高含量乙羧氟草醚原药合成研究

刁艳萍,王崇磊2

（1.连云港死海溴化物有限公司，江苏 连云港222006；2.江苏省连云港立本农化有限公司，江苏 连云港222006）

前 言

乙羧氟草醚，化学名称为O-[5-（2-氯-a、a、a-三氟对甲苯氧基）-2-硝基苯甲酰基]-氧乙酸乙酯，是由罗门哈斯公司开发的二苯类除草剂，主要防除小麦、大麦、花生、大豆和水稻阔叶杂草和禾本科杂草。目前国内外的合成路线的主要是以间羟基苯甲酸、3、4-二氯三氟甲苯为起始原料，经过醚化、酸化、硝化、酰化4步反应得到目标产物。从相关报道及生产厂家了解到，所生产的乙羧氟草醚原药含量不高，在80%左右，产品为深红色液体；由于除草剂的特性，产品纯度不高，易产生药害；且醚化多在有机溶剂二甲基亚砜中，无水条件下进行反应，成本较高。我们在查阅大量文献的基础上，充分了解了产品生产中中间体、产品的物化性质，并在分析、归纳的基础上，进行了实验研究，合成出高质量、晶体的乙羧氟草醚原药[1～8]。

1 实验部分

1.1 主要原料

本次实验所用原料规格或含量如表1所示。

表1 原料规格及含量Table 1 The specifications and content of raw materials

1.2 反应原理

以间羟基苯甲酸、3、4-作用二氯三氟甲苯为起始原料，以水做溶剂、在催化剂下合成中间体3-[2-氯-4-（三氟甲基）苯氧基]苯甲酸（以下简称醚化物），再硝化合成三氟羧草醚，然后与α-氯乙酸乙酯酰化反应合成乳氟禾草灵原药，该工艺主要增加了对醚化物、三氟羧草醚、乙羧氟草醚合成后处理工艺，以便得到较高纯度的乳氟禾草灵原药，合成路线如下：

1.2.1 醚化反应

1.2.2 硝化反应

1.2.3 酰化反应

1.3 仪器与试剂

Agilent1100高效液相色谱仪、SP6890气相色谱仪、熔点仪、恒压漏斗、四口反应瓶、电加热套、球型冷凝器、接收瓶、真空泵等。

1.4 制备方法

1.4.1 醚化

在装有温度计、恒压漏斗、回流冷凝器、搅拌器的四口反应瓶中，加入72mL水、催化剂A1g、催化剂B2g、98%的3,4二氯三氟甲苯43.88g，升温至回流温度。

将210mL水、26.2g90%的氢氧化钾加入烧杯中，配成20%氢氧化钾溶液，然后慢慢加入间羟基苯甲酸28.2g，搅拌溶解配成钾盐溶液放入恒压漏斗中，待四口反应瓶中物料升温至回流状态时，开始滴加配好的钾盐溶液，滴加时间约3h，滴加过程始终保持在回流状态下。

滴加结束，升温至98～100℃保温6h，保温结束降温至50℃，在冷却下慢慢滴加30%盐酸至料液pH=3～4，过滤，滤饼水洗、滤干、烘干得到醚化物63.3g，气相色谱分析醚化物含量≥92%、以间羟基苯甲酸计收率≥95%。

1.4.2 硝化

在带有搅拌器、冷凝器、温度计、恒压漏斗的四口反应瓶中，加入0.18mol醚化物、180g二氯甲烷，在搅拌及冷却条件下，于0～5℃范围内滴加混酸溶液（18.5g98%的硝酸和36.0g98%硫酸混合），滴完后在此温度反应3h；结束后用水洗有机层至中性，将水层移去后，减压蒸馏，将二氯甲烷完全脱出后，再向反应瓶中加入216g对氯甲苯，降温至10℃真空过滤、滤出晶体烘干得到56.9g硝化物，含量≥95%、收率≥82%。

1.4.3 酰化

在带有温度计、搅拌器、回流冷凝器、恒压漏斗的四口反应瓶中，加入0.14mol硝化物、11.8g98%的碳酸钾、140g1,2-二氯乙烷、31.5g2-氯乙酸乙酯，在搅拌条件下升温至回流状态，保温8h，保温结束，降温至30℃，水洗、过滤。

滤液减压蒸馏出1,2-二氯乙烷，完全蒸出后，降温至40℃以下，加入91g乙醇，再降温至0℃真空过滤，滤出晶体抽干、负压晾干，得到乙羧氟草醚原药50.2g，含量≥95%，晶体收率≥76%。

2 结果与讨论

2.1 醚化实验结果

试验主要考察了催化剂用量、温度、3,4-二氯三氟甲苯与间羟基苯甲酸用量对醚化收率的影响。

（1）催化剂用量影响

对于催化剂A、B用量，进行以下实验，具体如表2。

表2 催化剂用量对醚化率影响Table 2 The effect of catalyst amount on the etherification rate

从表2中可以看出，在不加催化剂A/B、或加入催化剂B，反应不进行；加入催化剂A，反应进行缓慢；当间羟基苯甲酸∶A∶B=1∶10∶20（mol∶g∶g）时，收率可达91%以上；再提高催化剂A/B用量，对反应没有影响。

（2）温度影响

在80～100℃条件下进行了试验考察温度对醚化的影响，结果显示，温度偏低反应难以进行或进行缓慢；温度过高（100℃及以上），反应不易控制、易冲料；而在95～98℃，反应可顺利进行，在所需条件下，收率可达90%以上，经多次试验证明，95～98℃是反应的较佳温度范围，具体如表3。

表3 温度对醚化率的影响Table 3 The effect of temperature on the etherification rate

（3）间羟基苯甲酸与3,4-二氯三氟甲苯用量影响

间羟基苯甲酸与3,4-二氯三氟甲苯不同配比（物质的量比）对产品收率及质量的影响，具体如表4。

表4 间羟基苯甲酸与3,4-二氯三氟甲苯原料配比对反应的影响Table 4 The effect of ratio of m-hydroxybenzoic acid to 3,4-dichlorobenzotrifluoride on the etherification rate

从表4中可知，当间羟基苯甲酸∶3,4-二氯三氟甲苯=1∶1时，醚化物收率及产品质量较高；当3,4-二氯三氟甲苯过量时，产品收率及质量有所下降；当间羟基苯甲酸过量时，对收率无影响，但醚化物洗涤需消耗大量热水，否则对质量有所影响。

（4）稳定性试验

综合上述条件试验结果，确定醚化的试验条件如下：间羟基苯甲酸∶3,4-二氯三氟甲苯=1∶1，反应温度是95～98℃；反应时间是9h。

实验结果见表5。

表5 醚化稳定性实验结果统计表Table 5 The stability test results of etherification

2.2 硝化实验结果

试验主要考察了温度、混酸用量对硝化反应的影响。

（1）温度影响

在0～35℃条件下进行试验考察温度对硝化的影响，结果显示，温度偏高，反应收率低，副产物增加；而在0～5℃范围内，反应收率较高，可达82%以上。经多次试验证明，0～5℃是反应的较佳温度范围。

表6 反应温度对硝化收率的影响Table 6 The effect of temperature on the nitration rate

（2）混酸用量影响

在醚化物含水量≤0.5%的条件下，研究醚化物与硝酸、硫酸的配比对硝化的影响，经过大量试验验证当醚化物∶硝酸∶硫酸=1∶1.6∶2.0时，硝化物收率较高，可达83%。

（3）稳定性实验

综合上述实验条件，确定硝化试验条件如下：反应温度在0～5℃范围内、醚化物:硝酸:硫酸=1∶1.6∶2.0，实验结果见表7。

表7 硝化稳定性试验结果统计表Table 7 The stability test results of nitration

2.3 酰化试验结果

主要考察了硝化物与2-氯乙酸乙酯用量的影响。

（1）工艺配比的影响

对硝化物与2-氯乙酸乙酯用量进行大量实验，结果显示，当2-氯乙酸乙酯用量增加，反应收率及产品质量提高，但当硝化物∶2-氯乙酸乙酯达到1∶1.8后，再提高2-氯乙酸乙酯用量，收率变化不大。具体实验结果见表8。

表8 硝化物与2－氯乙酸乙酯配比对反应的影响Table 8 The effect of ratio of nitration product to 2－ethyl chloroacetate on the reaction

（2）稳定性试验

本次实验采用回收二氯乙烷溶液循环套用的办法，回收的二氯乙烷溶液中含有2-氯乙酸乙酯，在第一次试验中，采用硝化物∶2-氯乙酸乙酯=1∶1.8，在循环套用中，只需补加反应消耗及蒸馏损失掉的2-氯乙酸乙酯即可；反应温度在回流条件下，具体实验结果见表9。

表9 酰化稳定性实验结果统计表Table 9 The stability test results of acylation

3 结 论

（1）醚化以水做溶剂在催化剂条件下进行的反应是清洁生产工艺，且收率≥95%，具有收率高、原料消耗低等优点。

（2）硝化反应采用二氯甲烷做溶剂、采用对氯甲苯结晶出料，选择性较好、收率较高、产品含量达到95%以上、收率≥82%。

（3）酰化反应采用1,2-二氯乙烷做溶剂，乙醇结晶出料，所得产品为白色结晶状固体，产品含量可达95%以上，收率≥76%。

（4）酰化合成采用2-氯乙酸乙酯过量80%，当有蒸出溶剂套用（含2-氯乙酸乙酯）时，采用2-氯乙酸乙酯过量5%即可达到同等效果。

（5）所用原料均为工业级的，适合工业化生产。

［1］陆阳,董超宇,徐固华,等.豆田除草剂氟磺胺草醚的合成研究［J］.农药科学与管理,2007（3）:35～38.

［2］刘长令.世界农药大全除草剂卷［M］.北京:化学工业出版社,2002.

［3］刘长令.新农药研究开发文集［M］.北京:化学工业出版社,2002:123～127.

［4］江承艳.高含量氟磺胺草醚原药合成［J］.农药,2006（2）:99～101.

［5］张小晨.含三氟甲基二苯类除草剂的合成［J］.化学工程师，2004（11）:54～56.

［6］孙克,吕良忠,瞿树德,等.乳氟禾草灵的化学合成［J］.农药,1996（2）:17.

［7］白延海,李瑞军,洪广峰,等.乙羧氟草醚的合成［J］.现代农药,2006（6）:12～13.

［8］王嫱,龚党生,连伟祥.乙羧氟草醚原药的高效液相色谱分析［J］.农药,2002（6）:23～24.