杀虫单生产工艺优化

郑明奎

(中盐安徽红四方股份有限公司，合肥 231602)

人工合成沙蚕毒素(nereistoxim)类杀虫剂杀虫双(thiosultap-disodium)和杀虫单(monosultap 或thiosultapmonosodium)是我国自主研究开发的农药品种，此类农药还有日本的杀螟丹(carsultap)、杀虫磺(bensultap)和欧洲的杀虫环(thiocyclam)共5 个品种(图1)。作为前体农药，沙蚕毒素类杀虫剂经昆虫吸收后转变为沙蚕毒素，低浓度条件下为兴奋剂，高浓度条件下为通道阻碍剂，它们主要作用于烟碱乙酰胆碱酯酶受体，阻断神经信号正常传递发挥杀虫作用，与有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂无交互抗性[1]。沙蚕毒素类杀虫剂具有胃毒、触杀、内吸传导作用，且杀虫谱和作用特点不尽相同，各具特色，可有效防治水稻、蔬菜等作物上的鳞翅目和鞘翅目等多种害虫。

图1 沙蚕毒素类杀虫剂

杀虫双和杀虫单作为沙蚕毒素类杀虫剂，理化性质、防治谱、应用领域、使用方法、环境相容性各具特色。杀虫双纯品为白色结晶，工业品多为褐色或红棕色水溶液，具有特殊臭味。杀虫双易吸水潮解，含有异构体和钠盐等杂质，有效成分含量低，其制剂产品为水剂，储存、运输不便，为此，基于杀虫双开发了杀虫单。

杀虫单纯品为白色结晶，工业品为无定形粒状固体。杀虫双原液经盐酸酸化、结晶等分离处理可得到纯度95%以上杀虫单。杀虫单生产工艺包括胺化反应合成二甲胺基丙烯、氯化反应合成氯化物盐酸盐水溶液、磺化反应合成杀虫双、杀虫双酸化反应合成杀虫单[2-5]。基于生产成本及企业生产规模等限制，以往大部分厂家主要依靠水法磺化、杀虫双结晶分离生产杀虫单原粉。水法磺化收率80%～85%，杀虫单含量90%～92%。为获得95%以上杀虫单，满足市场高纯杀虫单原粉需求，通过对影响杀虫单生产收率和含量的因素进行分析，优化了杀虫单生产磺化工艺原料氯化物盐酸盐处理及其杀虫单生产磺化工艺。

1 实验部分

1.1 合成路线

杀虫单生产工艺包括胺化反应、氯化反应、磺化反应、杀虫双酸化反应，原理如下：

胺化反应：

氯化反应：

磺化反应：

杀虫双酸化反应：

1.2 材料与方法

1.2.1 仪器与试剂

LC-16 高效液相色谱仪(日本岛津)；DC-0506低温恒温槽、DW-3 强力搅拌器、SHB-Ⅲ循环水真空泵、DZF-605 真空干燥箱(巩义市予华仪器)；SKM型数显恒温电热套(南京于凯仪器)。

甲醇(99%)、盐酸(30%～31%)、磷酸(80%)、氢氧化钠(96%)、硫代硫酸钠(98%)，以上试剂均为工业品；杀虫45%～55%氯化物水溶液(取自生产样配制)；(99±0.5)%杀虫单标准品[国家农药质量监督检验中心(沈阳)]。

1.2.2 杀虫单的合成

参考文献[2-5]合成杀虫单。

磺化装置中加入50%氯化物盐酸盐水溶液385.00 g(1.00 mol)，于5～10 ℃并搅拌条件下，缓慢滴加30%氢氧化钠溶液至反应混合物pH 约6.8。加入甲醇202.60 g(甲醇∶氯化物盐酸盐=1.00∶0.95)、硫代硫酸钠511.60 g(2.02 mol)，升温至50 ℃搅拌1.0～1.5 h 后，再升温至(78±5)℃搅拌2.5～3.0 h。回收溶剂重复利用后，降温至35 ℃，过滤去除盐晶体，滴加混酸(盐酸∶磷酸体积比1∶1)至磺化反应液pH为5.5～6.5，加入适量杀虫单晶种，0～5 ℃条件下搅拌结晶16～20 h 后，过滤得杀虫单湿粉和结晶母液。湿粉经干燥处理得杀虫单成品干粉147.07 g，纯度≥95%(HPLC)，结晶母液用30%氢氧化钠溶液调节pH后加入水配制为18%或29%杀虫双水剂成品。

2 结果与分析

影响杀虫单因素很多，参考1.2.2 方法，主要讨论磺化反应原料氯化物盐酸盐溶液中氯化物含量、氯化物盐酸盐溶液中溶剂残留量和磺化反应介质种类、反应温度对杀虫单合成的影响，且磺化反应起始原料氯化物盐酸盐溶液是讨论重点。

2.1 氯化物盐酸盐溶液中氯化物含量对杀虫单收率的影响

参考1.2.2 方法，改变氯化物含量分别为45%、50%、55%合成杀虫单，结果发现磺化反应原料氯化物盐酸盐溶液中氯化物含量对杀虫单合成有重要影响，结果见表1。随着氯化物含量的上升，杀虫单纯度先增加后下降；杀虫单收率总体呈现下降趋势，但下降不明显；出粉率一直增加。因此，磺化反应起始原料氯化物盐酸盐溶液中氯化物含量控制在50%～55%，可以确保杀虫单含量＞95%，收率＞80%，出粉率＞50%。

表1 氯化物盐酸盐溶液中氯化物含量对杀虫单合成的影响

2.2 氯化物盐酸盐溶液中溶剂残留量对杀虫单收率的影响及其溶剂残留量控制

参考1.2.2 方法，改变氯化物盐酸盐溶液中溶剂二氯乙烷残留量合成杀虫单，结果发现磺化反应起始原料氯化物盐酸盐溶液中二氯乙烷残留量对杀虫单合成有重要影响，结果见表2。随着二氯乙烷残留量增加，杀虫单纯度下降；杀虫单收率的变化趋势和变化幅度不明显；出粉率变化也不明显。因此，磺化反应起始原料氯化物盐酸盐溶液中二氯乙烷残留量对杀虫单纯度有重要影响，控制二氯乙烷残留量≤0.5%，可以确保杀虫单含量＞95%，收率＞80%，出粉率＞50%。

表2 氯化物盐酸盐溶液中二氯乙烷残留量对杀虫单合成的影响

为有效控制氯化物盐酸盐溶液中二氯乙烷残留量≤0.5%，可于80～85 ℃高温条件下通过二氯乙烷与水共沸脱除二氯乙烷至其残留量≤0.5%，或于65～70 ℃低温条件下减压至0.085～0.095 MPa 脱除二氯乙烷至其残留量≤0.5%。但基于低温法更利于杀虫单合成，此条件下，氯化物分解率3.1%，杀虫单收率83.1%，出粉率50.1%，杀虫单含量95.8%；高温法条件下，氯化物分解率8.8%，杀虫单收率81.2%，出粉率46.3%，杀虫单含量92.4%。

2.3 反应介质种类对杀虫单生产磺化工艺的影响

参考1.2.2 方法，分别选择乙酸乙酯、环己酮、乙醇、水、甲醇作为溶剂介质合成杀虫单，结果发现溶剂介质种类对杀虫单合成磺化工艺有重要影响。水、甲醇和乙醇等水溶性溶剂显著优于乙酸乙酯和环己酮等非水溶性溶剂。综合反应选择性、反应转化率和杀虫单收率等指标，乙醇、水、甲醇3 种介质中，甲醇是最优选择，以甲醇为杀虫单生产磺化工艺反应介质，杀虫单收率可高达90.7%，明显高于乙醇为介质时收率(84.3%)和水为介质时收率(85.0%)，且甲醇便利有效回收重复利用，因此杀虫单生产磺化工艺反应介质选择甲醇适宜。

2.4 温度对杀虫单生产磺化工艺的影响

参考1.2.2 方法，改变磺化温度合成杀虫单，结果发现磺化温度对杀虫单合成磺化工艺有重要影响。磺化反应为强放热反应。温度高有利于磺化反应，在120～150 r/min 搅拌条件下，控制初始磺化温度45～50 ℃，磺化温度75～78 ℃，总磺化反应时间3.5～4.0 h，可以确保杀虫单收率＞88%。

杀虫单原粉易吸潮结块，可以通过添加0.2～0.4 g/L防结块剂有效解决这个问题，保证杀虫单产品性能。为满足有的国家对杀虫单产品进口要求，在生产制备杀虫单过程中，通常还需要增设一道染色工艺，基于杀虫单易溶于水但不溶于有机溶剂的性质，可以尝试通过干粉染色或湿粉染色的方法。

3 结论

杀虫单作为重要杀虫剂产品之一，在害虫防治领域发挥着重要作用。为满足市场高纯杀虫单原粉需求，通过分析影响杀虫单生产收率和含量因素，优化了杀虫单生产磺化工艺。基于高温条件下共沸或低温条件下减压控制杀虫单生产磺化工艺原料氯化物盐酸盐水溶液中二氯乙烷溶剂残留量≤0.5%，氯化物含量50%～55%，以甲醇为反应介质，优化条件下可以获得高纯(≥95%)杀虫单原粉，收率高达88%。此杀虫单生产优化工艺具有企业生产推广应用价值。