格氏法制备甲基亚磷酸二乙酯工艺研究

唐先龙，齐 勇，张 宇

（安徽国星生物化学有限公司，安徽省杂环化学实验室，安徽马鞍山243100）

甲基亚磷酸二乙酯是一种重要的农药[1-2]、医药以及合成材料的有机化工中间体，农药生产中广泛应用于合成有机磷类[3]农药，如烷基硫逐膦酸酯类杀虫剂、灭生性除草剂草铵膦、杀螟松等。此外，它也可以用作合成阻燃剂、建筑材料等原料或添加剂。因而，甲基亚磷酸二乙酯是一种用途广泛的精细有机化学品。

传统的合成甲基亚磷酸二乙酯的路线有两条：第一条是以甲亚膦酰二氯和无水乙醇为原料合成，该路线反应条件苛刻，产品收率偏低，同时采用贵金属作为催化剂，成本较高[4-5]；第二条是以氯代亚磷酸二乙酯和甲基氯化镁格氏反应合成[6]。

本文采用格氏法制备甲基亚磷酸二乙酯，并对反应条件进行优化，从而制备出高纯度的甲基亚磷酸二乙酯。

1 实验部分

1.1 主要原料

亚磷酸三乙酯、三氯化磷、六甲基磷酰三胺、镁屑、四氢呋喃、I2、氯甲烷气体、二乙二醇二甲醚（所用试剂均为市售分析纯或化学纯）。

1.2 合成原理

（1）氯代工段

（2）格氏工段

（3）取代工段

1.3 合成方法

1.3.1 氯代亚磷酸二乙酯的合成

在无水无氧氮气保护条件下，准确称取69.7g 亚磷酸三乙酯，3.24 g 六甲基磷酰三胺放入双层玻璃反应釜中，开启搅拌，冰机降温，另外称取28.7 g 三氯化磷放入恒压滴液漏斗中，待釜中温度降至0℃以下，开始滴加PCl3。待滴加完毕后，继续保温反应一段时间，使之反应完全，得到氯代亚磷酸二乙酯98 g，经气相色谱检测氯代亚磷酸二乙酯质量分数为94.5%，收率为94.5%（以三氯化磷计）。

1.3.2 甲基氯化镁的合成

在无水无氧条件下，准确称取18 g 镁屑，2 粒I2放入四口烧瓶中，并加入250 mL 四氢呋喃作为溶剂，在置换氮气后，向烧瓶中通入氯甲烷气体。大约30 min 后，反应开始引发，待瓶中镁屑完全溶解，反应体系无明显升温时，反应结束，得灰黑色甲基氯化镁格氏试剂，测得浓度为3 mol/L。

1.3.3 甲基亚磷酸二乙酯的合成

向第一步氯代亚磷酸二乙酯反应液中加入400 mL二乙二醇二甲醚做溶剂，并量取220 mL 第二步甲基氯化镁格式试剂放入恒压滴液漏斗中。待釜中温度降到-20℃，开始滴加甲基氯化镁，待滴加完毕，20℃保温反应1 h 后，常压蒸馏除去200 mL 四氢呋喃。在进行减压精馏得到无色含有特殊气味的甲基亚磷酸二乙酯74.5 g，经气相检测质量分数为98.5%，收率92.1%（以氯代亚磷酸二乙酯计）。

2 结果与讨论

为了提高甲基亚磷酸二乙酯（以下简称二酯）收率，实验考查了原料配比、滴加温度、溶剂用量和保温时间对二酯收率的影响。

2.1 原料配比对二酯反应收率的影响

由于第一步反应的二氯和水解产物亚磷酸二乙酯会消耗部分甲基氯化镁格式试剂，因此利用自制的3 mol/L 格式试剂需要过量，因此保持其他反应条件不变，考查原料比对二酯收率的影响，结果如表1 所示。

表1 原料配比对二酯收率的影响

由表1 可知，当一氯和甲基氯化镁摩尔之比为1∶1.2 时，二酯的收率最高，产纯度也较好。随着原料比增加，收率无明显增加。从节约成本角度考虑，最适原料比为1∶1.2。

2.2 溶剂用量对二酯反应收率的影响

保持其他反应条件不变，一氯和甲基氯化镁摩尔之比为1∶1.2，改变溶剂用量，观察不同溶剂用量对二酯收率的影响，结果如表2 所示。

表2 溶剂用量对二酯收率的影响

由表2 可知，当溶剂用量为400 mL 时，二酯的收率最高，纯度也较好，随着溶剂用量增加，收率无明显提高，因此最适溶剂用量为400 mL。

2.3 滴加温度对二酯反应收率的影响

保持其他反应条件不变，一氯和甲基氯化镁摩尔之比为1∶1.2，溶剂用量为400 mL，改变滴加温度，观察不同滴加温度对二酯收率的影响，结果如表3 所示。

由表3 可知，低温对二酯生成有利，但温度过低收率无明显提高，当滴加温度为-20℃时，二酯的收率最高，纯度也较好，因此最适滴加温度为-20℃。

表3 滴加温度对二酯收率的影响

2.4 保温时间对二酯反应收率的影响

保持其他反应条件不变，一氯和甲基氯化镁摩尔之比为1∶1.2，溶剂用量为400 mL，滴加温度为-20℃，改变保温时间，观察不同保温时间对二酯收率的影响，结果如表4 所示。

表4 保温时间对二酯收率的影响

由表4 可知，当保温时间为1 h 时，二酯的收率最高，随着时间增加，收率无明显提高，因此最适保温时间为1 h。

3 结论

（1）格氏法以价廉易得的三氯化磷为起始原料，先经歧化反应制得中间体氯代亚磷酸二乙酯，再经甲基化反应制得目标产物甲基亚磷酸二乙酯。实验结果表明，甲基亚磷酸二乙酯合成最优条件为：一氯和甲基氯化镁摩尔之比为1∶1.2，溶剂用量为400 mL，滴加温度为-20℃，保温时间1 h。

（2）两步反应总收率可达87%，甲基亚磷酸二乙酯纯度可达98.5%，并且采用二乙二醇二甲醚作为溶剂，方便回收套用，工艺较简单。该法优化后的合成产物纯度高，收率高，是一条较为理想的工业化路线。