α-烷氧基苄基膦酸酯合成新工艺

(四川华英化工有限责任公司，四川成都，610041)

α-烷氧基苄基膦酸酯是一种合成酮衍生物的重要中间体，在农药、医药领域应用广泛。如α-甲氧基对氯苄基膦酸酯是三唑类杀菌剂环丙唑醇的关键中间体。已经报道且应用于工业化生产的合成方法，但在收率、环境友好方面有一定的缺陷。

1 合成方法

文献报道α-烷氧基苄基膦酸酯合成方法如下：

1.1 质子酸催化剂法

这是专利文献[1]报道的合成方法。利用硫酸、硝酸、磷酸、盐酸、甲磺酸苯磺酸等质子酸催化。典型操作如下：对氯苄基二乙缩醛与亚磷酸三乙酯在磷酸催化下反应，经水洗、蒸馏，得到产物。

1.2 路易斯酸催化剂法

这是专利文献[1]报道的合成方法。利用氯化锌、氯化铁、氯化钛、氟化硼氯化铝等路易斯酸催化。典型操作如下：对氯苄基二乙缩醛与亚磷酸三乙酯在三氯化铁催化下反应，经过滤、水洗、蒸馏，得到产物。

1.3 三甲基硅二乙基磷酸酯法[2]

以苄基二缩醛与三甲基硅二乙基磷酸酯在氯化锡催化下，得到α-烷氧基苄基膦酸酯。基本操作如下：苄基二甲缩醛的二氯甲烷溶液在氮气保护下，0℃以下，慢慢加入氯化锡。然后再加入三甲基硅二乙基膦酸酯。反应结束以后，水洗、干燥、浓缩。该方法原材料价格高，含氯化锡废水处理困难。

1.4 三氟化硼乙醚法[3]

以苄基二缩醛与亚磷酸三乙酯在三氟化硼乙醚催化下，得到α-烷氧基苄基膦酸酯。基本操作如下：苄基二缩醛与亚磷酸三乙酯在二氯甲烷溶液中，氮气下，先降温至-20℃，再慢慢滴加入三氟化硼乙醚。滴完以后，升温至20℃，保温反应8小时。再水洗、分层、干燥、浓缩。同样三氟化硼乙醚价格高昂，废水处理困难，生产成本高。

综合以上结果，笔者在查阅、调研了大量文献后，进一步进行实验研究，最终选用乙酰氯作为路易斯酸催化反应，并且进行了大量的实验。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

仪器：Varian INOVA-300型核磁共振仪、LC20AT高效液相色谱仪(日本岛津公司)、恒温加热磁力搅拌器(巩义市仪器有限责任公司)、100W机械搅拌器(巩义市仪器有限责任公司)、气相色谱仪(日本岛津公司)。

试剂:对氯苯甲醛(含量99%，工业品)，原甲酸三甲酯(分析纯)，亚磷酸三乙酯(99%，工业品)，乙酰氯(分析纯)，其他试剂均为工业级。

2.2 实验步骤

向500mL三口反应瓶中投入140.5g对氯苯甲醛，再投入110g原甲酸三甲酯，0.5g对甲苯磺酸，开动搅拌。用冰水浴控温，控制温度10-20℃反应，用时约5小时。用气相色谱跟踪反应进程，对氯苯甲醛转化率达到99%以上时，加入0.5g三乙胺。用电热套加热，蒸出反应副产物甲酸甲酯，蒸至100℃，再减压蒸馏至110℃。最终得到189g对氯苯甲醛二甲缩醛粗品。

向1000mL三口反应瓶中投入对氯苯甲醛二甲缩醛189g，甲苯300g，亚磷酸三乙酯182.6g。用冰水浴控温至10℃以下。缓慢滴加乙酰氯86.5g，滴加时保持温度15-20℃以下，用时6小时。滴完以后，在15-20℃之间保温2小时。用气相色谱跟踪反应进程，对氯苯甲醛二甲缩醛转化率达到99%以上时，用电热套加热，缓慢升温，至100℃，保温30min。用水浴将反应液降至室温，加入100g水，搅拌下滴加30%的液碱，滴至pH值为8-9。并且继续搅拌30min后pH值不变。停搅拌，静置，分层。再用100g水洗一次。甲苯浓缩，得一浅黄色油状液体。重量为295g，气相分析含量为92%，收率92.8%。α-甲氧基对氯苄基磷酸二乙酯的核磁共振氢谱如下：1H-NMR(CDCl3/TMS)δ:1.22-1.27(2t,j=7Hz,9H),3.6(q.j=7Hz,2H),4.06(qq,4H),4.66(d,j=16Hz,1H),7.42(s,4H)。与标准核磁图谱相符，确定为目标化合物。

3 结果与讨论

3.1 反应机理讨论

可能的反应机理为对氯苯甲醛二甲缩醛先与乙酰氯反应生成副产物乙酸甲酯和中间态，中间态再与亚磷酸三乙酯反应，得到甲氧基膦酸酯化合物和副产氯乙烷。具体流程见图1。

图1 反应机理

3.2 温度对反应的影响

通过控制其他反应条件都相同的前提下，改变滴加乙酰氯的温度，获得了一系列实验数据，见表1。

表1 不同滴加温度下收率情况

通过不同温度下收率情况分析，当温度低于15℃时，高于20℃，收率度呈下降趋势。说明温度高于20℃时，虽然反应速度比较快，但是可能其他未知副反应比较多，所得产物颜色也比较深，收率也明显下降。当温度低于15℃时，反应速度变慢，原料转化不完全。所以选择的最佳温度为15-20℃。

3.3 滴加时间对反应的影响

通过控制滴加温度15-20℃，改变滴加时间，获得了一系列实验数据，见表2。

表2 不同滴加时间下收率情况

通过对改变滴加时间的收率情况分析，最佳的滴加时间应为6小时。虽然继续增加滴加时间，可以获得更好的收率，但是提高不明显。综合考虑，最佳的滴加时间为6小时。

3.4 亚磷酸三乙酯量对反应的影响

亚磷酸三乙酯是一种比较不稳定的物质。当有其他物质情况下，自身容易分解，比如在水中就会分解成亚磷酸二乙酯。所以，一般情况下需要加过量的亚磷酸三乙酯。在控制滴加时间6小时，反应温度15-20℃的条件下，分别在不同的亚磷酸三乙酯用量下，获得了一些实验数据，见表3。

表3 不同亚磷酸三乙酯用量下的收率情况

通过上述数据可以发现，当亚磷酸三乙酯用量为1当量时，收率最低，为85.5%。但是，当亚磷酸三乙酯用量为1.1、1.2、1.3当量时，收率都达到92%以上。其中1.2、1.3并没有比1.1当量明显偏高，说明过量太多的亚磷酸三乙酯并没有起到更好的作用。所以亚磷酸三乙酯最佳当量为1.1。

乙酰氯作为路易斯酸，不同用量的反应有极大的影响，故需要进行大量的实验，摸索出最佳用量。在确定的滴加时间、反应温度下、亚磷酸三乙酯用量下，选取了一部分数据列于表4。

表4 不同乙酰氯用量下收率情况

通过对不同乙酰氯用量的收率情况考察，发现最佳用量乙酰氯为1.1当量。当乙酰氯用量过多时，发现收率明显下降。可能是因为乙酰氯过于活泼，会进一步与生成的膦酸酯化合物反应，导致收率下降。

通过大量的实验，对一些实验条件进行筛选，获得了最佳反应条件为：乙酰氯滴加时间为6小时，反应温度15-20℃，亚磷酸三乙酯用量为1.1当量，乙酰氯用量为1.1当量。

4 结论

用乙酰氯作为路易斯酸催化剂合成α-烷氧基苄基膦酸酯，是一种更加理想的催化剂。相比较于其他催化剂，如三氯化铝、三氯化铁、氯化锌，后处理比较方便。尤其是废水处理，无论是氯化铝、氯化铁还是氯化锌废水，处理成本都非常高，也不利于工业化大规模生产。相比较于三氟化硼乙醚、氯化锡等，乙酰氯价格便宜，生产成本低。