流的日子可能会到来，因为对环境 不利的化学农药使用范围正在缩小，害物对现有农药的抗性在增强，从天然源 特别是从众多的植物源中寻找新一代农药的研究正成为一个热门话题。同时对 这类天然源产物的研究也可以启迪化学农药开发的思路或寻找出化学农药的前 体化合物【2 1 。 从近几年文献报道看，国内外农药开发的方向是高效、低毒、低残留、无污 染，具体体现为追求“三高 ： 安全性高，这不仅要求毒性低，残留低，而且要求能降解，无公害； 生物活性高，新开发的化合物有效剂量大都在5 1 0 0 1 0 4 m 2 ，部分除草 2 浙江大学硕士学位论文 剂甚至达到了1 1 0 4 m 2 以下； 选择性高，几乎所有新品种都具有特定的作用方式，对靶标害物以外的作 物、益虫无活性。这“三高”基于一个共同点，即保护人类生存的环境。 目前可替代高毒有机磷农药的品种很多，主要包括4 类品种，它们是低毒有 机磷杀虫剂、杂环类杀虫剂、昆虫生长调节剂和生物杀虫剂。毒死蜱是一个传统 的有机磷杀虫剂，由于它对人畜毒性相对较低，杀虫谱广，防效出色，从而在全 球范围广泛应用，作为防治农业害虫和家庭害虫的重要农药之一，已沿用了3 0 多年，是理想的高毒杀虫剂的替代品种，在世界杀虫剂销售额中排名第一，达 4 6 亿美元。在我国，目前由于甲胺磷等高毒农药禁用范围仅限于蔬菜、水果等 少数作物，未能涉及主要作物品种，高毒有机磷还有较大的市场，但是随着人民 生活水平的提高和环保意识的增强，以及高毒农药品种市场降温并退出市场，为 毒死蜱提供了很大的发展空间，在“十五农药规划中增加能力为1 5 万吨年。 而三氯吡啶醇钠正是生产毒死蜱的关键中间体，对其工业化的开发研究既符合国 家产业结构调整的需要，又有足够大的市场发展空间。五个高毒有机磷品种退市 以后，产生的巨大市场空间问题，必须用高效、广谱、低毒性的新品种来取代。 毒死蜱正是这些高毒农药的重要替代品种之一，它具有吨位大、毒性小、成本低 等优点，具备替代的可行性和必要性【3 一。 - 3 浙江大学硕十学位论文 2 1 毒死蜱的概况 第二章文献综述 2 1 1 毒死蜱生产现状及市场分析 毒死蜱是由美国道化学公司1 9 6 5 年开发成功的有机磷杀虫剂，由于其高 效、广谱、低毒、低残留等突出优点，被国家定为第一批推荐替代高毒农药的品 种。据统计，国内企业登记毒死蜱产品，原药、单剂始于1 9 9 3 年。复配制剂始 于1 9 9 4 年，到1 9 9 8 年仅有1 5 家企业登记产品2 7 个厂次，1 9 9 9 年起市场升温 成为热点品种，至2 0 0 1 年上半年全国已有1 8 个省、市7 9 家企业产于生产( 其 中原药生产企业1 0 家) ，登记产品增至1 2 2 个厂次，同时国外有6 家企业在我国 登记原药和制剂，成为国外、外资企业相互竞争的产品。 截止到2 0 0 3 年年底，在我国登记毒死蜱原药产品的企业只有2 0 家。自2 0 0 4 年以来，随着5 种高毒有机磷农药产品逐渐退出市场，作为一种有效替代农药 品种，毒死蜱制剂产品登记数一直保持较高的态势，相应地其原药产品登记数也 随之剧增。现把2 0 0 4 年以来，截止到2 0 0 6 年9 月份新登记毒死蜱原药产品的 企业情况简要介绍如下。 表2 12 0 0 4 2 0 0 6 年新登记毒死蜱原药产品企业情况 4 浙江大学硕士学位论文 限公司、江苏丰山集团有限 有资料显示，在第一批推荐替代高毒农药的品种中，毒死蜱是最为热门的产 品，原药、制剂、复配生产企业纷纷登记上马，截止2 0 0 6 年底，全国共有原药 企业3 9 家、单一制剂企业1 7 3 家、复配制剂企业3 9 1 家。毒死蜱产能也在不 断扩大，如浙江新农化工股份有限公司产能由3 0 0 0 吨扩大到5 0 0 0 吨，浙江新 安化工集团和南京红太阳集团均拥有5 0 0 0 吨的生产能力。 目前，毒死蜱销售正值旺季，浙江新农化工、江苏宝灵化工、安徽华星化工 等企业的原药都呈现供不应求的局面，由于受陶氏益农公司原药降价的影响， 9 8 含量的原药比去年同期下降2 0 0 0 元吨，为4 3 万4 5 万元吨。山东邹平 农药有限公司、青岛海利尔药业有限公司等山东省境内企业制剂销售火爆，市场 价为1 5 0 0 0 元吨，虽然每吨比去年同期的1 8 0 0 0 元下降3 0 0 0 元，但每吨还有 3 0 的利润空间。原药出口价平均为4 3 5 0 0 元吨，比去年同期4 6 万4 7 万元 吨的出口价下跌7 4 。其主要原因为：1 国内厂家无序竞争，互相杀价。2 印 度米苏有限公司、格达化学有限公司在国际市场上的价格较低，制约着我国企业 的价格。3 人民币汇率升值的因素。 事实上，我国毒死蜱的价格较之5 年前已经有了很大的下降，目前原药的质 量和价格与进口产品已很接近，这是非常了不起的贡献。与甲胺磷等高毒农药相 比，使用毒死蜱的成本表面看略高一点，但从用药量和药效而言，就感到使用毒 死蜱是值得的，甲胺磷每亩用1 2 0 毫升，而毒死蜱每亩用只要6 0 毫升，而且持 续时间更长，毒性残留更低，毒死蜱毒性只有甲胺磷的1 1 0 ，这是明显的优势。 目前，我国毒死蜱生产技术、工艺路线已形成了一套成熟的具有自主知识产权的 体系，质量己可与美国陶氏益农等国外大公司产品相抗衡，原药价格与国外大公 司价格基本持平。 进口毒死蜱制剂( 4 8 乐斯本乳油) 由于使用成本较高，在国内最早主要应 用于果树、棉花、蔬菜等经济作物，如防治苹果绵蚜和介壳虫，对桃食心虫、卷 叶虫也有很好防效；防治柑桔介壳虫、黑刺粉虱，兼治柑桔蚜虫、潜叶蛾等多种 害虫；防治棉花棉蚜、棉铃虫等；防治蔬菜地下害虫，如韭菜、大蒜和葱的根蛆， 5 - 浙江大学硕士学位论文 以及保护地蔬菜的美洲斑潜蝇、跳甲、斜纹夜蛾、菜青虫、蚜虫、瓜绢螟等多种 害虫，防治旱地作物花生、大豆、玉米等的小地老虎、蛴螬、金针虫、蝼蛄。 复配制剂在拓展市场中将成为主力，国外企业在我国登记产品名称有：农地 乐2 2 、5 2 2 5 乳油( 毒死蜱+ 氯氰菊酯) ，大福生51 乳油( 毒死蜱+ 氟铃脲) ，安 保5 2 5 乳油( 毒死蜱+ 催杀) ，速凯4 4 乳油( 氯氰菊酯+ 毒死蜱) 。国内企业已登 记的4 4 个复配制剂中，毒死蜱与阿维菌素、氯氰菊酯、辛硫磷、三唑磷四个品 种分别组合复配登记2 8 个厂次，占复配制剂登记总数的6 3 6 。阿维毒乳油 登记1 1 个厂次中，有8 个产品登记用于十字花科蔬菜防治小菜蛾、菜青虫、在 推广应用时较受欢迎。毒、辛乳油登记5 个厂次中，有3 个产品登记用于防治韭 菜根蛆、有利于改善使用高毒农药品种的现状。毒死蜱与氯氰菊酯复配登记9 个厂次中，有5 个产品登记用于棉花防治棉铃虫；毒死蜱与三唑磷复配登记3 个三厂次，分别登记用于水稻防治二化螟、三化螟、纵卷叶螟。 2 1 2 毒死蜱主要潜在市场竞争对手分析 关于五个高毒有机磷品种退市以后，产生的巨大市场空间问题，国家农业部 农技推广中心提出了指导性意见，各省级农技推广部门都结合当地实际情况相继 发布了一些推荐优选品种。 1 锐劲特通用名称氟虫腈( f i p r o n i l ) 化学名称：( r s ) 5 氨基1 ( 2 ，6 二氯一4 a - 三氟 甲基苯基) 一4 三氟甲基亚磺酰基吡唑3 腈。5 锐劲特悬浮剂为德国拜耳公司在 中国登记的专利产品，其杀虫谱、使用范围以及用药注意事项等都和毒死蜱相似， 但用药后持效期长，用量少，剂型先进，符合环保要求。锐劲特的显著优点是用 于防治水稻螟虫、飞虱、纵卷叶螟等，药效期长达1 5 3 0 天，而毒死蜱只有7 1 0 天。但随着专利即将到期，国内技术进步的快速发展，甚至已经有企业非法合成 出原药，预计2 0 0 8 年以后将成为毒死蜱的主要竞争对手。 2 氯甲胺磷化学名称：o ，s 二甲基- n ( 2 ，2 ，2 一三氯卜羟基一乙基) 硫代磷酰胺， 该产品系武汉工程大学研究开发的替代甲胺磷的高效低毒广谱的杀虫剂，其毒性 是甲胺磷的十分之一，药效是甲胺磷的一倍。可广泛用于棉花、蔬菜、水稻、果 树等作物，对棉铃虫、甜菜夜蛾、柑橘红蜘蛛、稻纵卷叶螟等主要害虫的毒力与 乙酰甲胺磷相近；但因其生产成本低，无三废等环保压力，预计该产品工业化生 6 - 浙江大学硕士学位论文 产后，将会给农药市场带来震动，也是毒死蜱的强有力的竞争对手。 3 。丙溴磷( p r o f e n o f o s )化学名称：o _ 4 一溴一2 一氯苯基o 乙基s 一丙基硫代磷酸 酯。高效、低度、广谱性有机磷杀虫杀螨剂，广泛用于果树、棉花、蔬菜等作物， 防治棉铃虫、棉红蜘蛛、介壳虫、甜菜夜蛾等，其杀虫机理和毒死蜱相似，是国 内较早生产的有机磷品种之一，但由于市场推广力度等原因，产销量一直不大。 近年来，随着工艺技术进步，市场推广力度的加大，销售量呈上升趋势。预计， 今后也将成为高毒品种的替代品种。 2 重。3 毒死蛑的物理化学性质及毒性介绍 【化学名称】o ，o 二乙基o ( 3 ，5 ，6 三氯2 。吡啶基) 硫代磷酸蘸 【通用名】毒死蜱 【商品名】同一顺、薪农宝、博乐、乐斯本、毒丝本、佳丝本、久敌、落螟等 【分子式】 c 9 h ll c l 3 n 0 3 p s 【分子量】 3 5 0 6 【结构式】 c l s l l p ( c 2 h 5 0 ) 2 毒死蜱( c 1 1 l o 印y r i f o s ) ，美国陶氏益农公司开发的一种广谱性杀虫剂，在中 圆登记的商晶名是乐袈本。化学名称为o ，o 。二乙基0 ( 3 ，5 ，6 三氯一2 。吡啶基) 硫代磷酸酯；原药为白色结晶固体，室温下稳定，有硫醇臭味，工业品具有似煤 油或松节油味。沈重1 3 9 8 ( 4 3 5 ) ，熔点4 2 5 4 3 ，2 5 时饱和蒸汽器2 。4 l o 。3 p a ，2 5 时水中的溶解度为1 2 m l ，溶于大多数的有机溶剂。详见下表： 7 - 浙江大学硕上学位论文 表2 2 毒死蜱在各种溶剂中的溶解度( 2 5 ) 溶剂 溶解度( g l ) 水 丙酮 苯 四氯化碳 三氯甲烷 乙醇 甲醇 二氯甲烷 二甲苯 1 ，1 ，1 - 三氯甲烷 根据中国农药毒性分级标准，毒死蜱属中等毒性杀虫剂。毒死蜱9 7 原药大 鼠急性经口l d 5 0 为1 3 5 1 6 3 m g 依g ，急性经皮l d 5 0 为 2 9 l ( g ，对实验动物眼睛有 轻度刺激，对皮肤有明显刺激，长时间多次接触会产生灼伤。大鼠亚急性经口无 作用剂量为0 0 3 m g k g 。慢性经口无作用剂量为o 1 m 眺g ，狗慢性经口无作用剂 量为o 0 3 m 眺g 。在试验剂量下未见致畸、致突变、致癌作用。对皮肤、室内空 气中最高允许浓度为( t l v ) o 1 m g m 3 。对鱼类及水生物的毒性较高。 2 1 4 毒死蜱的产品特点及用途 毒死蜱国内目前有乳油，颗粒剂，微乳剂等剂型。其中以4 0 7 乳油( 同一 顺，乐斯本) 含量最高；大部分为4 0 的乳油( 新农宝，毒死蜱，博乐) ，使用中以 乳油最多，效果最好；5 的颗粒剂主要用于蔬菜，瓜类地下害虫的防治，是取 代高毒农药3 呋喃丹颗粒剂的优良品种；3 0 微乳剂正在逐步推广。毒死蜱属 于中毒农药，对于鱼类及水生物毒性较高，对蜜蜂有毒，在叶片上残留期一般为 5 7 天，在土壤中残留期较长。对多数农作物没有药害，但是对烟草，番茄叶面 喷雾比较敏感。 毒死蜱是目前全世界生产和销售最大的杀虫剂品种之一，也是世界卫生组织 8 伽 伽 啪 m 伽 钙 枷 枷 伽 浙江大学硕士学位论文 许可的有机磷品种，现已经在中国、美国、澳大利亚、日本等1 4 个国家登记和 注册。该品种具有触杀、胃毒和熏蒸三种作用方式，其杀虫谱广，毒性较低，对 地上地下害虫同样高效，是防治粮食、果树、蔬菜和其他经济作物的理想杀虫剂， 对地下害虫的防治效果尤为突出，特别适合应用于无公害蔬菜的生产。 2 1 5 毒死蜱的降解 毒死蜱广泛用于防治作种作物上的螟虫、粘虫、介壳虫、蚜虫、棉铃虫、螨 类等害虫。尤其是随着高毒农药的禁用，毒死蜱逐渐替代高毒农药，使用范围越 来越广，用量越来越大。因此毒死蜱对环境的安全性越来越成为人们关注的焦点， 而毒死蜱在环境的降解性，是评价毒死蜱对环境安全性的重要内容。 美国陶氏化学公司研究了毒死蜱的降解机理，见下图： c c h i o r p y r j f b so x o n c h i o r p y r i f o s | i - 一c ：h ，。，： 。 m e o r g a n s 0 p o h c 2 h 5 0 d e s e t h y ic h l 吖p y r i f o s 图2 1 毒死蜱在土壤中的降解过程 9 q 州 a 盯e ，一 浙江大学硕士学位论文 毒死蜱降解主要有三种途径，( 1 ) 在氧气作用下，氧原子取代硫原子，生成 氧代毒死蜱，然后分解为t c p ( 3 ，5 ，6 三氯2 羟基吡啶，下同) ；( 2 ) 在空气中脱乙 基生成去乙基毒死蜱，再分解为t c p ；( 3 ) 直接分解为t c p 。t c p 会转变为 t m p ( 3 ，5 ，6 三氯2 甲氧基吡啶) ，它们可以相互转化。然后t c p 分解为有机酸、 共轭物和二氧化碳小分子等排出。 毒死蜱在通常贮存条件下较稳定，在碱性介质中较容易分解，其分解速率随 着温度的升高和p h 值增大而加快；对铜和黄铜有腐蚀性，铜离子的存在亦加速 毒死蜱的分解。紫外光照射可以促使毒死蜱迅速分解，半衰期仅为1 5 3 m i n 【5 训。 2 1 6 毒死蜱的合成方法 毒死蜱的合成路线较为简单，三氯吡啶酚或其钠盐与o ，o 二乙基硫代磷酰 氯( 简称乙基氯化物) 发生缩合反应，即可得到产品毒死蜱m 13 1 。按反应条件可分 为有机溶剂法、水相法和双溶剂法【1 4 1 6 1 。 n h + c j s 塑l c 。 一一f 一百a c 2 h 5 ( 盯c + 一f 一丽 c 2 h 5 0 a 有机溶剂法 将乙基氯化物和三乙基苄基氯化铵加入到分散于二氯甲烷的三氯吡啶酚钠 中，加热回流2h ，冷却，过滤出固体氯化钠，滤液减压脱溶剂，油质残留物用 水洗涤几次，干燥，得毒死蜱。 b 双溶剂法 将三氯吡啶酚钠、二氯甲烷、水、三乙烯二胺和三乙基苄基氯化物组成混合 一1 0 浙江大学硕士学位论文 物，加入由氢氧化钠和硼酸钠组成的缓冲溶液，搅拌下滴加乙基氯化物，4 0 左 右反应1 3h 后，冷却至室温，分出水相，用水洗涤，减压脱除溶剂，得到毒 死蜱，收率9 5 ，含量9 6 以上。 c 水相法 将三氯吡啶酚钠、水、4 二甲氨基吡啶、硼酸、氯化钠、氢氧化钠和聚乙二 醇一起放入反应器中，搅拌，再加入乙基氯化物，4 0 5 0 下反应3 h 左右，得 到纯度为9 8 左右的毒死蜱，收率9 0 以上。 毒死蜱的合成实际上都是吡啶酚盐和乙基氯化物缩合生成毒死蜱，由于前者 是水溶性的，后者脂溶性的，因此加相转移催化剂，不仅能加快反应速度，而且 在有限的时间内大大提高反应收率，目前国内外选用的相转移催化剂主要是叔胺 类和季铵盐类化合物，如：4 二甲氨基吡啶、三乙烯二胺、三乙胺、4 甲基吗啉、 三甲基苄基氯化铵、三乙基苄基氯化铵和十六烷基三甲基溴化铵等，在合成方法 上，双溶剂法是目前国内外采用得比较多的一种方法，它与有机溶剂法一样，能 较好地抑制氯化物的水解。但这二种方法都要消耗大量的低沸点溶剂二氯甲烷， 故最好是采用水相法，关键是控制好反应条件，以减少氯化物的水解，同时，加 快搅拌速度有助于提高毒死蜱的收率。 国内外对于毒死蜱合成的研究从未间断过。国内对毒死蜱合成的研究相当 多，有文献【1 7 1 提到，在毒死蜱的合成过程当中，必备中间体三氯吡啶酚纯度对 毒死蜱的纯度和外观影响很大，用较高质量的吡啶酚钠才能合成得到高质量的毒 死蜱，否则就要通过重结晶提纯，增加设备，损失一定量的溶剂，提高了生产成 本。所以在研究提高三氯吡啶酚收率的同时，也需要研究提高产品纯度的方法。 日本的f 幽i a n 研究了不同溶剂体系对反应收率的影响，重点研究了在水和 二氯甲烷溶剂体系中使用不同的项转移催化剂对于毒死蜱合成收率的影响。 2 1 7 毒死蜱生产合成中存在的问题 随着毒死蜱合成路线的简化，生产工艺优化，技术进步，成本降低，原药合 成企业现在存在的主要问题是环保问题。 1 主要中间体氯化物( 0 ，0 二乙基硫代磷酰氯) 生产过程中产生的大量废 渣难以处理，该废渣以无机硫为主，约占8 5 ，还有其他副产的有机硫化物约占 浙江大学顾十学位论文 1 5 ，气味重。处理和利用的主要途径有以下三个方面：( 1 ) 加工成含硫的悬浮 剂，部分企业采用，但市场容量不大。( 2 ) 加工成颗粒剂，用于地下害虫的防治。 该法被广泛应用。( 3 ) 回收精制成单质硫，循环使用，因工业化处理费用高，很 少有企业采用。随着硫磺回收技术的进步，成本降低，该方案是最环保、最科学 的解决办法。 2 毒死蛑合成工艺中水相一步合成法因成本低，得率高，近年来被大多数 企业接受，但该工艺技术产生大量废水，处理难度大，环境污染重。废水的加工 处理及循环利用，是毒死蜱生产企业的最大障碍。 2 2 3 ，5 ，6 一三氯吡啶- 2 一醇钠的的性质及应用 【化学名称】3 ，5 ，6 三氯吡啶2 醇钠 【分子式】e 5 n c l 3 攒妊 【分子量】 2 2 0 5 【结构式】 c c l n a 纯晶为类自色固体，微溶于水，在冰水中饱和溶液浓度约为o 。5 ，在沸水 中饱和溶液浓度约为2 0 。易溶于乙腈、甲醇、乙醇等有机溶剂，在酸性条件下 转化为3 ，5 ，6 三氯毗啶2 醇( 熔点1 6 9 1 7 l ) 。三氯毗啶醇钠是一种重要的化工 原料和性能优良的鳌合浮选剂【1 9 】，更是合成多种农药的重要中间体，特别是用 于生产高效广谱低残留杀虫杀螨剂毒死蜱、甲基毒死蝌2 啦。 2 33 ，5 ，6 ，三氯毗啶- 2 一醇钠的合成方法 3 ，5 ，6 一三氯啦嚏一2 一醇钠( 简称三氯毗啶醇钠) ，是合成毒死蛑的关键中闻体。 毒死蜱的质量、成本和收率的提高取决于三氯吡啶醇钠的合成。国内外对三氯吡 啶醇钠的合成工艺进行了一些研究，根据所采用的起始原料来划分，主要有吡啶 1 2 - 浙江大学硕士学位论文 法和环合法两大路线。 2 3 1 吡啶法 毗啶法可分为毗啶衍生物法和毗啶氯化法【2 2 2 熨。吡啶衍生物法是在三氯哦 啶酚合成研究早期常用的一种方法，即首先合成含有多个取代基的吡啶衍生物， 再通过还原等方法除去多余的取代基，或者将取代基转化为c 圭或者0 嚣，放丽得 到三氯吡啶酚。如c 1 i v e 【2 6 】等人以2 ，2 ，4 三氯一4 一氰基丁酸酯为原料合成2 ，3 ，5 ，6 一四 氯哦啶。n 弑s 【2 7 ，2 秘等人则是以3 ，3 ，5 一三氯戊二酰亚胺为原料合成嚣氯啭啶。还原 四氯吡啶酚即可得三氯吡啶酚或其钠盐。 毗啶氯纯法是毗啶在催纯剂存在下，经高温气楣氯化生成五氯啦啶，褥经过 选择性还原为四氯吡啶，酸化或水解后即得三氯吡啶酚或其钠盐【2 9 3 1 】。 c i h 2 s 0 4 3 5 8 k 2 3 重。董吡啶的气楼氯纯 在一管式反应器中进行，以b a c l 2 、c o c l 2 、l a c l 2 等负载在活性炭上作为催 优剂，将催化剂预热至适当的温度( 3 2 0 3 8 0 ) ，同时逶入氯气活化，过一段时闻， 将氯气、氮气、和吡啶的高温气体混合物( 混合物中吡啶的体积含量应在5 l 鹳毛) 遥入反应器，反应后的气体混合物经冷却、结晶、分离，得五氯毗啶，含量 9 0 以上。 吡啶气相催化氯亿的反应实质上是亲电取代反应，氯气在催纯剂表面异裂生 成c l + ，进而发生亲电取代反应： 1 3 - 浙江人学硕+ 学位论文 为： c a t + c 1 c l - - 具体的氯化历程为： ( 1 ) 亲电反应发生在电荷密度较高的位置上，为此认为其氯化反应的历程 c l ( 2 ) 氯原子的引入使吡啶环的碳原子上的电子云密度增加，有利于吡啶的深 度氯化而难以停留在其他过程中间。 ( 3 ) 不完全氯化的产物应为2 ，3 ，4 ，5 一四氯吡啶。 2 3 1 2 五氯吡啶的还原 装有搅拌器、回流冷凝管、温度计和滴液漏斗的四口烧瓶中，加入五氯吡啶 和乙腈，搅拌，加热回流，直至五氯吡啶全部溶解，添加适量锌粉，缓慢滴加 n h 4 c l 水溶液，反应数小时后加入适量盐酸，蒸出溶剂乙腈，加入盐酸，搅拌 l h ，冷却、结晶、过滤，得白色固体，经h p l c 分析，2 ，3 ，5 ，6 四氯吡啶收率 在9 0 以上。 1 4 浙江人学硕+ 学位论文 五氯吡啶在金属和供质子剂中之脱氢反应的基本特点为：被还原产物从金属 表面或供质子剂夺取质子形成游离基后，再依次通过质子的亲电作用取代氯原子 以形成产物。 c c lh + 当五氯吡啶夺取h + 后，氮原子杂化方式发生变化，其不再参与环上的共轭 体系。过渡态的进一步亲电取代反应将发生在3 位碳原子上，使3 位氯原子的电荷 密度增强以c l 。形式离去的趋势。 2 3 1 3 四氯吡啶的水解 装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，加入2 ，3 ，5 ，6 四氯吡啶和 适量氢氧化钾水溶液，搅拌加热至9 5 1 0 0 ，反应至四氯吡啶消失。反应溶液 在8 5 左右过滤，除去不溶物，滤液为吡啶酚钾溶液。滤液中加5 0 的硫酸，搅 拌，使溶液呈酸性，冷却、过滤、洗涤、烘干，得三氯吡啶酚，收率8 5 9 0 。 四氯吡啶在碱性介质中的水解反应为亲核取代反应，o h 。将在四氯毗啶环中 电子云密度最低的碳原子上发生反应，此最有利位置为2 ，6 位置。当环上引入o h 。 后，电子云密度骤增，此时进一步水解的可能性很小。 2 3 2 环合法 按原料分主要分为三氯乙酰氯法、三氯乙酸苯酯法和丙烯酰氯法。 2 3 2 1 三氯乙酰氯法【3 2 4 0 】 三氯乙酰氯法可以分为分步法【4 1 1 和一锅法【4 2 1 。所谓分步法就是将加成、环 化、芳构化三个步骤分开进行。一锅法又分为常压一锅法和加压一锅法。常压一 锅法由m 积i n u z z a iea 等发明，收率最高达9 7 。国内外类似的方法也有报道， 1 5 c 浙江人举硕士学位论文 但收率一般不超过7 0 加压一锅法由m 矾i np 等发明，收率未报道汹】。具体合 成过程如下： 将新蒸馏的三氯乙酰氯与丙烯腈在c u c l 和c u 复合型催化剂的存在下，进行加 成反应，生成2 ，2 ，4 ，三氯4 。氰基丁酰氯，反应生成的2 ，2 ，4 三氯4 氰基丁酰氯在有 机惰性溶剂和无水酸的条件下，环化生成3 ，3 ，5 ，6 四氯4 4 二氢吡啶2 酮。3 ，3 ，5 ，6 一 四氯4 ，4 二氢吡啶2 酮用稀碱液处理，脱氯化氢进行芳构化反应，生成3 ，5 ，6 三 氯毗啶2 酚钠盐，将钠盐水溶液用稀酸酸化得三氯毗啶酚。 c c l 3 c o c l 等 n c c h c l c h 2 c c l 2 - 心o c l 盐酸 三氯乙酰氯合成法与吡啶氯化合成法相比，反应路线长，较为复杂，但是原 料易褥，价格便宜，对工艺条件没有特殊要求，实际操作简单，适合在实验室进 行研究开发。现在的主要问题是在国内外所有已报道的文献中，三氯毗啶醇钠的 收率与已知文献相比有较大的差距，除一篇圆外专利报道收率达9 7 ，未有其 它收率在7 5 以上的报道。通过改进工艺提高收率具有很强的现实意义。 2 3 2 2 丙烯酰氯法【棒4 5 】 由丙烯酰氯和三氯乙腈在氯化距铜和有机磷催化剂的存在下反应，加热到 7 8 8 2 ，回流并蒸馏窭收残留原料，得2 ，4 ，4 一三氯蠢氰基丁虢氯，收率8 5 。 将产物溶入溶剂中，加入催化剂有机锡，通入干燥氯化氢并升温至7 0 左右， 反应6h ，回收溶剂，重结晶得自色燕体3 ，5 ，5 ，6 四氯4 二氢吡啶2 飘，收率 接近9 0 。吡啶酮中加入乙酸乙酯及碳酸钠水溶液，搅拌、加热、回流，冷却至 室温，真空过滤，洗涤并周稀硫酸酸佬，静置搴厅鲞沉淀，抽滤、烘干得囱色锋状 结晶三氯吡啶酚，收率9 2 。 1 6 _ 浙江人学硕上学位论文 c h 2 = c h c o c l 里皂! 萼之：= _ n c c c l 2 c h 2 c h c 一c o c l c u c i + 有机磷 n a 2 c 0 3 乙酸乙酯+ 水 h c l + 有机锡 异j 醚 丙烯酰氯法的主要问题是首先要制备丙烯酰氯和三氯乙腈，反应步骤多、工 艺流程长，且需要昂贵的催化剂有机磷、有机锡和贵重溶剂，生产上不宜采用。 2 3 2 3 三氯乙酸苯酯法【4 似9 】 三氯乙酸苯酯在氯化亚铜等催化剂的存在下，以无水环丁砜和丙烯腈为溶 剂，搅拌下在1 2 5 加热1 0h ，加成得到2 ，2 ，4 三氯_ 4 氰基苯酯。冷却至室温以 下，用干燥氯化氢气体饱和，接着密封反应，1 2 5 下加热搅拌5 h ，冷却至室温， 排出氯化氢气体后，即得到含有三氯吡啶酚的混合溶液，以三氯乙酸苯酯计总收 率为5 5 左右。将所得混合溶液注入水中，用甲基叔丁醚萃取几次。水洗萃取液， 用过量的稀碳酸钠水溶液搅拌1h ，过滤，得三氯吡啶酚钠白色固体，用甲基叔丁 醚洗涤，用盐酸酸化得三氯吡啶酚。 o 0 c 1 3 c c o c n c l c h c h 2 c 1 2 c c o o c u c l +c h 2 = c h c n 卜 环丁砜 三氯乙酸苯酯法首先需要制备三氯乙酸苯酯，需要大量的贵重溶剂环丁砜， 环合过程要通入干燥氯化氢，生产中又有大量的副产苯酚要回收。副产品苯酚与 吡啶酚性质相似难于分离。另外该路线总收率不高、成本高、工业化意义不大。 1 7 浙江大擘硕七学位论文 2 4 工艺路线的确定 农业部已明文规定禁止甲胺磷等5 种高毒杀虫农药在国内使用和销售，生产 高效、低毒、低残蹈的绿色农药是大势所趋，选择一条适合我国国情的毒死蜱合 成路线是关键所在，而毒死蛑的合成关键是其中闻体三氯毗啶醇钠的合成。 3 ，5 ，6 三氯吡啶2 醇钠的合成路线主要有吡啶法、三氯乙酰氯法、丙烯酰氯 法、三氯乙酸苯酯法，下面比较各种合成路线的利弊。 毗啶路线要求气相高温氯化，操作难度大，催化剂制备困难，并且国内吡啶 氯化的固定床反应器工程技术不成熟，毗啶衍生物下游产品开发力度不够。此路 线以毗啶生产技术相对成熟的西方发达国家为主，目前国内毗啶生产工艺相对落 后，吡啶衍生物及下游产品缺乏市场，近期难以实现工业化。该项目的应用还存 在大量氯气尾气的处理问题，因此，该工艺还需要完善。但是，毗啶路线反应步 骤少，副产物三氯、四氯吡啶容易分离，或者通过循环氯化，提高五氯吡啶的收 率。近年来我国吡啶生产技术有所突破，合成吡啶已经在南京红太阳集团公司进 行大规模工业化生产。如攻克以上问题，毗啶路线将有较好的研究前景。 丙烯酰氯路线主要问题是反应步骤多，工艺流程长，需要昂贵的催化剂有机 磷、有机锡和贵重溶剂，不易工业化。三氯乙酸苯酯路线需要干燥的氯化氢和大 量的无水环丁砜，溶剂回收困难，副产物苯酚和三氯毗啶酚相近，回收困难，此 路线总收率低。 三氯乙酰氯路线虽然反应步骤多，工艺流程长，但原料易德，价格便宜，工 艺条件也较温和，且其反应机理研究比较透彻，是比较适合我国工业化的较佳路 线。产品收率和“三废 是限制其发展的瓶颈，冒翦圜沟关于提高其收率的工作 正在研究进行。 综上所述，三氯乙酰氯路线具有原料易德和技术成熟两大优势，更易在我国 早r 实现大规模工业化生产。因此，三氯乙酰氯合成方法是一种比较有应用前景 的生产方法，易进行工业化生产，具有较高的经济效益。 三氯乙酰氯法又分为一步法( 一锅法) 和分步法，“一锅法可分为常压“一 锅法 和加压“一锅法。常压“一锅法”操作简单，对设备要求低。餐常压条 件下反应温度很难提高，通常的解决办法是加入大量溶剂，以提高反应温度。但 是，这种做法又与绿色化学理念相悖。加压“一锅法，除了对设备有一定要求 】8 浙江大学硕上学位论文 外，关键是密闭条件下反应生成的薹 c l 和h 2 0 生成强酸，强酸是副反应的催化 剂，容易生成大量副产物四氯吡啶，收率反而降低。此外，“一锅法 不仅排 放物中含有多种污染物质，污水处理费用高，而且提纯困难，收率也较低。因此 我们选择三氯乙酰氯分步合成法作为合成路线，即分别进行加成、环化、芳构化 三步反应，由于反应是分步进行，这样就使后一步反应的副产物h c l 不干扰前 一步反应。近几年来，分步法是制备三氯吡啶醇钠的热点，关于分步法的文献报 道逐渐增多。 2 5 课题研究的主要内容 毒死蛑是一种高效、广谱、低残留和低抗药性麓有机磷农药，其中闻体3 ，5 ，6 。