氟磺胺草醚硝化工艺改进

1前言
程为：
氟磺胺草醚为含氟二苯醚类除草剂， 其活性 高、 毒性低、 杀草谱广、 对作物安全。 英文通用名 为Fomesafen， 化学名为5-［2-氯-4-（三氟甲基）苯 氧基］-N-甲基磺酰基-2-硝基苯甲酰胺， 结构式 如下。
氟磺胺草醚是在三氟羧草醚基础上衍生发展出 来的。 三氟羧草醚是由美孚和罗姆哈斯公司于1975 年推出的一种二苯醚类除草剂 （结构式如下所示）， 其钠盐用于防除一年生阔叶杂草。
分析反应过程， 由缩合物硝化制取三氟羧草醚 发生的是苯环上的硝基取代反应， 原料缩合物的分 子结构中带有2个苯环， 其中带有三氟甲基和氯取 代基的苯环明显钝化， 硝基只能进入另一个带有羧 基的苯环， 考虑到苯氧基是较强的邻对位定位基， 可以断定硝化产物中将出现2-硝基、 4-硝基、 6硝基取代物三种硝化异构体：
5） Brown指出， 硝酸浓度应大于90%， 并指出 提高硝酸浓度可以缩短反应时间， 此外， n（硝酸）∶ n（缩合物）可以达到1.5∶1， 而n（硫酸）∶n（缩合物）= 0.1∶1～0.3∶1为宜。
氟磺胺草醚的合成由缩合、 硝化、 胺化3大工
序构成。 从目前的生产状况和国内外文献报道来 看， 缩合、 胺化工序已趋成熟， 而由缩合物硝化制 取三氟羧草醚的硝化工序则存在收率低、 含量低、 原料消耗量大的问题。 因此， 硝化工艺的改进对于 氟磺胺草醚原药的合成显得尤为重要， 国内外有关 该原药合成方面的研究重点也主要集中在硝化工艺 的改进上。 笔者主要对硝化工艺进行了研究。
表2 溶剂的量对硝化收率的影响 Table 2 The influence of the quality of solvent
on the yield and conten of nitration
溶剂比 m（1.3）∶m（1） m（2.6）∶m（1） m（3.9）∶m（1） m（6.5）∶m（1）
2 实验部分
2．1 实验原理 硝化反应的方程式如下：
2.2 试剂与仪器 试剂： 缩 合 物 （92%， 自 制 ）； 氯 仿 （99%），
醋酐 （98%）， 硝酸 （98%）， 硫酸 （98%）， 二氯甲 烷 （99%）， 二氯乙烷 （99%）， 醋酸 （99%）， 以上 试剂均为AR。
仪器： Agilent 1100 series MSD ／ Trap VL高 效 液 相 色 谱 ／ 质 谱 联 机 系 统 （ 美 国 Agilent 公 司 1100 型 ） ， Varian INOVA400 M NMR 超 导 核 磁 共 振 波 普 仪 （ 美 国 Varian 公 司 ） ， 电 子 天 平 ： ESJ205-4， 数字显示微熔点测定仪： 循环水式真空泵： SHZ-D （Ⅲ）， RE-52A旋转蒸发器。 2.3 实验步骤
2） 较低的温度对反应有利。 反应温度由45 ℃降 至10 ℃， 2-硝基取代物比例由12%降为10%。 反应温 度以－15～15 ℃为宜， －10～10 ℃较佳， ﹤0 ℃最佳。
3） 原料浓度高有利于减少杂质。 溶剂与缩合 物的质量比不宜过大， 以不超过4.25∶1为宜。
4） 可用的溶剂较多， 二氯甲烷、 二氯乙烷、 氯仿、 氯苯、 乙酸乙酯、 乙酸丁酯、 四氢呋喃等均 可。 Brown等认为氯仿较为有利， 理由是在相同条 件下， 使用氯仿作溶剂的反应2-硝基取代物、 6硝基取代物比用二氯甲烷、 二氯乙烷时减少30%。 但同时该条件下多硝化比较严重。 Brown等则认为 乙酸乙酯、 乙酸丁酯更为有利， 理由是该溶剂条件 可将2-硝基、 6-硝基取代物控制在与氯仿相近的 水平， 同时还可将多硝化控制在较低水平， 从而将 收率提高至85%。
较低的温度会使反应缓和而提高选择性， 从而 提高收率， 仅改变反应温度， 在其它条件不变的情 况下， 考察温度对反应的影响， 结果如表3。
由表3可以看出， 温度由0～5 ℃提高到10～15 ℃ 时， 产品含量约降低2%， 继续提高到20～25 ℃时又 降低约2%。 反应温度以0～5 ℃为宜。 3.3 醋酐使用量对硝化反应的影响
关于如何减少硝化异构体以提高收率， Brown 等 作 ［3~5］ 了比较详细的探讨， 归 纳 起 来 大 致 包 括 以 下几点：
1） 醋酐的使用可以明显提高产品含量， 但其 用量并非越多越好。 增加醋酐量可以减少多硝化， 但2-硝基取代物也会随之增加， 醋酐与缩合物的 摩尔比不宜大于3∶1。 另一份文献也指出醋酐比应 在1∶1到3∶1之间。 醋酐的作用一是在强酸环境下协 助脱水， 一是改变了硝化活泼质点， 加入醋酐后硝 化活泼质点变为体积更大的亚硝酰正离子， 从而可 以提高选择性。
表3 温度对反应收率和含量的影响 Table 3 The influence of the temperature on the
yield and conten of nitration
反 应 温 度 （℃） 0～5 10～15 20～25
产 品 含 量 （%） 82.3 80.6 77.8
收 率 （%） 83.5 82.4 79.8
重复批次数 20 8 10 34
由表1可以看出， 采用氯仿作溶剂明显优于其 它溶剂。 含量明显提高的原因在于使用氯仿作溶剂 时可以获得较佳的物料溶解状况。
另外， 较高的原料浓度有利于提高产品含量， 这就涉及到溶剂配比的问题。 以氯仿为溶剂， 在其 它条件不变， 仅改变溶剂比的情况下进行硝化反 应， 实验数据如下。
重复批次数 2 2 2
醋酐的使用是提高硝化工序收率的关键之一， 实验表明， 在其它条件相同的情况下， 使用醋酐与 不用醋酐相比， 收率最多可提高10%， 因此， 不使 用醋酐或使用量过少对反应不利。 但是醋酐用量也 并非越多越好， 一方面增加醋酐量会增加原料成 本， 另一方面， 醋酐量增加太多会在减少多硝化的 同时增加2-硝基取代物的生成量， 并指出n（醋酐）∶ n（缩合物）不宜超过3∶1， 因此， 醋酐比应存在一个 适宜值。
在合成三氟羧草醚后， 与甲基磺酰胺进行酰胺 化反应即得到氟磺胺草醚。
以缩合物为原料硝化合成三氟羧草醚的反应过
早期的硝化工艺主要采取有机溶剂， 混酸为硝 化剂， 收率仅60%左右。 较近的研究表明， 在反应 体系中加入醋酐可以明显提高收率， 引入醋酐后收 率 可 以 提 高 到 70% 以 上 。 有 文 献 ［1，2］报 道 则 指 出 ， 选用某些含氯有机溶剂可进一步将收率提高到76% ～89%。 可以看出， 硝化工序的收率具有很大的提 升空间。
第 14 卷第 4 期 2010 年 8 月
研究与开发
农药研究与应用
AGROCHEMICALS RESEARCH & APPLICATION
Vol. 14 No. 4 Aug 2010
氟磺胺草醚硝化工艺改进
李彦龙， 徐 威
（大连瑞泽农药股份有限公司， 辽宁 大连 116100）
摘 要： 对氟磺胺草醚原药合成过程中的硝化工艺进行了研究， 提出了以氯仿为溶剂、 混酸为硝化剂、 在醋 酐存在下低温硝化的新工艺， 将中间体三氟羧草醚的含量提高到 83.5%， 收率 87.1%。 关键词： 除草剂； 氟磺胺草醚； 三氟羧草醚； 硝化 中图分类号： TQ460.3 文献标识码： A
作者简介： 李彦龙（1975-），男，山东聊城人，高级工程师，从事新农药创制和农药合成工作。 收稿日期： 2010-07-13
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农药研究与应用 AGROCHEMICALS RESEARCH & APPLICATION
第 14 卷
其 中4- 硝 基 取 代 物 是 目 标 产 物 三 氟 羧 草 醚 ， 2-硝基取代物和6-硝基取代物为杂质异构体， 此 外， 还有少量多硝化副产物。 由于硝化反应本身选 择性不好， 异构体杂质将在产品中占有较大比重， 从而影响产品含量和收率。
在装有温度计、 冷凝管、 搅拌的1 000 mL四口 瓶中依次投入缩合物125 g （0.363 mol， 含量92%）、 氯仿350 mL、 醋酐82 g （0.80 mol）， 启动搅拌， 外 部盐水浴降温至0 ℃， 在0～5 ℃条件下滴加预先配 好 的 混 酸 （21 mL硝 酸 和5 mL硫 酸 ）， 2～2.5 h内 加 完。 加完在0～5 ℃保温30 min取样分析， 缩合物含 量≤1%为反应终点。 停止反应， 向烧瓶中缓慢加 入500 mL水， 加热共沸脱除氯仿。 脱溶完毕降温， 产品以颗粒形式析出， 冷至室温过滤， 水洗， 滤饼 在85 ℃条件下烘干。 得到产品137.2 g， 含量83.5% （HP）， 收率87.1%。 氯仿回收325 mL， 回收率93%。
Improvement of Manufacturing Process for the Nitration of Fomesafen LI Yan-long， XU Wei
（Dalian Razer Pesticides Ltd， Dalian 116100， China）
Abstract： Improvement of manufacturing process for the nitration of fomesafen was made. In the presence of acetic anhydride， using chloroform as the solvent and mixed acid as the nitrating agent， fomesafen 83.5% technical product was obtained with a yield of 87.1%. Key words： herbicide； fomesafen； acifluorfen； nitration
产 品 含 量 （%） 77.9 78.1 80.7 79.6 80.6 80.6
收率（%） 重复批次数
76.2
2
76.7
2
81.8
2
80.8