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摘要 含氟二苯醚类除草剂氯氟草醚乙酯的合成工艺研究 摘要 含氟二苯醚类除草剂氯氟草醚乙酯( 化学名称为( s ) 一2 一氯5 ( 2 一氯4 三氟甲基苯氧基) 苯甲酸乳酸乙酯) 最早是由匈牙利布达佩斯化工厂于 1 9 8 8 年开发出来的。作为含氟二苯醚类除草剂，氯氟草醚乙酯具有高效 低毒、除草谱广、安全的特点，主要用于苗后防除阔叶杂草。本文优化了 以间羟基苯甲酸和3 ，4 二氯三氟甲苯为原料的传统工艺。其中，氯化反应 考察了溶剂、催化剂配比、反应温度和反应时间的影响，发现以1 ，2 二氯 乙烷为溶剂，在5 0 下通入氯气反应1 0 小时，氯代收率为8 4 4 ；酰化 反应考察了溶剂，温度的影响，发现以甲苯为溶剂，8 0 回流下酰化最佳， 收率为9 5 ；酯化反应考察了缚酸剂，反应时间的影响，发现以三乙胺为 缚酸剂，反应2 h 最佳，收率为8 8 4 。合成产物及中间体均经i r 、1 h n m r 表征。 本文首次以3 一甲基4 氯苯酚为原料，开发了一条可获得高光学纯度 产品的新工艺。新合成方法主要通过高锰酸钾氧化法控制了羧基与邻位氯 的相对位置，避免了氯代方法造成的异取代和多取代副产物，包括三步反 应：以3 甲基4 氯苯酚和3 ，4 二氯三氟甲苯为起始原料，经缩合制备2 氯一5 一( 2 氯4 一三氟甲基苯氧基) 甲苯；再经氧化得到2 氯一5 一( 2 氯4 三氟甲 基苯氧基) 苯甲酸；最后经酰化，酯化最终得终产品( s ) 2 氯一5 一( 2 氯4 一三 氟甲基苯氧基) 苯甲酸乳酸乙酯。在缩合反应中，考察了反应方式、物料 配比、反应温度的影响，发现在1 3 0 1 4 0 下，3 甲基一4 氯苯酚和3 ，4 二 t 北京化工人学硕j 二学位论文 氯三氟甲苯的投料比( m 0 1 ) 为2 ：1 ，甲苯带水下反应最佳，收率最高达9 0 7 ；在氧化反应中，考察了不同氧化方法、体系p h 值、溶剂和相转移催 化剂、反应时间的影响，发现以高锰酸钾为氧化剂，体系p h 值为7 8 ， 溶剂组成为水和吡啶体积比为l ：1 ，反应2 h 时最佳，收率为4 0 1 。 关键词氯氟草醚乙酯，氧化反应，氯化反应，酯化反应，除草剂 a b s t r a c t s t u d yo nt h ep r e p a i 泖i o no ft h eh e r b i c i d e o ff l u o s u b s t i t u t e dd i p h e n y le t h e r s a b s t r a c t ( s ) 一1 - ( e t h o x y c a r b o n y l ) e t h y l 一5 一( 2 一c h l o r o 一4 一t r i j f l u o r o m e t h y l p h e n o x y ) 一2 - c h l o r o b e n z o a t e ( e t h o x y f e n - e t h y lf o r t h et r a d en a m e ) i sf i r s tp r e p a r e db y b u d a p e s ti nl9 8 8 a sad i p h e n y le t h e rh e r b i c i d ew i t ht r i f l u o r o m e t h y l g r o u p ，i te n j o y st h ef 0 1 l o w i n ga d v a n t a g e s ：h i g h e rp u r i t y h i g h e ry i e l d ，l o w e r c o s ta n dt h eb e t t e rs a f e t y ，u s e di nc o n t r o l l i n go rk i l l i n gb r o a d l e a fi n p o s t e m e r g e n c yf o r c e r e a lc r o p s t h et r a d i t i o n a lw a yt op r e p a r e ( s ) 一1 一( e t h o x y c a r b o n y l ) e t h y l 一5 - ( 2 一c h l o r o - 4 - t r i f l u o r o m e t h y l p h e n o x y ) 2 一 c h l o r o b e n z o a t e ，u s i n g1 ，2 一d i c h l o r o 4 一( t r i f l u o r o m e t h y l ) b e n z e n e a n d 3 - h y d r o x yb e n z o i ca c i da so r i g i n a lm a t e r i a l ，w a so p t i m i z e d t h ee f f e c to f k i n d so fs o l v e n t ，m o l a rr a t i oo fc a t a l y s t ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r ea n dr e a c t i o n t i m eo nc h l o r i n a t i o nr e a c t i o ni si n v e s t i g a t e d t h eo p t i m i z e dr e a c t i o n c o n d i t i o n sa r e1 ，2 一d i c h l o r o e t h a n ea ss o l v e n ta n dt h er a t i oo fc a t a l y s ta 1 c 1 3t o f e c l 3i s2 4 ：1 ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e5 0 a n dr e a c t i o nt i m e 1o h ，t h e 如e l d r e a c h e s8 4 o t h ee f f e c to fd i f r e r e n tl ( i n d so fs o l v e n t ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e o na c y l a t i o nr e a c t i o ni si n v e s t i g a t e d t h eo p t i m i z e dr e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r e ： t o l u e n ea ss o l v e n ta n dr e a c t i o nt i m e2 h t h eh i g h e s ty i e l di s9 5 o t h ee f k c t o fd i f f - e r e n tk i n d so fa c i da b s o r b e n t r e a c t i o nt i m eo ne s t e r i f i c a t i o nr e a c t i o ni s i n v e s t ig a t e d t h eo p t i m i z e dr e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r e ：t r i e t h y l a m i n ea sa c i d a b s o r b e n ta n dr e a c t i o nt i m e2 h t h ey i e l dr e a c h e s88 4 a 1 1s ”1 t h e s i z e d p r o d u c t sa n di n t e r m e d i a t e sa r ec h a r a c t e r i z e db y 1h n m r a n di r i no u rw o r k ，w ei n v e s t i g a t ean e ww a yt op r e p a r ee t h o x y f e n e t h y l ，u s i n g l ，2 d i c h l o r o 一4 t r i f l u o r o m e t h v l b e n z e n ea n d4 c h l o r o 3 一m e t h y l p h e n o la s o r i g i n a lm a t e r i a l s t h en e wp r o c e s so f5 一( 2 c h l o r o 一4 t r i f l u o r o m e t h y l p h e n o x y ) 一2 - c h l o r o b e n z o i ca c i di sc a m e do u tu s i n gp o t a s s i u mp e m a n g a n a t e a so x i d a n t h i g ho p t i c a lp u r ee t h o x y f e n e t h y li so b t a i n e da n de a c hs t e pi s o p t i m i z e d t h en e wp r o c e s so f t h ep r e p a r a t i o no fe t h o x y f e n e t h y li n c l u d e s ：1 ) 北京化t 大学硕士学位论文 u s i n g1 ，2 d i c h l o r o 4 t r i n u o r o m e t h y l b e n z e n ea n d4 c h l o r o 3 m e t h y l p h e n 0 1a s o r i g i n a lm a t e r i a l ，4 - ( 2 - c h l o r o 一4 - t r i f l u o r o m e t h y l p h e n o x y ) 一 1 c h l o r o 一2 m e t h y l b e n z e n ei so b t a i n e db yc o n d e n s a t i o n ：2 ) 5 ( 2 c h l o r o 4 t r i n u o r o m e t h v l p h e n o x y ) 2 一c h l o r o b e n z o i ca c i di so b t a i n e df r o m o x i d i z i n g4 一( 2 - c h l o r o - 4 一( t r i n u o r o m e t h y l ) p h e n o x y ) 一l - c h l o r o 一2 一m e t h y l b e n z e n e ； 3 ) e t h o x y f e n 。e t h y li so b t a i n e db ye s t e f i c a t i o n t h ee f r e c to fd i f r e r e n tw a y so f r e a c t i o n ，m 0 1 a rr a t i oo fr a wm a t e r i a l s ，a n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r eo nt h ef i r s t s t e pi si n v e s t i g a t e d t h eo p t i m i z e dr e a c t i o nc o n d i t i o n sa r e ： 1 ， 2 一d i c h l o r o e t h a n ea ss o l v e n t ，t o l u e n ea sw a t e rc a 币e r ，n ( a 1 c 1 3 ：f e c l 3 ) = 2 4 ：l ， r e a c t i o nt e m p e r a t u r el3 0 14 0 a n dr e a c t i o nt i m e1o h t h ey i e l dr e a c h e s 9 0 7 t h ee f i f e c to ft h ed i 缳；r e n tw a y so fo x i d a t i o n ，p hv a l u e ，d i f f e r e n t s o l v e n ta n dc a t a l y s t s ，r e a c t i o nt e m p e r a m r eo nt h es e c o n ds t e pi si n v e s t i g a t e d t h eo p t i m u mr e a c t i o nc o n d i t i o n sa r e ：k m n 0 4a so x i d a n t ，p hv a l u eo f7 8 ， v h 2 0 ：v c 5 h5 n = l ：1a n dr e a c t i o nt i m e2 h ，t h ey i e l dr e a c h e s4 0 1 k e yw o r d s ： e t h h o x y f e n e t h y l ，o x i d a t i o n ，c h l o r i n a t i o n ，e s t e r i f i c a t i o n ， h e r b i c i d e i v 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：王整望日期：型笪：笪! t 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名：互迭通 导师签名：扯 日期：型笪! 笪： 第一章绪论 第一章绪论弟一早珀化 目前全球农药市场销售额高达3 0 0 亿美元左右，且保持增长势头，年增长1 2 。 其中除草剂为1 5 0 亿美元左右，占总份额的5 0 ，年增长1 2 f l 】。农药在防治植物病、 虫、草害方面有着不可替代的作用，其使用已成为粮食和经济作物保产增产的重要手 段。随着我国农业现代化的发展，除草剂近年来的增长率远高于杀虫剂和杀菌剂发展 水平，约占到农药产量比重的l 3 。目前全国农田化学除草面积已达o 5 3 亿h m2 次左右， 较1 9 8 0 年增加了l o 多倍，发展势头迅猛。 我国早在2 0 世纪7 0 年代就引进技术，生产、使用二苯醚类除草剂。早期主要在水 稻田使用除草醚和草枯醚；中后期主要在大豆田里使用虎威、克阔乐等。但是仅此也 无力改变国内除草剂品种落后的状况。到2 0 0 5 年底，共有4 0 0 多个厂家在中国登记除 草剂。其中国外公司登记的除草剂共有8 2 个品种，国内厂家登记的除草剂总计7 6 个品 种。超高效。低毒。低残留的品种如磺酰脲、咪唑啉酮、酞酰亚胺、磺酰胺、嘧啶水 杨酸等集中在国外厂家，而国内厂家主要是在一些过时产品，如酰胺，三氮苯，取代 脲等。加之近些年来用间杂草草相发生变化，以阔叶杂草为主的恶性杂草生长同趋严 重，还有人类对于环境保护的重视与同俱增和对绿色食品的强烈需求，所有这些都使 人们越来越迫切的希望丌发一种低毒、高效、杀谱广的优良除草剂【2 弓】。 二苯醚除草剂是2 0 世纪6 0 年代开发的一类高效除草剂。农药分子中包含的二苯醚 结构通过提高光稳定性、生物活性、降低对哺乳类动物的毒性、扩大生物活性谱来改 善农药的理化性质和生物活性。氟原子具有模拟效应、电子效应、阻碍效应、渗透效 应等优良特性，因此在分子结构中引入氟原子，可能使化合物的活性得到大大加强【4 巧】。 故含氟二苯醚类除草剂应用范围极为广泛，涉及到除草剂、杀虫剂、杀菌剂等广泛应 用领域。最近十来年开发的除草剂中，含氟化合物占5 0 ，仅1 9 9 8 1 9 9 9 年报道丌发出 含氟除草剂就有1 4 个之多，含氟除草剂的快速发展也正符合了世界农药的发展趋势。 当前已丌发应用的含氟杀虫剂、杀菌剂、除草剂以及植物生长调节剂等已有上百种， 其中应用较多的杀虫剂有以下几种：氟磺胺草醚【6 - 7 1 ( f o m e s a f e n ) 、三氟羧草醚 【8 1 ( a c 讯u o r f e n ) 、乙羧氟草醚【9 1 ( f l u o r 0 西y c o f e n e t h y l ) 、乙氧氟草醚【1 0 - 1 1 】( o x y n u o r f e n ) 、氯 氟草醚乙酯( e t h o x y f e n e t h y l ) 、乳氟禾草醚( 1 a c t l l o f i 肌) 。此类除草剂为触杀型，具有 活性高，杀谱广，对农作物、人、牲畜毒性低的特点，主要用于禾谷类作物，防除阔 叶杂草，已成为我国除草剂的主要品种【1 3 | 4 1 。 本论文主要讨论含氟二苯醚类除草剂氯氟草醚乙酯的各种合成方法并优化工艺 条件，为工业化生产提供基础研究。氯氟草醚乙酯的化学名称为( s ) 2 氯5 ( 2 氯4 三 氟甲基苯氧基) 苯甲酸乳酸乙酯，通用名为e t h o x m n e t h y l ，结构式如下： 北京化t 大学硕一t ：学位论文 f 3 c o 1 1 含氟二苯醚类除草剂发展概述 1 1 1 含氟农药的特点 c h 3 o c c o o c 2 h 5 h c i 含氟农药以其独特的优势( 活性高，用量低) 受到丌发人员的青睐，它被认为是 近年来所有开发出的新品种中对环境影响最小的农药品种之一。缺点之一是价格偏 高。1 9 6 0 年开发的二硝基苯胺类除草剂氟乐灵【1 5 舶】是最早的含氟农药，由于其优良的 性能，直到现在仍然被使用。其结构式如下： 一n 0 2 f 3 c 名y n ( c 3 h 7 ) 2 l = n 0 2 氟乐灵( t r i n u m l i n ) 氟元素在农药分子设计中应用极为广泛和积极，是由氟原子具有如下的特殊性质 决定的【1 7 】： ( 1 ) 渗透效应大量的研究表明，含氟有机化合物具有较高的脂溶性和疏水性，对 细胞组织具有较高的渗透性能，可使活性成分易于吸收和传递，从而达到除草的目的。 渗透效应是含氟有机化合物作为除草剂的先决条件。 ( 2 ) 模拟效应氟原子的范德华半径与氢原子接近，生物体对其分辨不清而当作氢 化合物摄入体内( 范德华半径h ：1 2 1 0 圳m ，f ：1 3 5 1 0 。l o m ) 。这是含氟有机化合物的作用 机理之一。 ( 3 ) 阻碍效应由于c f 键的键能大( 4 8 4 9 k j m 0 1 ) ，因此同氟原子结合的部位稳定性 高，使代谢受到阻碍，结果使病( 菌) 、害虫、杂草等有害生物的成长受到阻碍而导致 死亡。这也是含氟有机化合物的作用机理。 ( 4 ) 电子效应摄入生物体内的氟化合物，由于氟原子具有最大的电负性会给予分 子上的生理活性部分以电的影响而使活性增加。这是含氟有机化合物优越性内在机理 之一。 第一章绪论 综上，氟原子由于具有上述模拟效应、电子效应、阻碍效应、渗透效应等优良特 性，使得在分子结构中引入氟原子，可能使化合物的活性得到大大加强，故在含氟农 药的开发中得到广泛的应用。 1 1 2 二苯醚类农药的特点 二苯醚类除草剂有着其独特的优势，如对光稳定、生物活性高、安全高效等。1 9 6 0 年美国罗姆哈斯( r o & h a s si n d u s t r i a lc o ) 公司发现了二苯醚类除草剂除草醚【1 8 】 ( n i t r o f e n ) ，1 9 6 4 年推广应用，丌辟了除草剂的新领域。自此以后二苯醚类除草剂就得 到了广泛的研究和应用。除草醚结构式如下： c i 。 慨 除草醚( n i t r 0 矗锄) 大量的研究表明：农药分子中包含二苯醚结构可以显著改善农药的理化性质和生 物活性，主要表现在以下几个方面【1 9 】： ( 1 ) 提高光稳定性农药分子中包含二苯醚可以显著提高农药的光稳定性，这对农 药的全天候使用来说是极其重要的。例如在拟除虫菊酯的醇部分引入二苯醚，提高了 拟除虫菊酯的光稳定性，使其成为主要的农药杀虫剂之一。 ( 2 ) 提高生物活性农药分子中包含二苯醚可以显著提高农药的生物活性。如在拟 除虫菊酯醇部分引入二苯醚或含吡啶的二芳醚后，生物活性显著提高。这就决定了二 苯醚农药的高效性。 ( 3 ) 降低对哺乳类动物的毒性由于二苯醚化合物以植物细胞的叶绿素为作用点， 确保了动植物之间的选择毒性，故农药分子中包含二芳醚可以降低农药的毒性。如在 三唑类杀菌剂中引入二芳醚，使毒性仅为原来的1 2 1 5 。这就决定了二苯醚农药的安 全性。 ( 4 ) 扩大生物活性谱某些农药分子中包含二苯醚可以扩大生物活性谱。这就决定 了二苯醚农药的广谱性。 综上，农药分子中二苯醚结构由于可以显著提高光稳定性、生物活性、降低对 哺乳类动物的毒性，部分扩大生物活性谱的性能，故在农药丌发中受到普遍青睐。 北京化t 人学硕j ：学位论文 1 1 3 含氟农药的开发历程 据统计，一个新农药品种的开发从研制到商品化通常需要8 1 0 年，耗资8 0 0 0 万1 5 亿美元，而成功率为1 9 5 6 年1 8 0 0 ，1 9 6 4 年1 3 6 0 0 ，1 9 7 0 年1 8 0 0 0 ，1 9 8 0 年1 2 0 0 0 0 ，1 9 9 9 年1 8 0 0 0 0 【1 7 】。近年来，由于农药的开发成功率低且研发费用高，人们除了采用以构 效关系为基础的研究方法外，为了进一步提高活性和安全性，还丌发了光学活性的含 氟农药，如p y r o x o f o p ( c g a l 8 4 9 2 7 ，c i b a - g e i g y 公司) 、f 1 锄p r o p - m - i s o p r o p y l ( w l 4 3 4 2 5 ， s h e l l 公司) 、d o w c 0 5 3 5 ( d o we l a j l c o 公司) 、精稳杀得( f l u a z i f o p p b u t y l ，i c i 公司) 。 尽管含氟有机化合物价格昂贵，但可以从其高效的生物活性中得到弥补，而且近 几年公认其对环境影响小，因此在农药创制中对含氟化合物的开发研究十分活跃，世 界各大农药公司竞相开发，新品种不断出现，含氟二苯醚除草剂相继问世。继丌发出 氟草醚后，r o l l i i l & h a s s 公司又成功研制出三氟羧草醚。由于三氟羧草醚具有高效、低 毒、杀草谱广等特点，m o b i lc h e m i c a lc o ( 现属法国罗纳普朗克公司r h o n e p o u l e n c i n c ) 、德国巴斯夫公司( b a s f a g ) 也申请了该品种的专利，制剂分别为2 1 4 达克尔 水剂、2 1 4 杂草焚水剂。英国卜内门化学工业有限公司( i c ip l a j l tp r o t e c t i o nd i v i s i o n 现称l c ia g r o c h e m i c a l s ) 丌发了氟磺胺草醚，随后，r o h m & h a s s 公司开发了乙羧氟草醚， 美国p p gi n d u s t r i a l i n c 丌发了乳氟禾草灵，其它公司也对它的合成方法进行了研究。 继1 9 6 0 年发现除草醚( n i t r o f e n ) 后，二十世纪七十年代，r o h m h a s s 公司在其丌发 的除草醚分子结构中引入氟原子，开发出氟草醚【2 0 】，它的活性较前者提高了4 6 倍。 。 慨c 。 慨 ff 除草醚氟草醚 对于含氟农药的开发途径，刘长掣 】从丌发思路上概括出含氟农药开发的五条主 要途径： ( 1 ) 根据生物电子等排理论，以含氟基团替代已知化合物或先导化合物结构中的 h ，c 1 ，b r ，c h 3 ，c n ，s c n 等得到新的含氟农药。此方法是含氟农药丌发的重要途径。 ( 2 ) 以已知含氟中间体为原料，丌发新型含氟农药。 ( 3 ) 利用己知含氟活性基团与其他活性基团的组合优化得到新的含氟农药。 ( 4 ) 在已知的含氟农药分子中引入其他基团、衍生化或用其他基团替换其分子中 某些基团，从而获得新的化合物。 ( 5 ) 利用新的反应得到先导化合物或以天然产物为先导化合物，按照类似等方法 进行结构优化获得新的含氟化合物。 4 第一章绪论 图1 1 为刘长令【7 】总结的含氟二苯醚除草剂发展路线图。 r 口。一+ c 峨一 f n 0 2 仁 。 n q 乍 。 慨 一u 1 c 杏。 慨 u u c 。杏。杏慨 夕tj、 叩。心乍叩 尸。户o n h s 0 2 c h 3 v i l r 杏。g _ x 图l l 含氟二苯醚除草剂发展路线图 f i g 1 一lt h ed e v e l o p m e n to fd i p h e n y le t h e rh e r b i c i d ew i t ht r i f l u o r o m e t h y lg r o u p 罗门哈斯公司( r o h m & h a s si n d u s t r i a lc o ) 科研人员在做酚类与氯代硝基苯反应时 得到化合物i ，进一步研究发现化合物i i ( 除草醚) ，该除草剂于1 9 6 4 年商品化，后发 现毒性等问题停产。化合物i i i ( 草枯醚) 是在化合物i i 的基础上发现的，化合物v i 是 在化合物i i 与i i i 的基础上发现的，均由同本三菱化成公司丌发。 化合物v i i ( 乙氧氟草醚) 是在化合物i l 的基础上发现的，罗门哈斯公司科研人员首 先合成通式v i 的化合物，经优化得到v i i ；在此同时，m o b i l ( 现为安万特公司) 也在进 行此类化合物的研究，并发现化合物v i ，即甲羧除草醚( b i f e n o x ) ，又经研究两公司同 北京化工人学硕j ：学位论文 时发现化合物v i i ( 三氟羧草醚，r h 6 2 0 1 和m c 1 0 9 7 8 ) 。 化合物i x ( 氟磺胺草醚) 和x ( 乙羧氟草醚r = h ，乳氟禾草灵r = c h 3 ) 均是化合物v i i i 的衍生物。其它该类化合物也是在有关已知化合物的基础上优化得到的。在农药品种 中，多数新颖结构的化合物都是来自随机筛选，发现先导化合物后经优化得到。如除 草剂吡氟草胺是研究人员得到中间体2 氯烟酸时想到氯比较活泼可与酚类等反应，在 此反应的基础上选出的。 在芳环或杂环上含有c f ，基团除草剂代表品种有二苯醚类和苯氧丙酸类，这两类 除草剂在我国使用较广，图1 2 列举了部分目前己经商品化的含c f 3 基团的二苯醚类除 草剂。 f 3 c f 3 c o 三氟羧草醚( a c i n u o 疵n ) o f 3 乙氧氟草醚( o x y f l u o 疵n )氯氟草醚乙酯( e t h o x y f e n - e t h y i ) 图1 2 含c f 3 的二苯醚类除草剂 f i g 1 2d i p h e n y le t h e rh e r b i c i d ew i t ht r i f l u o r o m e t h y lg r o u p 1 1 4 近年来开发的含三氟甲基二苯醚类除草剂 近l o 年丌发的含c f 3 基团的二苯醚类除草剂主要有a k h 7 0 8 8 ，h c 2 5 2 ， m o n1 2 8 0 0 ，s u a m1 6 4 7 6 【17 1 ，如下所示： f 3 c m o n1 2 8 0 0 s u a m1 6 4 7 6 6 f 3 c f 3 c a k h 一7 0 8 8 o n o c h 2 c 0 2 c h 3 h c2 5 2 c c c o o c 2 h 5 l 。 h 第一章绪论 m o n l 2 8 0 0 【2 1 2 2 】是由孟山都公司开发的新型含毗哇的苯氧基除草剂，其作用机理 与二苯醚类化合物类似。 a i 7 0 8 8 【2 3 彩1 是由同本旭化学公司丌发的二苯醚类广谱除草剂，芽前和芽后施 用，对大豆具有优良的选择性，既可防除窄叶杂草又可防除阔叶杂草，通常对难以除 去的杂草如茵麻、苍耳、曼陀罗具有优异的防效，对玉米、小麦、均具有良好的选择 性，z 体和e 体均有活性。 s u a m l 6 4 7 6 【2 孓2 6 】是由通常的二苯醚类化合物衍变所得的新型二苯醚类除草剂， 主要用于茎叶处理，防除一年生杂草。 h c 2 5 2 是由b u d a p e s t 化学公司研制的新型二苯醚类芽后除草剂，对大豆、小麦、 大麦、花生等具有优良的选择性，主要用于防除阔叶杂草。 1 1 5 作用机理 原卟啉原氧化酶抑制剂类除草剂是近年来发展最快的除草剂品种之一。早期的二 苯醚类除草剂和氯氟草醚乙酯是原卟啉原氧化酶抑制剂类除草剂的代表。这类除草剂 的作用机理是抑制光合作用。它是一种触杀型除草剂，通过植物细胞中原卟啉原氧化 酶积累而发挥药效。茎叶处理后，可被敏感植物或杂草吸收到组织中，使植株迅速坏 死，或在阳光照射下使茎叶脱水干枯而死。该除草剂引起的典型生理性变化有：生长 抑制；叶绿素降解；原卟啉积累；膜降解产生短链碳氢化合物。其基本特征是活性氧 导致的脂质过氧化作用，因此又被称为过氧化除草剂。由于该化合物以植物细胞的叶 绿素为作用点，确保了动植物之间的选择毒性，具有超高效、低毒的特点，对作物、 环境安全，残效适中、对后茬作物无影响，故成为新型除草剂开发的热点【2 7 1 。 1 2 氯氟草醚乙酯的合成概述 1 2 1 以问羟基苯甲酸和3 ，4 一二氯三氟甲苯为原料 合成路线一【2 8 】： 葛发祥等【2 8 1 列举了以问羟基苯甲酸和3 ，4 一二氯三氟甲苯出发，经缩合，氯化得2 一 氯一5 一( 2 - 氯_ 4 一三氟甲基苯氧基) 苯甲酸，最后酯化制备( s ) 2 氯5 ( 2 氯4 三氟甲基苯氧 基) 苯甲酸乳酸乙酯的路线，其过程如s c h e m e1 1 所示。 北京化工大学硕l ：学位论文 f 3 c 氯化 卜f 3 c c i + h o o 酯化 卜f 3 c o h 3 c o - g c o o c 2 h 5 h c i s c h 锄el - l 相关的缩合反应见诸报道【2 9 彤】的很多，其中做得较好的是w a ”eo 等【3 0 】以甲醇为 溶剂，间羟基苯甲酸与k o h 按摩尔比l ：2 投料，先成盐，再以d m s o 为溶剂，无水k 2 c 0 3 提供碱性环境下，于1 3 8 1 4 4 下反应2 2 h ，得到3 ( 2 氯4 三氟甲基苯氧基) 苯甲酸，收 率为8 5 ，m p 1 2 4 1 2 5 。氯化反应，c a n w n 曲td a v i d 等【3 4 】尝试在冰醋酸溶剂中通氯 气，氯化得到2 氯5 ( 2 氯4 三氟甲基苯氧基) 苯甲酸。酯化反应，首先在相对过量的 亚硫酰氯中加热回流数小时制备酰氯【州，然后以吡啶为缚酸剂，以苯为溶剂，低温下 进行酯化反应，收率为9 1 1 【3 5 】。以下各合成路线中的酯化方法均与此相同，不再赘 述。 此路线的优点是简单易行，收率较高，原料易得。缺点是于氯化反应中异取代和 多取代产物影响终产物纯度；原料间羟基苯甲酸价格偏贵，氯化操作环境恶劣。 合成路线二f 2 8 】： 葛发祥掣2 8 】列举了另外一条起始原料相同的路线。反应过程经缩合、硝化、还原、 重氮盐反应得2 一氯5 ( 2 一氯4 三氟甲基苯氧基) 苯甲酸，最后酯化得目标产物。其过程 如s c h 锄e 1 2 所示。 f 3 c 硝化 f 3 c 还原 一f 3 c 酯化 + f 3 c o o 醚化 f 3 c o 酯化 。卜f 3 c 2 h 5 s c h e m e1 2 f 3 c o o c o o h o 第一章绪论 此路线起始原料同上，经硝化、酯化、还原、再经重氮盐反应生成2 一氯- 5 ( 2 氯4 三氟甲基苯氧基) 苯甲酸，最后酯化生成目标产物，存在工艺冗长，总收率低，操作复 杂的缺点，不适于工业化。 1 2 2 以2 一氯一5 一羟基苯甲酸甲酯和3 4 一二氯三氟甲苯为原料 葛发祥等还列举了以2 氯5 羟基苯甲酸甲酯和3 ，4 二氯三氟甲苯为原料，经缩 合，碱解得2 一氯5 ( 2 氯一4 一三氟甲基苯氧基) 苯甲酸，最后酯化得目标产物。其过程如 s c h e m e1 3 所示。 f 3 c 碱解 卜f 3 c o 醚化 f 3 c 酯化 + f 3 c o o h 3 c o 9 一c o o c 2 h 5 h c i s c h e m e1 3 此路线仅缩合、碱解、酯化三步，具有路线简单，反应易行的优点。但是不可忽 视的是原料2 氯5 羟基苯甲酸甲酯价格昂贵，其本身的制备就是一个问题。 1 2 3 以5 一羟基一2 一氯苯腈和3 4 一二氯三氟甲苯为原料 k a n i c h if u j i k a w a 等3 6 】提出以3 ，4 二氯三氟甲苯和5 羟基2 氯苯腈为原料，经缩 合，水解，酸化，干燥得2 一氯一5 一( 2 氯4 一三氟甲基苯氧基) 苯甲酸，最后酯化得目标产 物。其过程如s c h e m e l 4 所示。 f 3 c 水觯 卜f 3 c c i + h o c i 醚化 c i 卜f 3 c 酯化 c l 卜f 3 c o h 3 c o g c o o c 2 h 5 h c i s c h e m e1 4 该合成方法以d m f 或d m s o 等极性非质子溶剂为溶剂，在1 2 0 1 8 0 下反应2 8 h 可得2 一氯- 5 一( 2 一氯一4 一三氟甲基苯氧基) 苯腈，苯腈在l0 0 13 0 下水解l0 - 5 0 h ，酸化后 得2 一氯5 ( 2 一氯4 三氟甲基苯氧基) 苯甲酸。由于原料中直接直接引入腈基，且酚羟基 对位有氯原子，故此路线具有线路简单易行特点。缺点首先是2 氯5 羟基苯腈为原料 9 北京化工大学硕：f 二学位论文 导致成本偏高，且存在安全隐患；其次由于2 氯5 ( 2 氯- 4 三氟甲基苯氧基) 苯腈分子 较大，其水解程度也是很难保证的。 1 3 相关反应方法概述 1 3 1 苯环氯化反应方法概述 1 3 1 1 氯化剂的开发进程 1 9 6 4 年，o l a hg a 等3 7 1 用酸性的卤化物a l c l 3 、f e c l 3 、矾1 4 和s n c l 4 作为催化剂， 向反应中通入氯气对芳环进行氯代，其中对位产物比例最高，可以达到7 3 左右，过 程如s c h e m e1 5 所示。从此，人们开始对芳香烃氯化剂展开了全面的研究并取得了长 足的进展。 b 最 f + c i c i s c h e i n e1 5 自此之后的几十年罩，人们又陆续发现了在特定反应中p h s e o c l 【3 8 1 、n 氯代三烷 基铵盐【3 9 1 、( c h 3 ) 3 c o c l 【删、乙酰氯【4 、n a l 0 4 均能起到较好的氯代作用，并有较高 的专位选择性。在所有的氯化剂中，以氯气价格最低，来源最丰富，工艺也最简单， 所以目前国内外都选择氯气直接氯化法。本文也采用氯气氯代的方法。 1 3 1 2 氯气氯代反应中的催化剂 为了提高选择性，以氯气作为氯代剂的反应大多选用适当的催化剂。适合本反应 的催化剂种类及特点如下。 ( 1 ) 金属氯化物催化剂该法以t i 、t l 、s n 、z r 、w 、a l 、f e 的氯化物为催化剂， 其中用的最多的是a l c l 3 ，f e c l 3 与其它金属氯化物组成复合催化剂。采用此类催化剂 能取得较好的选择性，具有令人满意的效果。该法具有生产工艺简单，控制方便、无 特殊设备、三废少、污染小等特点。其缺点氯代选择性较难控制。 ( 2 ) 路易氏酸与噻葸衍生物作催化剂该法主催化剂大多为路易氏酸，主要是f e 、 p b 、a l 、s b 的氯化物；助健化剂一般噻葸衍生物。主催化剂和助催化剂联合作用的结 果，使氯代选择性有所提高。较之a l c l 3 ，f e c l 3 等金属氯化物催化剂，噻葸衍生物较 1 0 第一章绪论 难得到，故在一般的氯化生产中此法不常用到。 考虑到本反应用常规的金属氯化物作催化剂就能达到很好的催化效果，故本实验 考察会属氯化物催化剂a l c l 3 ，f e c l 3 的催化效果。 1 3 2 相关氧化反应方法概述 1 3 2 1 化学氧化法 化学氧化法的主要优点是反应条件比较温和、容易控制、操作简便、设备要求不 高；其主要缺点是化学氧化剂价格较贵，三废处理量大。相关化合物见诸报道的的化 学氧化法主要有以下几种方法。 ( 1 ) 重铬酸钠氧化法k a n i c h if u j i l ( a w a 等【4 3 】报道了以重铬酸钠为氧化剂，将2 氯 一5 ( 2 氯4 三氟甲基苯氧基) 甲苯氧化为2 氯5 ( 2 氯4 三氟甲基苯氧基) 苯甲酸的方 法。其过程如s c h e m e1 6 所示。 f 3 c o n a 2 c r 2 0 7 r ：，- + f 3 c 5 0 1 2 0 。 s c h 锄e1 6 c ic o o h oc l 该方法操作简单，反应条件较温和，设备投资少。但重铬酸盐价格较贵，生产过 程中产生大量含硫酸和含铬废液，存在严重的环境污染问题。因此此种氧化法不予考 虑。 ( 2 ) 硝酸氧化法孙志忠掣删以浓硝酸为氧化剂，v 2 0 5 为催化剂，成功将2 氟5 ( 2 氯4 三氟甲基苯氧基) 甲苯氧化为相应氧化产物，收率为6 7 。其过程如s c h e m e1 7 所示。 f 3 c 0旦f 3 c v 2 0 5 s c h e m e1 7 o h 硝酸是一种常用的氧化剂，优点是价廉、对部分氧化反应选择性好、收率高、工 艺简单。缺点是高浓度的硝酸反应激烈，选择性差，而且反应中有大量n o x 生成，安 全性差；稀硝酸则对设备的腐蚀严重。 考虑到2 氟5 ( 2 氯4 三氟甲基苯氧基) 甲苯与2 氯5 ( 2 氯4 三氟甲基苯氧基) 甲 苯结构上的相似性与不同，此法有一定借鉴性，又因为此路线合成工艺简单，设备要 求低，故本文尝试以硝酸氧化法进行试验。 北京化t 大学硕士学位论文 ( 3 ) 高锰酸钾氧化法k a n i c h if u j i k a w a 等【4 3 】还报道了以高锰酸钾为氧化剂，2 氯 一5 一( 2 - 氯- 4 一三氟甲基苯氧基) 甲苯或3 ( 2 氯4 三氟甲基苯氧基) 甲苯在5 0 1 2 0 下反应 5 h 可生成相应的氧化产物。其过程如s c h e m e l 8 所示。 f 3 c o _ m n 0 4盯 = ，一f 3 c 5 0 1 2 0 。 o s c h 锄e1 8 该方法主要缺点是：高锰酸钾用量较大，生产成本偏高；反应过程中产生大量的副 产二氧化锰，且颗粒细，过滤困难，生产环境恶劣。但由于设备简单，技术门槛低， 故不失为较好的方法，故本文尝试高锰酸钾氧化法进行实验。 1 3 2 2 常压空气( 氧气) 氧化法 此法最早是2 0 世纪8 0 年代兴起的。它以低级脂肪酸为溶剂，过渡金属化合物 和溴化物为催化剂，由空气或氧气氧化烷基芳香烃制取芳香族羧酸。主要优点是：氧 化剂廉价易得、不产生废气、废液。主要缺点是：氧化能力有限，转化率相对较低； 后处理操作复杂，反应器需要用优良的耐腐蚀材料，一般需要加压操作，以增加氧在 液相中的溶解度，从而提高反应速度，缩短反应时间，并减少尾气中有机物的央带损 失；此外由于空气中氧的浓度不高，因此设备大，生产效率不高。 m a r ks a n d i s o n 等【4 5 】和k a y ea l b e ne d w a r d 等【舶】分别以c o ( a c o ) 24 h 2 0 ，m n ( a c 0 ) 2 4 h 2 0 为催化剂，n 扭r ，k b r 为助催化剂，h o a c 为溶剂，常压下采用空气( 氧气) 氧化3 ( 2 氯4 三氟甲基苯氧基) 甲苯制备3 ( 2 氯4 三氟甲基苯氧基) 苯甲酸，收率分 别为8 4 和7 7 。其过程如s c h e m e1 9 ，s c h e m e1 1 0 所示。 f 3 c f 3 c o o ( a c o ) 2 4 h