用正交实验研究异丙草胺的中间体亚胺的合成工艺

陈朋朋，胡先明，周晓军

（江苏莱科作物保护有限公司，江苏 南通 226400)

异丙草胺[1]化学名为2-氯-N-(异丙基甲基)-N-(2-乙基-6-甲基)苯基乙酰胺，纯品为淡黄色液体，为内吸传导型选择性芽前除草剂，适用于大豆、玉米、向日葵等旱地作物。目前国内外异丙草胺的合成有以下一些路线[2-4]：

醚化法：以2-甲基-6-乙基苯胺为原料，与氯乙酰发生氯酰化反应得到中间体伯酰胺；在干燥的氯化氢的作用下，多聚甲醛与异丙醇反应得到氯甲基异丙醚；以液碱为缚酸剂，伯酰胺与氯甲基异丙醚发生缩合反应得到异丙草胺。

甲叉法：以2-甲基-6-乙基苯胺为原料，在催化剂的作用下与多聚甲醛反应，脱水制得亚胺；亚胺与氯乙酰氯发生酰化反应，得到中间体2-甲基-6-乙基-N-氯甲基-α-乙酰氯苯胺（简称叔胺），叔胺与异丙醇醇解后通入氨气进行反应，得到产品异丙草胺。

1）亚胺合成：

2）酰化：

3）异丙草胺合成（醇解通氨）：

采用醚化法生产异丙草胺，生产过程中会产生大量的废水，中间体氯甲基异丙醚的毒性大，产品的质量和色泽均不稳定。产品在使用时易对作物产生药害，对环境的污染严重。目前该工艺在国内已逐步淘汰。

甲叉法合成异丙草胺，工艺反应条件温和，设备投资少，生产过程的三废量少，目前该工艺在国内已逐步得到推广。现在国内异丙草胺的合成工艺水平参差不齐，主要体现在产品杂质伯酰胺的含量高。导致伯酰胺含量高的主要原因，是第一步亚胺合成的反应原料2-甲基-6-乙基苯胺的残余量高，会带入下一步的酰化反应中，与氯乙酰氯反应生成伯酰胺。

本文对亚胺合成过程中催化剂的种类、催化剂的用量、多聚甲醛的投加量、脱水温度、脱水时间等因素进行正交实验研究[5-8]，确定了亚胺合成的最佳反应条件，2-甲基-6-乙基苯胺的残余量可控制在2%以下，从而保证产物伯酰胺的杂质能满足产品的质量要求。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1000mL玻璃烧瓶，恒温磁力加热搅拌器。

2-甲基-6-乙基苯胺（99%），多聚甲醛（92%）。

1.2 单因素实验

1.2.1 催化剂种类

在1000mL玻璃烧瓶加入定量的2-甲基-6-乙基苯胺及多聚甲醛，再分别加入定量的催化剂三乙胺、吡啶、碳酸钠、二甲胺、DMF，在极限真空条件下，控制恒定的脱水温度及脱水时间进行反应，根据反应物2-甲基-6-乙基苯胺的残余量，考察不同的催化剂对反应转化率的影响。2-甲基-6-乙基苯胺的转化率如图1所示。由图1可知，催化剂分别为三乙胺、吡啶、DMF时，2-甲基-6-乙基苯胺的转化率较高，因此选择催化剂三乙胺、吡啶、DMF作为下步正交实验的3个水平。

图1 催化剂种类对2-甲基-6-乙基苯胺转化率的影响Fig.1 The influence of catalyst type on the conversion rate of 6-Ethyl-o-toluidine

1.2.2 催化剂的投加量

在1000mL玻璃烧瓶加入定量的2-甲基-6-乙基苯胺及多聚甲醛，调整催化剂的加入量分别为反应体系总质量的1‰、2‰、3‰、4‰、5‰，在极限真空条件下，控制恒定的脱水温度及脱水时间，根据反应物2-甲基-6-乙基苯胺的残余量，考察不同的催化剂用量对反应转化率的影响，结果见图2。由图2可知，催化剂的加入量为反应体系总质量的3‰、4‰、5‰时，2-甲基-6-乙基苯胺转化率较高，因此，选择催化剂的加入量为反应体系总质量的3‰、4‰、5‰，作为正交实验的3个水平。

图2 催化剂加入量对2-甲基-6-乙基苯胺转化率的影响Fig.2 The influence of the catalyst addition on the conversion rate of 6-Ethyl-o-toluidine

1.2.3 多聚甲醛的投加量

在1000mL玻璃烧瓶加入定量的2-甲基-6-乙基苯胺及催化剂，分别加入 1∶1.1、1∶1.15、1∶1.2、1∶25、1∶1.3（2-甲基-6-乙基苯胺与多聚甲醛的摩尔比）的多聚甲醛，在极限真空条件下，控制恒定的脱水温度及脱水时间，根据反应物2-甲基-6-乙基苯胺的残余量，考察多聚甲醛的投加量对反应转化率的影响，结果见图3。由图3可知，多聚甲醛与2-甲基-6-乙基苯胺的摩尔比为1.2、1.25、1.3时，2-甲基-6-乙基苯胺的转化率较高，因此，选择多聚甲醛与2-甲基-6-乙基苯胺的摩尔比1.2、1.25、1.3，作为正交实验的3个水平。

图3 多聚甲醛投加量对2-甲基-6-乙基苯胺转化率的影响Fig.3 The influence of the Polyoxymethylene addition on the conversion rate of 6-Ethyl-o-toluidine

1.2.4 脱水温度

在1000mL玻璃烧瓶加入定量的2-甲基-6-乙基苯胺、多聚甲醛和催化剂，在极限真空条件下控制恒定的脱水时间，调整脱水温度分别为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃，根据反应物2-甲基-6-乙基苯胺的残余量，考察不同的脱水温度对反应转化率的影响，结果见图4。由图4可知，脱水温度为80℃、85℃、90℃时，2-甲基-6-乙基苯胺的转化率较高，因此，选择脱水温度80℃、85℃、90℃作为正交实验的3个水平。

图4 脱水温度对2-甲基-6-乙基苯胺转化率的影响Fig.4 The influence of tdehydration temperature on the conversion rate of 6-Ethyl-o-toluidine

1.2.5 脱水时间

在1000mL玻璃烧瓶加入定量的2-甲基-6-乙基苯胺、多聚甲醛和催化剂，在极限真空条件下控制恒定的脱水温度，调整脱水时间分别为5h、6h、7h、8h、9h，根据反应物2-甲基-6-乙基苯胺的残余量，考察不同的脱水时间对反应转化率的影响，结果见图 5。由图 5可知，脱水时间为 7h、8h、9h时，2-甲基-6-乙基苯胺的转化率较高，因此，选择脱水时间7h、8h、9h作为正交实验的3个水平。

图5 脱水时间对2-甲基-6-乙基苯胺转化率的影响Fig.5 The influence of tdehydration time on the conversion rate of 6-Ethyl-o-toluidine

1.3 正交实验

在单因素实验的基础上，以2-甲基-6-乙基苯胺的反应转化率为指标，选取五因素三水平的L18(35)正交实验进行工艺条件的优化。因素水平表见表1。

表1 正交实验的因素水平表Table 1 factors and levels of orthogonal experiment

1.4 验证实验

根据正交实验的结果，确定了2-甲基-6-乙基苯胺与多聚甲醛反应合成亚胺时的催化剂种类、催化剂加入量、多聚甲醛的投加量、脱水温度及脱水时间等。采用Agilen 6890N型气相色谱仪对实验结果进行定量分析，使用面积归一法，FID检测器。

2 结果与分析

通过2-甲基-6-乙基苯胺转化率的单因素实验，选取催化剂种类、催化剂加入量、多聚甲醛投加量、脱水温度和脱水时间中的3个较优水平进行正交实验，实验结果及极差分析见表2。由表2的极差分析可知，影响2-甲基-6-乙基苯胺转化率的因素顺序为E＞A＞C＞B＞D，即脱水时间＞催化剂选择＞多聚甲醛投加量＞催化剂加入量＞脱水温度，并确定了在催化剂的作用下，2-甲基-6-乙基苯胺与多聚甲醛发生脱水反应的最佳工艺条件为E3A1C3B3D2，即以三乙胺为催化剂、催化剂加入量为5‰、多聚甲醛与2-甲基-6-乙基苯胺的摩尔比为1.3、脱水温度85℃、脱水时间9h。根据正交实验所得的最优工艺条件进行论证实验，2-甲基-6-乙基苯胺的转化率可达98.5%以上。

表2 正交实验结果分析表Table 2 The orthognal experiment results analysis table

3 结论

本文对异丙草胺的合成工艺路线进行了研究，对亚胺的合成工段中，2-甲基-6-乙基苯胺与多聚甲醛发生的脱水反应进行了正交实验，确定了催化剂的种类、催化剂的用量、多聚甲醛投加量、脱水温度、脱水时间等指标。在最优工艺条件下，单步反应的转化率在98.5%以上。经后处理，产品的质量和色泽均达到国内领先水平。