（农药学专业论文）绿草定的合成工艺研究.pdf

绿草定的合成工艺研究 摘要 我国目前已经是世界上农药原药的生产人国，而且品种比较齐全，农出川 的除草剂、杀虫剂、杀菌剂都已经有了各自的骨干品种，但作为林业上川的除 草剂品种还很缺乏。随着我国森林杂草的危害越来越严重，对森林除草剂的需 求将会日益迫切。美国道化学公司开发的除草剂绿草定，主要用于森林、橡胶 林、棕榈林及高速公路、铁路两旁防除木本植物和阔叶杂草，而且还可与2 4 d 等混合用于水稻田或小麦田除草。由于该除草剂应用广泛，且我国至今未| ! ! 】。 业化生产：因此开发绿草定将会有较大的发展前景。 本文对绿草定的合成路线进行了探讨，确定了以四氯吡啶为主要中间体 使其与羟基乙酸钠反应，再酸化后，得到产品。用四氯乙烯和乙腈或三氯乙酰 胺作为起始原料，经过系列反应得到2 , 2 ，4 三氯环戊二酰亚胺，进而氯化得到 四氯吡啶。对各个反应步骤进行了反应条件的优化，总结出了较优惠的j ：艺条 件。 在合成反应过程中，研究使用了各种催化剂，使得反应产物的收率及质量， 同文献报道相比都有不同程度的提高，把很多的三废消灭在合成工艺当中。另 外在合成产品绿草定时，避开了常规路线所采用的剧毒物质氰化钾，使得本l ： 艺朝着对环境友好的绿色工艺迈出了一大步。选定的合成路线经济合理，操作 安全，易于工业化生产。以四氯吡啶计，总收率 9 3 ，产品含量9 7 ，在产 品质量和成本上，与国外的产品相比有较强的竞争力。 本论文还对绿草定产品的分析方法进行了研究。该方法有良好的精密度和 准确度，可用于绿草定原药和制剂的分析。 关键词：绿草定、森林除草剂、合成、反应条什优化、分析。 绿草定的合成丁艺研究 a b s t r a c t c h i n ah a sb e e nt h el a r g e s tc o u n t r yt op r o d u c ew i d er a n g eo f a g r o c h e m i c a lt e c h n i c a lp r o d u c tw i t hk e yd o m i n a n th e r b i c i d e s ，f u n g i c i d e sa n d i n s e c t i c i d e si na g r i c u l t u r a lp r a c t i c e h o w e v e r ，t h es p e c i f i e dp r o d u c tu s e di n f o r e s t r ya r es t i l ld e f t c i e n t t h ec o n s u m p t i o no ff o r e s t r yh e r b i c i d ew i l lb eu p g r a d u a l l yw i t hh a r m f u lo ff o r e s tw e e d s d o wa g r o s c i e n c ed e v e l o p e dt r i c l o p y r em a i n l yu s e di nf o r e s t r y , r u b b e r t r e e ，p a l mt r e e s ，h i g hw a ya n dr a i l w a yt oc o n t r o lw o o d e db r u s h e s ，b r o a d l e a f w e e d se t c i ti sa l s oc o m p a t a b i l ew i t h2 4 一da c i du s e di nw h e a ta n dr i c e p l a n t i n g i ti st h e r e f o r ei m p o r t a n ta n dp r o m i s i n gt op r o d u c et h et e c h n i c a l a n df i n i s h e dt r i c l o p r ei no u rc o u n t r y a f t e rt h ed e t a i l e ds t u d yf o rs e v e r a ls y n t h e s i sp r o c e s s e sf o rt r i c l o p y r , t h e w a yu s e dt e t r a c h l o r o p y r i d i n ea ss t a r t i n gm a t e r i a li sp r e f e r r e d ，w h i c hi s c o n d e n s a t e d2 - h y d r o x y a c e t i ca c i dt op r o d u c et h et e c h n i c a lt r i c l o p ya f t e r a c i d i f i c a t i o n t h et e t r a c h l o r o p y d d i n ei sp r o d u c e db ys e v e r a lr e a c t i o n f i r s t c o n d e n s a t i o nr e a c u o n b y t e t r o c h l o r o e t h y l e n e ， a c e t o n i t r i l ea n d f r i c h l o r o a c e t a m i d e o b t a i n e di n t e r m e d i a t ei st r i c h l o r o - a z i n d i o n e ，a f 【e r f u r t h e rc h l o r i n a t i o nt e t r a c h l o r o p y r i d i n ei st h u so b t a i n e d ，r e a c t i o nc o n d i t i o n s a r eo p t i m i z e df o ra l ls t e p sa sw e l it oc o n c l u d et h ee c o n o m i ca n d u n s o p h i s t i c a t e dp r o c e s sf o rp r o d u c t i o ni np r a c t i c e t h ev a r i o u sc a t a l y s t sa r er e s e a r c h e dd u d n gt h i sp r o c e s s ，b e t 【e ry i e l da n d p r o d u c tq u a i l t ya r ea c h i e v e dv i at h o s ec a t a l y s t ss e l e c t e d w a s t e d w a t e r w a s t e d a i ra n db y p r o d u c t sa r ea p p r o v e da sl e s sa sp o s s i b l e w i t h o u tu s i n g t h eh i g ht o x i cs o d i u mc y a n i d e ，t h i sp r o c e s si sa p p r o v et ob ee n v i r o n m e n t a l b e g i n n i n g t h es e l e c t e dp r o c e s si sr e a s o n a b l ei nc o n s i d e r a t i o no fp r o d u c tc o s ta n d s a f e t yo p e r a t i o n p r o d u dq u a l i t ya n dc o s tc a nc o m p e t ew i t h t h a tf r o md o w a g r o s c i e n c ew i t ht o t a ly i e l d9 3 a n dp u r l t y9 7 t h es p e c i f i ca n a l y t i c a lm e t h o di sf i x e d a f t e rs e r i e se x p e r i m e n t si nt h i s s t u d y t h i sm e t h o dc a nb e u s e d i nt r i c l o p y rt e c h n i c a la n df o r m u l a t i o n a n a l y s i sw i t hg o o da c c u r a c y k e yw o r d s ：t r i c i o p y r , f o r e s t r yh e r b i c i d e ，s y n t h e s i s ，a n a l y s i s ，r e a c t i o n o p t i m i z a t i o n 4 绿草定的合成工艺研究 一、前言 1 林业化学除草剂 我国的森林覆盖率是比较低的，而且人口众多，人均森林占有率极少。由 于我国的种植面积逐年减少和水土流失的日益严重，国家正在大力宣传退耕还 林。为了改善这些情况，必须进行大面积的植树造林。而要促进人上造林的成 活率以及扶育幼林的尽快生长，就需要在造林前进行除草灭灌和造林后的化学 除草。由于用化学除草剂除草及时，效果好，成本低，而且减轻劳动强度，人 幅度地提高劳动生产率，因此与人工或机械除草相比有无可比拟的优越性。目 前用于森林的化学除草剂主要有乙嘧黄隆，环嚷酮和绿草定【”。用乙嘧荧隆防 除阔叶杂草效果比较好，但用它来防除灌木时必须用量相当大才能达到森林除 草的效果；环嗪酮用于森林除草有一定的效果，但在生产环嗪酮的过程中，会 产生一种极易致癌的物质( 氨基甲酸乙酯) ，国外控制该杂质的指标为不超过 5 0 p p m ，因此在生产中要达到这种质量比较困难：而用绿草定能达到上述两种 除草剂的除草效果，又无两者的缺点，所以绿草定是一个比较好的森林除草荆。 以绿草定与氟草定( 即使它隆) 加工成的除草剂混荆国外报道评价了其 效果及选择性【”在对于藻木中多年生杂草与空向试验相比较，这种混合物制剂 有明显好的作用，与参照物草甘膦相比，在许多种类上结果相似。尤其在u e x s c l l i i 和e p i l o b i u mc i n g u d t i f o l i u m 上，混剂的效果比草甘瞵还好，而且证实了由 = 】= 二液滴漂移对非靶标植物的伤害很小。 s u z u k im j 等人报道了四种除草剂( 草甘膦、草胺膦、敌草快+ 卣草枯的 混剂、绿草定) 通过叶面试验作用于一年生ab r e v i p e d u n c u j a t e 幼苗，显示 2 5 0 0 p p m 绿草定效果最好。v a l e n c i ae 等人报到了【4 1 在控制m e x i c a n t e al 。绿革 5 绿草定的合成工艺研究 定优于草甘膦。 另外，由于多年来禾本科作物田中经常使用几个除草剂品种”i ，如玉水田 作用的乙草胺、阿特拉津，麦田中的苯磺隆绿麦隆，水稻田中的苄嘧磺隆、 r 草胺等，许多杂草已对这些除草剂产生了抗性，而且这些作物田中的多年生 杂草一直就不好防治，如果使用绿草定或者是绿草定的复配制剂，将会得到很 好的防治效果。 2 绿草定的特点及其应用” 中文通用名称：绿草定 英文通用名称：t r i c l o p y r ( b s i ，a n s i ，w s s a ，i s o ) 商品名称：g a r i o n ；g r a n d s t a n d ；g r z o n ；p a t h f i n d e r ；r e d e e n ；r e m e d y ；t u f i o n 其它名称：定草酯；d o w c 0 2 3 3 ；m 3 7 2 4 ：m 4 0 2 1 ： 化学名称：3 5 ，6 - 三氯- 2 - 吡啶基氧乙酸；( 3 ，5 6 - t r i c h l o r o - 2 - p y r i d i b y l o x y ) a c e t i c a c i d 结构式： c 1 c l c a 登记号：5 5 3 3 5 - 0 6 3 ： 分子式：c 7 h 4 c l 3 n 0 3 ： 分子量：2 5 6 5 理化性质： 原药外观为白色固体，分解温度为2 9 0 ，溶点1 4 8 】5 0 。c 2 5 。c 时蒸气压为o 1 6 8 m p a 。p k a ( 电解质电离常数倒数的对数) 26 8 。2 4 5 时 6 绿草定的合成工艺研究 水中溶解度为4 3 8 - 4 4 0 m g i ，溶于乙醇等有机溶剂，丙酮中9 8 9 9 k g ，正辛醇中 3 0 7 9 k g ，难溶于其它普通有机溶剂，在通常贮藏条件下稳定，对水解稳定，但 容易被光分解，1 2 小时之内损失5 0 。 毒性：绿草定为低毒除草剂。原药大鼠急性经1 2 1l d 5 0 7 2 9 m g k g ( 雄) 、 6 3 0 m g k g ( 雌) ，家兔急性经皮l d 5 0 3 5 0 m g k g 对家兔皮肤无刺激作川，x , t h t 4 睛有轻度刺激，大鼠亚急性经口无作用剂量为5 5 m g k g ，天( 9 0 天) ，慢性经 口无作用剂量为3 0 m g k g 天。试验室条件下，未见致畸、致突变、致癌竹刚。 剂型：盖灌能6 i 6 乳油，盖灌能4 8 乳油( g a r l o n 4 ) 制剂组成：制剂外观为琥珀色液体，2 0 c 时密度为1 8 0 ，沸点1 0 5 ，闪 点6 4 c ，2 0 c 时蒸气压为o 5 0 6 1 0 p a ，可与一般常用除草剂混用，在2 0 。c 时贮存两年稳定。盖灌能4 8 $ l 油( w v ) 含有效成分4 8 0 9 1 。盖灌能6 1 6 乳 油( 以酯计) 大鼠急性经口l d 5 0 为2 4 6 0 m g k g ( 雄) 、2 1 4 0 m g k g ( 雌) ，家兔 急性经皮l d 5 0 为3 9 8 0 m g k g ，对家兔眼睛有刺激作用。 作用方式：内吸性除草剂。能迅速被叶和根吸收，并在植物体内传导。 作用机理：作用于核酸代谢，使植物产生过量的核酸，使一些组织转变戒 分生组织，造成叶片、茎和根生长畸形，贮藏物质耗尽，维管束组织被栓塞或 破裂，植株逐渐死亡。绿草定是一种传导型除草剂，它能很快被叶面和根系吸 收，并且传导到植物全身。用来防治针叶树幼林地中的阔叶杂草和灌木，r l 壤中能迅速被土壤微生物分解，半衰期为4 6 天。 使用方法：可进行茎叶处理茎注射等。0 5 k g h a 可防除禾谷类作物e 【= j 中一 些抗2 4 一滴杂草。非耕地l - 2 k g h a ，森林2 - 3 k g h a ，该药可与敌稗、毒莠定、2 4 一 滴等混用。通常用于造林前除草灭灌、维护防火线、扶育松树及林场改造。绿 草定可以防治胡枝子、榛材、蒙古柞、黑桦、椴、山杨、山刺玫、榆、蒿、柴 胡、桔梗、地榆、铁线莲、婆婆纳、草木樨、唐松草、蕨、械、柳、珍球梅、 7 绿草定的台成工艺研究 蚊子草、走马芹、玉竹、柳叶绣菊、红丁香、金丝桃、山梅花、山j 子、稠李、 山梨、香蒿。用药时间为叶面充分展开、旺盛生长阶段，个别灌木处于开花前。 用喷雾法，兑水时1 5 0 ，3 0 0 l h a ，低容量对水1 0 3 2 l h a 。幼林抚育川商品量 15 k g h a ( 有效成分l k g h a ) 。造林前及防火线用商品量3 - 6 k g h a ( 有效成分 1 3 0 2 6 0 克，卣) 。绿草定对于松树和云杉的剂量非常严格，超过1 k g h a 将有不 同程度药害产生，有的甚至死亡。预防办法可以用喷枪定量穴喷。以防超量。 用药后影响其种子形成，推迟发育阶段。绿草定药害症状是，灌木在一星期后 相继出现褐斑、叶枯黄、整枝枯干、整株死亡、烂根、倒地，形成很短残骸。 受害较轻的叶扭曲，尤其是走马芹最严重，对禾本科杂草小叶樟有一定的抑制 作用。绿草定用柴油稀释5 0 倍喷洒于树干基部，可防除非目的树种进行林场改 造。在离地面7 0 9 0 e m 喷洒桦、柞、椴、杨胸径在1 0 2 0 c m 之间，每株j + j 曲液 7 0 9 0 m l 喷药后6 天桦树7 0 叶变黄，1 3 天后喷洒桦树全部死亡。杨树川约厉 1 3 天全部呈现药害，其中8 0 干枯，4 1 天后杨树全部死亡。柞树有部分出现 药害，8 4 天后杨、桦树干基部树皮腐烂变黑。同毒- 滴混剂相比，绿革定反应 比毒滴混剂快，杀灌谱广，用量少。效果好。无论在活性上还是杀草灭灌谱上 均比2 4 滴丁酯占优势。用药后不同植物反应的顺序如下：胡枝子最快，、r 个 月后叶变黄，一个月后彻底死亡。其次是榛材，再次是山玫瑰、萌条桦、杨、 柳、柞。绿草定对后茬作物无影响。可以与草甘膦混用，克服由丁二使用绿草定 后窄叶杂草增加的趋势。使用绿草定后，不同生态环境条件下侵入的杂草种类 也不相同。比较干旱地段，红毛公、蚊子草等开始，并逐渐形成优势，在有的 地方阔叶山蒿开始大量发生。在大多数情况下蕨类的数量大夫减少，h 在滞术 密集的地方1 2 年内杂草很少。要维护绿草定的良好效果，最好在第二年连 续用药，可将绿草定与草甘膦混用，以消除恶性杂草侵入。 8 绿草定的合成工艺研究 二论文设计思想 1 论文立题依据： 在国外，森林除草剂的用量一直很大，例如美国用绿草定作为森林除草川 量每年都可达3 0 0 5 0 0 吨，随着我国日益重视防止水土流失，加强退耕还林等 项目的开展以及森林杂草的危害日益严重森林除草剂的用量将会越米越人。 绿草定作为吡啶类的除草剂在植物体内易于传导0 3 - i s 】，f l j - y - 其高度移动性 及在植物体内抗分解因而除草效果高，叶面处理的绿草定，通过韧皮部迅速传 导，而根吸收后则通过蒸腾液流迅速分布于幼苗各部位，最终积累于生艮点， 导致杂草死亡。绿草定除了用作森林除草剂外，还可复用或者混用，米防除水 稻、小麦、玉米、高梁田中的阔叶杂草及某些难除的杂草。 目前，国内市场上绿草定商品为美国道化学公司的盖灌能6 1 6 ，制剂价 格为2 5 万元吨，作为森林除草登记【”】，用于防除无益的林术、灌小杂荦：。由 于进口的绿草定价格较高，限制了它的应用。据了解，目前国内尚没有厂家+ r 产绿草定，且根据中国化工进出口总公司有关部门的调查，目前绿草定的山口 形势看好，另外，通过对中国农科院植保所的一些专家咨询后发现，如粜能降 低绿草定的生产成本，本品种在国内也会有相当火的市场。 所以，对绿草定的合成及丁艺研究，将提供一种防除森林杂草的农药新 种，具有一定的社会效益和经济效益。 2 论文的目的 本论文的目的在于完成目标化合物绿草定及其重要中间体的实验室合成， 立足于原料容易得到及设备要求不苛刻，确定其合成路线；对反应条件进行优 化，并建立分析方法，为中试提供详细和可靠的数据。 9 绿草定的合成工艺研究 4 合成路线的选择“ c c l 2 = c c l 2 + 0 2 + c 1 2 _ + c c l3 c - x 3 c 1 c c l3 c y ) c 1 + 吲3 0 h _ c c l3 c i ) o c h 3 叫删一a - k 牛一， c 1 p c l ch c h 2 一c c 0 0 c h 3 c l c l p c l c h c 啦一h o 2 c l c 。一量一睁b ：莳n c ：酝；1 a q 卜睁广2 莳a 0 7 入。人。 4 绿草定的台成工艺研究 4 2 以三氯乙氰为起始物合成2 , 2 ，4 三氯环戊二酰亚胺 c 1 2 c l q 3 c n c c l3 c n h r p 2 0 5 c c i3 c y ) n 1 2 + c c 3 c n c c l 3 ( n + o t 2 = c h c l ch c 啦一c 刚 3 l 卜 1 m 。 c 1 一。“一。一i 刨主云+ 4 _ 3 用2 ，2 ，4 一三氧环戊二酰亚胺合成四氯毗啶 兰0 溶；i p o c l 3 三烈l c l c i o 4 4 绿草定的合成： 文献报道绿草定的合成路线主要是氰化钾路线和羟基乙酸甲酯路线。氰化 钾路线由于用到了剧毒的氰化钾，很容易造成环境污染，而且会给工业化生产 带来困难：而羟基乙酸甲酯与四氯毗啶反应生成的中间体三氯吡氧乙酸甲酶水 解合成绿草定的过程中，不论是在酸性条件f 或是碱性条件f 水解，都会发生 醚键断裂，生成三氯毗啶酚，导致反应收率f 降，质量偏低。所以我们砹计了 下面的合成路线： 绿革定的合成工艺研究 + 吼0 。h + n a 0 h 试验证明，这条路线不仅易于工业化生产，而且产品收率高、质苗好、二 废少而且对环境影响小，所以我们采用了更经济合理的路线：四氯吡啶i 搿基 乙酸反应得到绿草定。 和国内目前的工业化方法以及查阅的文献相比本合成路线有以r 改进： 在合成最终产品绿草定时，没有采用文献报道的氰化钾路线雨l 羟基乙 酸甲酯的路线，而且采用更简单，更经济的羟基乙酸路线，使得产品的收率及 质量有了很大的提高。 国内三氯乙酰氯主要是采_ h j 三氯乙酸与氯化亚砜反应制得，此法不仅 生产成本高，而且用s o c l 2 作酰氯化剂，副产s 0 2 及h c l 腐蚀严重，且不易三 废治理。而我们选用四氯乙烯与氧气、氯气反应，不仅降低了生产成本同时减 少了三废的产生质量好，易于工业化。 在试验过程中很多反应都使用了催化剂。使得反应平稳，收率及质鼙 有所提高。 6 绿草定的台成工艺研究 三、试验仪器及试验药品 1 试验仪器 红外光谱仪岛津i r - 4 3 5 核磁共振仪b r u k e r3 0 0 m h z 气相色谱仪h p 5 8 9 0f 1 d 检测器 高效液相色谱仪h p i1 0 0 紫外检测器 气质联机h p 5 9 7 3 g c m s 液质联机h p l c m s d 显微熔点仪b u c h ib - - 5 4 5 旋转蒸发仪 b u c h i - 4 6 1 温度计( 未经校正) 2 试验药品及试剂 四氯乙烯9 9 分析纯试剂 氯气9 9 工业品，小钢瓶装 乙腈 9 9 分析纯试剂 甲酵9 9 分析纯试剂 三氯氧磷9 9 分析纯试剂 羟基乙酸7 0 工业品 甲苯 9 9 分析纯试剂 7 绿草定的合成工艺研究 四、化学试验部分 ( 一) 2 2 。4 - 三氯环戊二酰亚胺的制备： 2 , 2 ，4 三氯环戊二酰亚胺的制备，我们选用两种方法进行，分别为三氯乙酸 甲酯路线及三氯乙腈路线。 a 三氯乙酸甲酯路线： 1 三氯乙酰氯的制备 1 1 反应原理： c c l 2 = c c l 2 + 0 2 + c 1 2 c c l 3 g o c l 1 2 试验方法： 在一个3 0 0 0 m l 的四口瓶中，从中间的大口插入一带冷凝器的高压汞灯， 冷凝器中的冷却水用的是蒸馏水或去离子水，用一小水泵打循环，冷却水另用 自来水冷却，以便把汞灯产生的热量带走。瓶中的另外一口接入一插底的带混 合器的玻璃管，在混合器中，使得氧气与气化后的四氯乙烯混合，然后由插底 管导入反应瓶中进行光照氧化，反应瓶外用水冷却，使得反应瓶中的温度保持 2 0 一2 5 c ，反应后的气体导入一带有氯气通入口的直形冷凝器中，冷凝器中的夹 套通入7 0 一8 0 的热水，冷凝的出口插入带冷却夹套，有分液装置及带有冷凝 器的2 0 0 0 r a l 的容器中，四氯乙烯经过光照氧化后再用氯气氯化得到含有三氯 乙酰氯，光气及六氯乙烷的混合物，此混合物经冷凝后，收集在2 0 0 0 m l 的容 器中，尾气f ；f j 碱吸收。当容器收集到约1 0 0 0 m l 的物料后，从底下的放料口放 山，整个过科属丁连续化操作，出口物料进行简单蒸馏，除去前馏份和釜残， 收集正馏份得到产品三氯乙酰氯，含量9 7 ，收率为8 1 2 以氧化反应温度2 0 - - 2 5 * ( 2 ，氯化反应7 0 - - 8 0 * ( 2 ，o 1 ( m 0 1 ) 的四氯乙烯 ( 1 6 6 克) 为试验条件，得到了如下稳定试验结果： 18 绿单定的合成1 二岂研究 表1三氯乙酰氯制备的稳定性试验结果 试验编号 产品得量g 含量 收率 a i1 5 ，29 7 38 1 3 a 一21 5 39 7 88 2 2 a 31 5 59 7 18 2 7 a 41 5 39 7 58 2 ，o a 51 5 o9 7 7 8 0 5 平均 1 5 39 7 5 9 5 4 从试验结果来看试验比较平稳，结果比较平行。 本反应的关键在光照氧化阶段，如果氧化温度高于3 5 容易发生化学键的 断裂，导致混合物中光气量的增多，不仅使得产品收率降低，而且由于产生大 量的剧毒光气，使后处理麻烦，容易出现事故，因此高压汞灯的外壁必须冷却。 2 三氯乙酸甲酯的合成 2 1 反应原理： c c l3 c o c l + c 1 3 0 1 i 。c 1 3 a 。o c h 3 2 2 试验方法： 在具有电动搅拌，温度计，回流冷凝器及滴液漏斗的l o o m l 四口玻璃瓶中， 加入1 82 9 ( o 1 t 0 0 1 ) 三氯乙酰氯，保持温度3 0 3 5 c ，于1 小时内滴加1 6 2 9 ( o 5 m 0 1 ) 的甲醇，反应放出盐酸气用5 的氢氧化钠溶液吸收，滴完后。缓慢 升温( 约l 小时) 至回流，然后保持回流反应l 小时。蒸出过量的甲醇，然后 继续升温收集1 5 2 1 5 4 ( 2 的馏份。得产品1 7 3 9 含量9 8 ( 气谱归一) ，收率9 5 ( 以三氯乙酰氯计) 另外回收甲醇1 0 2 9 ，回收率8 0 ，估计损失部分的甲醇 被盐酸气带跑了，如果增加冷却面积，甲醇的同收率能更高些。 2 3 稳定试验： 网为本步反应比较简单，经过仔细设计好试验条件后，一次就成功了，没 有再改变条件。试验条件为三氯乙酰氯o 1 m o l ，甲醇0 5 m o l 先滴加，后同流反 1 9 绿毕定的含成t 岂研究 应1 小时，得到了如卜- 结果 表2酯化反应稳定性试验结果 试验编号 产品得量g 含量收率 j 11 7 09 8 39 4 1 j 一21 7 29 8 59 5 4 j 一31 6 99 9 19 4 6 j _ 41 7 19 8 49 4 8 j 5 1 7 39 8 39 5 8 平均 1 7 19 8 59 4 9 从上表中可以得知，本步反应比较平稳，收率和质量都比较好。 3 2 ，2 ，4 _ 三氯- 4 - 氰基丁酸甲酯 3 1 反应原理 q 3 c 0 0 2 c f l 3 + g q = c i - i c 、_ + 3 2 试验方法： 在具有搅拌器，温度计及回流冷凝器的2 5 0 m t 三口瓶中，加入1 7 8 9 ( 0 i m 0 1 ) 二氯乙酸甲酯，6 4 9 ( o 1 2 t 0 0 1 ) 的丙烯腈，0 2 9 氧化铜和8 0 m l 无水乙醇，升 温回流反应2 0 小时，气谱监测三氯乙酸甲酯反应完全后，乙醇及过量的丙烯腈 蒸出，得产品2 1 2 9 ，含量9 5 ( 气谱归一) ( 其实际含量可能没有9 5 ，因产 品颜色为深褐色，有些焦油状物质，气谱不出峰。) 3 3 条件试验：本步试验，主要进行了催化剂和原料配比及溶剂选择的条件试验， 结果如f ： 3 3 1 催化剂的选择： 试验条什：三氯乙酸甲酯o 1 m o l 、丙烯腈o 1 5 m o l 、无水乙醇8 0 m l 回流反 2 0 啾 口ll口 一 鼬一 r 呷 一 绿掣定的合成t 艺研究 麻，催化剂o 2 9 气谱监测反应终点。我们对以f 催化剂进行了选择，结果如r 表3催化剂的选择 试验编号催化剂名称 产品得量g 含量( 气谱面积百分比) q - 1c u ( c h 3 c 0 2 r ) 2 1 5 88 5 ，6 q - 2 c u o2 1 69 6 3 q - 3 c u c l 2 2 0 39 3 ，8 q 一4 c u c l2 1 19 4 5 从上表中得知，用氧化铜作催化剂，既便宜又能得到比较好的试验结果。 所以试验中我们选择了氧化铜为催化剂。 3 3 2 反应物料配比的选择：本反应的原料为三氯乙酸甲酯和丙烯腈，理论量的 配比为】：1 试验条件：三氯乙酸甲酯0 1 m o l 、氧化铜o2 9 ，无水乙醇8 0 m l 、回流反应， 气谱监测反应终点，改变丙烯腈的用量，得到如下结果； 表4反应物料配比的选择 试验编号丙烯腈用量m o l产品得量g 含量( 气谱归一) q 5 o 0 81 5 68 3 5 q 6 0 12 0 8 9 3 4 q 7 o 1 22 1 9 9 5 1 q - 8 0 1 42 1 8 9 5 2 从表中可以看出，配料比为l ：1 2 时。能得到比较好的试验结果，如果丙 烯腈的蜒不足，会导致产品得量和质量都明显降低，而高于1 2 倍时，试验结 果没有明显的提高，所以我们最终选择的物料配比为1 ：t 2 3 3 3 溶剂的选择 试验条件：三氯乙酸甲酯：0 1 m o l ，丙烯腈0 1 5 m o l ，溶剂8 0 m l ，氧化铜 2 l 绿单定的合j 垃工艺聊f 究 o 2 9 ，同流反应，气谱监测反应终点。结果如表 表5 溶剂的选择 试验编号溶剂名称 产品得量g 含量( 气谱面积百分比) q - 9甲苯 1 6 17 9 8 q 一1 0二氧六环 2 0 29 4 5 o t 1 无水乙醇 2 0 99 5 ，6 q 1 2乙二醇单甲醚 2 1 29 5 9 从上表数据可知，用二氧六环、无水乙醇、乙二醇单甲醚都能得到比较好 的试验结果，因为无水乙醇价格较低，而且是大宗工业原料，所以我们最终选 择了无水乙醇作溶剂。 3 4 稳定试验：通过上述条件试验我们得到的优惠试验条件为：物料配比 三氯乙酸甲酯：丙烯腈= l ：1 2 ( t 0 0 1 ) ；催化刺：氧化铜；反应湿度：回流反应； 溶剂：无水乙醇 我们采削优惠试验条件，得到了下面的稳定试验结果： 表6稳定试验结果 试验编号 产品得量g 含量( 气谱面积百分比) q 一1 3 2 1 59 5 ，6 q 1 4 2 0 99 6 0 q 一1 5 2 1 29 5 ，3 q 1 6 2 1 6 9 4 8 q 1 72 1 39 4 9 平均 2 1 39 53 绿草定的台成工艺研究 从表中得知，采用优惠试验条件，产品结果比较平稳。 叶l 咄+ c 1 一，一卫a 牛0 d q 卜啦一广一3 一a 弋卜咿r 4 2 试验方法： 在装有电动搅拌器、温度计、回流冷凝器的三口瓶中加入2 1 3 9 ( 气谱归 一) 含量为9 5 i 的上步制得的2 2 ，4 一三氯_ 4 一氰基丁酸甲酯，5 0 9 水，搅拌下 冷至0 5 ，在此温度t 滴j j i j2 8 ，3 93 0 的氨水，滴加时间1 小时，滴加后， 维持反应温度0 5 c ，再反应4 小时，气谱监测反应结束后，过滤，滤饼用冷 水洗两遍。烘干得1 6 8 9 ，含量9 6 5 ，熔点1 7 6 1 7 9 。c ，( 温度计未校正) ， 文献值1 7 8 1 8 0 。 43 条件试验： 本步反应属酯类的氧解反应，但由于本化合物上有活泼的氯原子，氰基 ( 一c n ) ，预计在碱性环境下，对温度比较敏感，因此我们进行了反应温度条件 试验。 试验条件：2 , 2 ，4 一三氯4 一氰基丁酸甲酯2 1 0 9 ( 9 5 归一) 。氨水0 5 m o l 。 改变温度范围，得到如下试验结果： 绿毕定的台成t 艺研究 表7条件试验结果 试验编号温度范围 产品得量g 含量收率 x 一1 5 _ 01 6 79 7 07 5 1 x 一2 o _ 一51 7 19 6 37 6 s x 一3 5 1 0 1 4 89 3 16 41 x 一4l 俨一1 5 1 2 49 0 55 1 9 备注：此步收率是反应3 和反应4 的两步的总收率。试验时以稳定试验得 到的5 0 9 物料分成四次进行反应而得到的结果。 从上表数据可以看出，温度低对反应有利，但温度太低则反应时间太长， 因此，试验中我们采用的是o 一5 反应条件。 4 4 稳定试验 以试验优惠条件：2 ，2 ，4 - 三氯- 4 一氰基丁酸甲酯2 1 o g ( 9 5 归一) ，氨水 0 ，5 m o l ，反应温度o 5 ，反应时间5 小时，得到如f 稳定试验结果： 表8稳定试验结果 试验编号 产品得量g 含量收率 x 一5 1 6 79 6 67 4 7 x 一6 1 6 59 6 77 4 2 x 一7 1 6 89 6 37 5 1 x 一8 1 7 o9 6 57 6 1 x 一91 6 89 6 07 4 7 平均 1 6 89 6 47 5 5 冈为2 ，2 ，4 - 三氯一4 氰基丁酸甲酯是液体，沸点比较高，不易纯化，而酰 氦是嘲体，很容易提纯，从试验结果看，数据还是比较平行的。而且通过条件 2 4 绿草定的合成t 岂研究 试验，得到了比较满意的试验结果。 5 2 2 4 一三氯环戊二酰亚胺的制备 5 1 反应原理： a 一三一咿卜：骂i 屯s 0 4 。c 弘i ；1a 叫卜咿r 0 2 。公。人。 5 2 试验方法： 在具温度计，电动搅拌及回流冷凝器的三口瓶中加入2 2 6 9 ( o 1 m 0 1 ) 的上 步合成的酰胺，搅拌f 3 d k1 5 95 0 的硫酸溶液和l o o m l 的冰醋酸，然后升温 至6 5 1 c 保持温度6 50 c ，搅拌半小时，反应完全，得到一清亮的溶液，迅速把 这溶液倒入2 0 0 m l 冰水中有固体物析出，在0 5 搅拌反应1 小时，气谱监测 反应结束厉，过滤，滤饼用清水2 0 m l 2 次洗涤后烘干，得产品2 1 2 9 ，含量 9 6 1 ，熔点1 5 6 一1 5 9 ，收率9 4 1 。 由于本步试验依据文献做下来非常顺利，试验结果也比较好，所以未做条 件试验。 b ，三氯乙腈路线 三氯乙腈的制各分别选用两种方法进行 1 乙氰氯化法 1 1 反应原理 c 12 c i - 1 j c n - c c ij c n hr 1 2 试验方法 绿草定的合成工艺研究 四口瓶配备通气管，温度计，机械搅拌器，回流冷凝管，冷凝管上接干燥 管，安全瓶及尾气吸收装置。 3 0 m l 浓硫酸放入l o o m l 圆底烧瓶中，在l 小时内滴加1 5 m l 浓盐酸，产生 氯化氢气体，经浓硫酸干燥，通入含有约7 9 o g 乙腈( 1 9 2 4 m 0 1 ) 的四口瓶中 吸收5 9 左右的氯化氢气体。温度升至4 5 c ，以紫外灯照射，提供紫外光源， 开始通入氯气( 大约l o g h ) 。由氯气钢瓶出来的氯气经浓硫酸洗瓶干燥，进入 反应瓶中，尾气经干燥管，安全瓶，进入碱吸收瓶，中和产生的氯化氢气体及 未反应的氯气。反应放热温度控制在4 5 0 0 ，反应过程中，溶液逐渐由无色 变成黄绿色。约通氯2 5 3 0 小时当氯化液密度达到1 1 4 以上即可停止反应。 通入氮气，赶出反应液中的氯气和氯化氢气体。常压下进行蒸馏，馏出液为含 有三氯乙腈和未反应的乙腈的混合物，反应中生成的聚合物留在瓶中。馏出液 先用4 0 r a l 水洗涤两次，再每次用2 0 m l 水洗涤数次，至f 层液密度达到1 4 3 以 上( 理论上含量可达9 8 5 ) ，此时表明混合液中的乙腈己基本除去，硫酸镁干 燥，得到约5 8 o g 浅黄色液体。进一步精馏，加入3 0 9 五氧化二磷，常压蒸馏t 收集b p 8 0 8 4 。c 的组分，得到5 3 o g 无色液体，含量9 8 3 ，产率1 8 7 。 1 3 条件试验 文献报道乙腈氯化的生产工艺为：紫外光照射，氯化氢饱和，氯化温度 4 5 5 0 c ，终点控制氯化液密度1 2 5 1 3 0 ，还有文献报道反应在5 0 , - 8 0 。c 进行， 密度达到1 1 9 。因此本试验对光源，氯化氢饱和程度，反应温度，反应终点的 、 控制，反应液的处理等方面进行了试验并比较加入a 1 c 1 ，作催化剂对反应的 影响。 1 3 1 光源的选择 不同光源的照射，对通氯反应可能具有明显的影响，分别以自然光，2 0 0 w 白炽灯，1 2 5 w 高压汞灯三种光源作比较，以7 9 o g 乙腈参与反应，结果见下表： 2 6 绿草定的台成工艺研究 表9光源的选择 光源反应温度反应终点密产品质量产品含龋反应收率 ( ) 度( g h a )( g ) ( )( ) 自然光 4 5 5 01 1 41 9 79 8 26 9 自炽灯 4 5 5 01 1 42 7 59 8 5 9 8 紫外灯 4 5 5 01 1 45 5 49 8 91 9 7 不同光线对氯化反应产生显著的影响。通氯反应，涉及到氯原子自由基的 反应，而产生自由基的程度直接关系到反应的进程。在紫外光线的照射下有 利于自由基的产生，有利于反应的进行。 1 3 2 催化剂对反应的影响 1 3 2 1 氯化氢对反麻进度的影响 文献中以氯化氢气体饱和，实际上相当r 起催化剂的作用，研究氯化氢通 入量。结果见下表： 表l o氯化氢对反应进度的影响 通入氯化氢质量不同时间反应液密度( 咖1 ) 试验序号 ( g ) 3 小时6 小时1 2 小时 100 ，8 1o 8 30 9 4 25 oo - 8 8o 9 5 1 0 1 31 0 o0 9 009 61 0 1 反应开始前不通入氯化氢，反应发生缓慢。由于反应产生氯化氢，反应前 通入适量氯化氢就可以引发反应。 1 3 2 2 三氯化铝催化剂对反应的影响 绿革定的含成t 艺研究 由丁a 1 c 1 3 在某些氯化反应中起催化作用在反应开始前加入1 5 9a 1 c 13 同时通入氯化氢，结果如下： 表11催化剂对反应进度的影响 弋题间( h ) 81 62 43 04 56 0 催化剂比重 、 未加a i c i3 0 9 21 0 21 1 31 1 81 2 11 2 3 加入a 1 c 13 0 9 91 1 01 2 01 2 3 表1 2催化剂对反应聚合程度的影响 反应液反应蒸馏前样蒸馏后残蒸馏后馏经水洗后含量收 密度 时间 品质量留物质量出液质量 产品质量 盎 ( e d r m ) ( h ) ( g )( g )( g )( g ) 加入 1 2 33 01 1 7 55 4 05 8 29 19 8 5 3 2 a i c l 3 未加 1 2 36 01 1 2 o3 9 56 4 01 3 79 8 74 8 a 1 c 1 3 从表中可以看出三氯化铝可以加快反应的进程，但同时带来的负面作用 就是使聚合物生成的比例加大，如表所列。因此不太适合作为此反应的催化剂。 其他的催化剂尚未进行研究。 133 反应温度对反应收率的影响 试验发现，调节紫外光源不同的加热远近位置，基本上可以使反应温度维 持在某一温度区间在不同温度进行试验，结果如下表： 绿草定的台成丁岂研究 表1 3反应温度对反应收率的影响 反应温度反应液密反应时间产品得量含量( )收率( ) ( ) 度( g m 1 ) ( h ) ( g ) 3 5 4 01 1 33 44 4 19 7 61 5 6 4 5 5 01 1 32 85 2 29 8 61 8 5 5 5 缶01 1 22 64 9 89 83 1 7 7 6 3 6 51 1 32 74 1 89 801 5 o 从上表可以看出反应温度区问在4 5 - - - 6 0 ，都可以获得较好的收率，其 中以4 5 5 0 最好。 1 3 4 反应终点的判断对反应收率的影响 由于氯化反应中聚合现象的存在，反应终点应控制在一定密度范围。试验 中，通过适当缩短或延长反应时间，将反应终点控制在反应液密度为1 1 0 ，1 1 4 ， 1 1 8 1 2 3 ( g m 1 ) 进彳亍比较，结果如下表： 试验条件：乙腈7 9 0 9 ，h c i5 0 9 ，反应温度4 5 5 0 c 。 表1 4 反应终点的判断对反应收率的影响 试验反应液反应时蒸馏前蒸馏后蒸馏后产品得产品反应 序号密度间( h )样品质残留物馏出液量( g )含量收率 ( g m 1 )量( g )质量( g )质量( g ) ( ) ( ) l1 1 01 81 1 0 52 0 48 5 o3 5 59 851 2 6 21 1