（化学工艺专业论文）吡啶氯化工艺研究.pdf

摘要 吡啶氯化物都是重要的化工原料，以吡啶直接氯化牛产吡啶氯化物尤其是深 度氯化物的研究多年来一亩是化工行业的一个热点，也一度被誉为世界性难题。 本文在调研了大量文献的基础上，设计了吡啶氯化反应系统，筛选了不同的 催化剂载体和催化剂活性组分，并且优化了反应的工艺条件，获得了比较好的结 果，为以后工业化生产奠定了基础。 根据实际情况，计算了氯气、氮气和吡啶所需要的预热器换热面积，设计并 加工了切实可行的蛇管式沙浴预热装置，设计并加工了固定床直管式吡啶反应 器、撞击流气体混合器。经过调试能够正常运转。 结果表明催化剂( 2 0 c o c l 2 、g o l a c l 3 c ) 是种催化活性比较高的毗啶氯化 催化剂，对于该催化剂，最优的反应条件足原料配比值为n c l 2 ：n p i 如。= 8 ：1 左右， 适宜的反应温度为3 3 0 3 4 0 ，最佳的吡啶流量为2 8 0 m l h 左右。 并且在此条件下，吡啶的转化率可以达到9 0 以上，目的产物五氯吡啶收率 可以达到8 0 左右( 纯度9 5 ) 。该催化剂在最优条件下经过系统正常运转4 2 h 后仍然有较好的活性和选择性，证明此反应系统设计合理，经济上可行，能够为 以后的中试和工业化生产提供参考。进行了合理的工业化概念设计一一年产 1 0 q o 吨五氯毗啶工业装置设计，经过经济性核算，五氯吡啶成本( 不计算固定 资产和能耗) 为1 9 1 2 万元吨，远低于市场价格。 关键词：毗啶，氯化，固定床反应器，五氯毗啶，催化剂 a b s t r a c t p y r i d i n e a n dc h l o r o p y r i d i n e sa r e v e r y u s e f u lc h e m i c a lm a t e r i a l s ，c h e m i c a l i n t e r m e d i a t e m e d i c a la n dp e s t i c i d ei n t e r m e d i a t e s i nr e c e n t y e a r s j t h a sb e e na h o t s p o ti nc h e m i c a lf i e l dt h a tc h l o r o p y r i d i n e s a r ep r o d u c e dd i r e c t l yf r o mp y r i d i n e ， e s p e c i a l l yt h ep o l y c h l u r o p y r i d i n e s o ，i th a sb e e nc o n s i d e r e da s ah a r dq u e s t i o n w o r l d w i d e l y i nt h i s p a p e r , a c c o r d i n g t oa g r e a t d e a lo f r e f e r e n c e s ，t h e s y s t e m o f p y r i d i n e c h l o r i n a t i o nw a sb u i l t s e v e r a lc a t a l y s tc a r r i e ra n da c t i v ec o m p o n e n tw e r e t e s t e d t h eo p t i m a lt e c h n o l o g i cc o n d i t i o n sw e r ef o u n d w h i c hr e a c h e di nab e t t e r r e s u l t af o u n d a t i o nw a sb u i l tf o ri n d u s t r i a l i z a l i o nl a t t e r a c c o r d i n g t ot h ep r a c t i c a li n s t a n c e ，t h ew a r n l u pa r e a so f n i t r o g e n ，c h l o r i n e ，a n d p y r i d i n ew a r l t l u p p e r sw e r ec a l c u l a t e d t h r e es p i r a l p i p i n gw a r l t l u p p e r sw a r m e db y s a n da n du p r i g h tf i x e db e dr e a c t o rf o r p y r i d i n e c h l o r i n a t i o nw e r ed e s i g n e da n d m a c h i n e d t h e yw o r k e dn a t u r a l l y a f t e rd e b u g g e d t h er e s u l ts h o w e dt h ec a t a l y s t ( 2 0 c o c l 2 8 0 l a c l 3 ) w a sah i g ha c t i v eo n ef o r p y r i d i n ec h l o r i n a t i o n a b o u t t h i sc a t a l y s tt h eo p t i m u mr e a c tc o n d i t i o n sa r et h er a t i oo f m a t e r i a l ：n c l 2 ：n p y r i d i n e = 8 ：1 ，t h ef i t t i n gr e a c tt e m p e r a t u r e ：3 3 0 3 4 0 ，t h eo p t i m a l f l u xo f p y r i d i n e ：2 8 0 m 1 ho rs o u n d e rt h i sc o n d i t i o n t h ec o n v e r s a t i o no f p y r i d i n er e a c h e do v e r9 0 t h ey i e l do f p e n t a c h l o r o p y r i d i n er e a c h e da b o u t8 0 ( 9 5 p u r e ) t h ec a t a l y s th a sg o o da c t i v i t y a n ds e l e c t i v i t ya f t e rc o n t i n u o u sw o r k i n gn a t u r a l l y an o t i o n a li n d u s t r i a ld e s i g no f p e n t a c h l o r o p y r i d i n ew i t ha n n u a lp r o d u c t i o n 10 0 0t o n sw a sb u i l t a f t e re c o n o m i c a l c a l c u l a t i o n ，t h ec o s to fp e n t a c h l o r o p y r i d i n e ( e x c e p tf i x e dc a p i t a la n de n e r g ys o u r c e s ) i sf a rb e l o wt h ep r i c eo nt h em a r k e t i tp r o v e dt h a tt h i sr e a c t i o ns y s t e mi sr e a s o n a b l y d e s i g n e da n df e a s i b l ee c o n o m i c a l l ya n dc o u l db eu s e df o rt h em a g n i f i e dt e s ta n d j n d u s t r i a l i z a t i o n k e yw o r d s ：p y r i d i n e ，c h l o r i n a t i o n ，f i x e db e dr e a c t o r , p e n t a c h l o r o p y f i d i n e ，c a t a l y s t l i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，沦文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，出h i 包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证节而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：塑 墨日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、同家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制于段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊疆) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括剐登) 授权东南人学研究生院办理。 研究生签名：垃盗 导师签名拯日期：押j - 。寸 东南大学硕士学位论文 刖吾 n t t i 硅及其氯化物都是重要的化工原料和药物中间体。利用吡啶直接氯化生产毗啶氯化物 以及其它一些毗啶的衍生物( 三氯毗啶酚，毒死蜱等) ，日前在国内外倍受关注。应用固定 床催化氯化吡啶技术在1 9 世纪七八十年代美国d o w 化学公司就开发过，但是处于技术保 密状态，国内也有科研单位进行研究，但是理想的氯化效果以及_ l = 业化生产尚未见报道。 一、课题的研究背景及意义 生产吡啶的氯化物主要用来进一步生产农药，特别是毒死蜱，我国是个农业大国，每 年需要大量的农药，但是目前市售的很多农药都不能符合安全性标准，凿遍存在毒性a 强、 杀虫范围小、残留时问氏、降解效果差等问题，直接对人畜产生极大的危害，更不利丁我国 农、i k 的可持续发展。为此，我国于2 0 0 2 年1 0 月颁布了批法令，责令些不符台安全性标 准的农药限期停产或者销毁，其中毒死蜱作为一种“绿色”产品被列为重点推荐生产和使用 的农药。但是毒死蜱生产的关键部分就是其中间体三氯呲啶酚的合成，经多方面考察，吡啶 气同相催化氯化法合成三氯吡啶酚是一条经济可行的路线。毗啶气相催化氯化生产五氯吡啶 近3 0 年来一直是一个热门问题，一度被认为是一个世界性难题，主要在于寻找一种合适的 催化剂以及较好的、工业上可操作的生产工艺。国内多家佥i p 对此技术均很感兴趣。 二、研究任务 吡啶气同相催化氯化是在催化剂的存在下，将吡啶汽化并预热，再与预热过的氯气混 合，在氮气的稀释f ，进入固定床反应器进行反应，制得毗啶氯化物。 本课题的主要任务是建立固定床气固相吡啶催化氯化反应流程，设计, 1 3 d - 1 2 出吡啶、氯 气、氮气预热装置和同定床反应器，筛选出几种能够使吡啶单程转化率高和五氯吡啶收率高 的催化剂，优化t 艺条件，主要是物料的空间速度、原料配比、反应温度、催化剂活性成分、 催化剂的制各工艺、反应器大小对反应的影响。并尽可能降低操作难度，使其有利于以后j ： 业化生产，建立产品分析方法，最后提出个合理的同定床气固相催化氯化的_ t 业化概念设 计，为以后的研究工作奠定基础。 东南大学颂士学位论文 第一章文献综述 1 1 吡啶及其氯化物 吡啶是吸湿性较强的无色液体，有特殊的臭味，熔点一4 2 。c ，沸点11 5 6 。c ，相对密度o9 8 3 ( 2 0 ) ，折射率1 5 0 9 ( 2 1 ) ，闪点2 0 ，自燃点4 8 26 c 。与水、醇、醚及多种有机溶剂 互溶，呈现碱性；易吸收空气中的水分，可用苯共沸蒸馏。毗啶及其衍生物广泛分布在翻然 界中，主要用于医药工业制磺胺、无味核霉素、维生素a 、可的松、以及驱虫药、局部麻醉 药等；还用于高级印花布的稳定性、合成橡胶促进剂、涂料溶剂、合成树脂的缩合剂；也用 于制造乙烯基吡啶、农用杀虫剂( 毒死蜱) 、除草剂( 百草帖) 等。 i 1 - 1 一氯代毗啶 一氯代吡啶的代表性物质是2 氯吡啶，它是无色或淡黄色的透明液体，熔点4 6 。c ，沸 点1 7 0 。c ，相对密度为1 2 0 1 2 1 8 ，闪点6 8 * ( 2 ，难溶于水，可溶于乙醚、醇。它和3 氯吡 啶、4 氯吡啶都是重要的药物中间体，2 - 氯吡啶的应用最为广泛，下而重点介绍以下2 一氯吡 啶的用途。m 2 l 2 。氯毗啶的合成始于1 8 9 1 年，随着实验条件的不断改善和化学理论的逐步完善，已经 发展了一些新的合成方法，从所用的原料可以分为三种：( 1 ) 吡啶衍生物的氯化；( 2 ) n 比啶 的直接氯化；( 3 ) 其他环合的方法。 路线1 ：以2 氨基毗啶为原料来制取 h 2 0 2 h c i - - - - - - - - - - n h 2 2 羟基毗啶为原料制取： 0 h c o c i ，p h c h ， - - - - - - - - = - - - - - - = j - - c c 路线3 ：以n 比啶为原料经氧化、氧化、还原来制取 路线4 ：以吡啶为原料直接氯化来制取： 2 c 产q c lh f 7 r 、 q q 一q 、 i 东南大学硕士学位论文 导l q c 。 c 基毗啶的合成需要以烟酸为原料进行下列的反应得到， 收率不高，所以目前采用的并不多。 胁：产 - - - - - - n i l 2 路线2 原料米源难且需要通入光气，可操作性不大，不利于环境保护；路线3 原料简单 但步骤比较多，造成整体收率低；路线4 原料易得，但工艺要求高，有副产物，单程收率低 但此路线经过优化改进，有比较好的t 业化价值。国内天津师范大学对路线4 做了大量研究 相关机理、实验研究都有重要进展。主要生产厂家有天津、武汉、衢州、四川i 等地。 2 氯毗啶是一个重要的化工中问体，主要用于医药和农药的合成，其中某些产品已经广 泛应用丁二日用化t 和农作物保护中，市场前景很为看好。在日本只有住友企业可以大量生产。 对于我围这样一个人口和农业大国，2 氯吡啶的合成研究无疑是很有意义的。下面就2 - 氯吡 啶在医药和农药方面的用途作以简单的介绍： 1 用下医药雨i 日用化上的合成 ( ”医药方面2 氯n 比啶中的氯原子能够被亲核试剂取代，如苯乙腈和2 - 氯吡啶用强 碱吡j 定基化( p y r i d y l a t i o n ) ，然后再烷基化、水解和脱羧，可生产抗组胺剂一非尼腊明 ( p h e n i r a m i n e ) ( 1 ) 以及抗心率不齐药达叔平( d i s p y r a m i d e ) ( i i ) 。 。一 l f i l _ ) 乒一 0s o 一 。，l _ 念 东南大学顺士学位论文 9 严邺叫也 c 6 h 5 p h 2 c h 2 n ( c 5 h 7 ) c 6 h 5c o n h 2 ( 2 ) 1 3 化办面2 氯比啶氧化后得2 氯吡啶氮氧化物，它和硫氢化钠反应后得巯氧 n 比啶( i i i ) 。巯氧毗啶锌盐为杀真菌剂，主要用于生产洗发剂。2 - 氯吡啶还可以用来合成吡 硫霉净( 2 一巯基吡啶n 氧化物钠) 以及其他一些防腐剂。 o s i “一? b 固 2 月j 于农药的生产 ( 1 ) 2 - 氯吡啶氮氧化物经过硝化得2 一氯4 硝基吡啶，还原后得2 一氯一4 一氨基吡啶，它是 制备氯吡脲( f o r c h l o r f e n u r o n ) ( i v ) 的必备中间体。 乞c 雏 忖一一卜07 v 氯吡脲是一类全新的高活性、低毒、广谱植物生长调节剂，具有细胞分裂活性，其作川 机理与嘌呤型细胞分裂素( 激动素、玉米素) 相同，但活性比它们高1 0 1 0 0 倍，实践证明， 氯吡脲对许多作物都有非常深远的作= j ，如花期前施用，可以诱导单性结实成无籽果，提高 作物的座果率；花期或花后施用时，可以增大果实，因而显著提高了农作物的产量和果实品 质，已用于粮食作物、瓜、果、蔬菜某些经济作物和观赏植物。 ( 2 ) 2 - 氯吡啶进一步氯化可得到高产率的2 , 6 一二氯毗啶和其它- - n t t 啶的高氯代产 物，它们都是重要的化工中间体，f 面将分别予以介绍，例如用于制取抗生素( e n o x a l i n ) v 、v i 、v i i 、v i i i 4 东南大学硕士学位论文 f h h ：十c v h n c c h v 1 1 2 二氯代吡啶： v c l c c o p ( = s ) ( o c 2 h 5 ) 2 c c c l 3 c o c h ，c o o h 主要有2 , 3 、2 , 4 、2 , 5 一、2 , 6 。、3 , 5 等儿种二氯吡啶，它们的熔点大约在4 0 7 0 。c ，它 们也都是重要的医药中间体。尤其是2 , 6 二氯吡啶，发展潜力很大。合成药物中间体，用作 杀菌剂；合成吡扎地尔一i m z a d i l ) 用于降血脂、抗f m 小板聚集药物；台成席香毗啶( 香料) 等。【2 1 关于2 , 6 二氯n 比啶的应用国内外文献报道主要有以下用途：( 1 ) 2 , 6 - 二氯吡啶在混酸中 硝化得到2 , 6 一二氯3 硝基n l l ：i 症，根据与硝基相邻的氯原子能优先定量与氨反应，造成两个氯 原子与胺反应性有较大的差别这一特性，作为重要药物合成的原料；( 2 ) 2 ，6 w 二氯吡啶本身 就可做杀菌剂，将其熠氢氧化钠水解，然后氯化得到3 ，5 ，6 - 三氯毗啶酚，该晶刷丁二合成目前 全球广泛使用的高效、广谱、低残留杀虫杀螨剂o ，o 二乙基- o - 3 ，5 ，6 三氯2 一毗啶基磷酸酯 ( 即毒死蜱) ；( 3 ) 香料的合成，麝香吡啶的右旋体是从麝鹿体内得到的天然席香的香气成 分之一，其消旋体，以前采用复杂的合成路线合成，收率非常低，国外开发出以2 , 6 一二氯毗 啶与2 甲基1 ，1 0 - 二溴十烷的双g r i g m a r d 试剂，以二氯1 ，3 二( 二苯膦基) 丙烷镍为催化剂， 在四氢呋i 侑溶剂中反应，一步合成该消旋体。 2 , 6 一二氯毗啶的合成主要是通过2 氯吡啶一步氯化法，是在紫外线照射i - ，2 - 氯吡啶溶 解在卤代烃中，与氯气进行反应制各2 , 6 二氯吡啶。要求选择低于2 一氯吡啶沸点值的卤代烃 作溶剂，与2 氯吡啶投料摩尔比控制在2 0 ：】5 0 ：1 之间，并且氯化反应是在液相中进行 的。用卤代烃作为溶剂，卤代烃举例如下：二氯甲烷、二氯乙烷、四氯化碳、三氯乙烯、二 氯乙烷、四氯乙烯、三氯丙烷、四氯丙烷、五氯丙烷、六氯丙烷、七氯丙烷、八氯丙烷、氟 氯1 1 1 烷、一氯二氟甲烷、三氯一氟甲烷、二氯二氟甲烷、二氯二氟乙烷、三氯一氟乙烯、三 氯二氟丙烷、三氟三氯丙烷、凹氯一氟丙烷、五氯一氟丙烷、五氯二氟丙烷、五氯三氟丙烷 等。从以上这些溶剂中可使用一种，也可使用两种或两种以上的混合溶剂。 目前2 , 6 二氯吡啶主要是以销定产。国内尚未见大规模生产的报道。在日本主要有住友 精化公司和广荣化学工业公司以2 - 氯眦啶生产2 , 6 一二氯毗啶。 1 1 3 三氯吡啶： 目前常见的是2 , 3 ，5 一三氯吡啶，白色结晶，熔点5 0 。c ，不溶于水和稀酸，溶于乙醚、丙 酮、氯仿和苯，易溶于乙醇和石油醚，是合成多种农药的中间体，以本品为原料可制杀虫剂、 除草剂。【2 ，3 目前主要有两种合成工艺，氨基二氯吡啶法是以氨基二氯吡啶为原制经桑德迈 口取 东南人学硕士学位论文 尔反应而制得，其反应的方程式如p d 取三l 取 c c 该方法的优点在丁：原料2 - 氨基吡啶比较易得，氯化和重氮化可连续进行，反应在常 温下进行，易于操作，收率高。 另一种方法是三氯4 甲醛缩丁腈脱水闭环法，该法是三氯乙醛和丙烯腈在催化剂的存 在下进行加成反应，得到2 , 4 ，4 三氯甲醛缩丁腈，进而脱水环化即可制得，其反应方程式如 下： c c l 3 c h o + c h 2 = c h c n 生o h c c c l 2 c h 2 c h c i c n c o h c c c l 2 c h 2 c h c i c n 盟一 c c 该方法的优点在于原料易得，但是总收率较低。 2 , 3 6 三氯吡啶，白色晶体，熔点5 6 左右。其合成方法目前主要是通过2 , 6 二氯i i 比啶 光氯化法。反应在l o u i s 酸的催化作用下进行。 c 生2 竺! 兰垒曼型 ， c i c 1 2 c l c c 1 1 4 四氯吡啶： 目前常见的也是应用最为广泛的是2 , 3 ，5 ，6 四氯毗啶，白色粉末，熔点9 0 5 c 。它主要 的合成方法是由五氯吡啶在一些还原剂的存在下脱去一个氯而制得【4 5 1 ， 竖骘cc尽。贝ccch3cn ：c r k n 入c l 成2 , 3 ，5 一三氯吡啶2 一酚，进一步农药生产毒死蜱。 鉴q 旦h 2 qj k r 犷c 。生坠，c l f 丫。 3 6 8 “3 7 3k c i 趣n - a - o k 3 5 8 k c f k - n 入o h 6 c c 台 c c i 页鲤页 散一融 c c 主 c c 东南大学硕士学位论文 1 1 5 五氯毗啶 五氯吡啶具有较高的生物活性和内吸性，因而可用作农约、医药及染料合成的中间体。 五氯吡啶是以吡啶为原料经深度氯化而制得。吡啶的氯化技术一直是研究热点，也是世界性 难题，目前只有美国道氏公司等极少数公司掌握了这项技术，并实现了工业化生产，其技术 处于高度保密状态。中国工程物理研究院研究设计并建立了吡啶氯化反应的装置，并列该装 置进行了完善和改进，有效地降低了吡啶自聚、结晶及生成其他副产物的程度。从五氯吡啶 开发合成的一系列农药具有广谱、高效和低霉的特点，对农、i k 发展和生态保护具有重要的意 义，目前其需求量不断增加，市场潜力非常f 阔。j 。目前主要用于农药毒死蜱的合成。 由于本课题的研究重点是提高五氯吡啶的收率，进一步降低毒死蜱的生产成本，下面 介绍一f 毒，e 蜱的物理化学性质、国内外目前毒死蜱合成的t 艺路线以及毒死蜱作为新型杀 虫剂能够广泛应用的优势。 1 1 6 毒死蜱的合成及发展状况 毒死蜱的化学名称为o ，o 一二乙基o ( 3 ，5 ，6 。三氯2 吡啶基) 硫代磷酸酯，国际通 用名是c h l o r p y r i f o s ，是迄今为止世界e 产量最大的农药晶种之一。毒死蜱足一种高效、j 谱、低残留和低抗药性的有机磷农药。它具有触杀、胃毒和熏蒸作_ h ，能有效防治水稻、麦 类、玉米、棉花、甘蔗、茶叶、果树、花卉和牧畜等的螟虫、卷叶虫、粘虫、介壳虫、蚜虫、 叶蝉和害螨等百余种害虫。另外，中科院上海昆虫研究所开发两种以毒死蜱为活性成分的防 霉防蛀 j 生药品，种是用于毛棉丝织品，它对损害毛棉织品的蛀虫具有良蚶的防蚊熏杀作 用，使用方便，对纺织品的白度无影响，对人体无害；另一种是固体异龙脑、有机磷杀虫剂 毒死蜱及挥发性防霉剂富马酸二甲酯按一定比例在常温下的混合物，它除了具有强烈的杀虫 抑菌作用外，对档案、图书、书画文物等的纸张、字迹、颜料等无不良影响，使用安全，是 新一代的防蛀防霉剂。p “s l 农药的l 吊种很多，迄今为 ：，在世界各国注册的已有15 0 0 多种，其中常用的3 0 0 余种。农 药的分类主要有三种：其一，按主要用途分类有杀虫荆、杀螨剂、杀鼠剂、杀软体动物剂、 杀菌剂、杀线虫剂、除草剂、植物生| 圭调协剂等。其二，按来源分类有矿物源农药( 无机化 合物) 、生物源农药( 天然有机物、抗生素、微生物) 及化学合成农药。其三，按化学结构分类 主要有有机磷( 膦) 、氨基甲酸醮、拟除虫菊酯、有机氮化合物、有机硫化合物、酰胺类化合 物、脲类化合物、醚类化合物、酚类化合物、苯氧羧酸类、三氮苯类、二氮苯类、苯甲酸类、 脒类、三唑类、杂环类、香豆素类、有机金属化合物等等。 1 1 6 1 常见农药的毒性介绍 ( 1 ) 敌敌臣：【9 】 雄、雌大白鼠急性经口毒性l d 5 0 ( m g k g 体重) 分别为：8 0 、5 6 ， 雄、雌大白鼠急性经皮毒性l d 5 0 ( m g k g 体重) 分别为：1 0 7 、7 5 ， 米、麦、杂粮、果实、蔬菜、茶叶的允许残留值为ol p p m ，草莓0 3 p p m a d i ( 1 - q 允许摄入量，下同) ：o 0 3 m g k g ( 2 ) 甲胺磷： 急性经口毒性l d 5 ( 1 ( m g k g 体重) ： 7 东南大学硕上学位论文 大小白鼠为3 0 ，豚鼠为3 0 5 0 ，兔为1 0 - 3 0 ，母鸡为2 5 ，鹌鹁为5 7 5 雄大白鼠急性经皮毒性l d 5 0 ( m g k g 体重) 为5 0 - 1 1 0 对鱼毒性t l m ( 9 6 h ) 值为： 金鱼：1 0 0 p p m ；鳟鱼：5 1 p p m ；虹鳟鱼：4 6 p p m 。a d h 0 0 0 2 m g k g ( 3 ) 林丹： 大自鼠急性经口毒性l d 5 0 ( m g k g 体重) ：1 2 5 对皮肤有刺激作用。a d h0 0 1 m g k g ( 4 ) d d t ： 雄、雌火自鼠急性经口毒性l d 5 0 ( m g k g 体重) 分别为：1 1 3 、1 1 8 雌大白鼠急性经皮毒性l d 5 0 ( m g k g 体重) 为：2 5 1 0 ，a d i ：0 0 0 5 m g k g ( 5 ) 氧乐果： 大小白鼠急性经口毒性l d 5 0 ( m g ，i ( g 体重) 分别为：3 0 , - , 6 0 、3 0 - 4 0 大a 鼠急性经皮毒性l d 5 0 ( m g k g 体重) 为1 4 0 0 ，吸入为：1 5 2 0 作物允许残留值为：2 p p m 。a d h0 0 0 0 5 m g k g ( 6 ) 甲基对硫磷 急性经口毒性l d 5 0 ( m g k g 体重) ： 雄、雌人a 鼠分别为：1 4 、2 4 ；小白鼠为： 急性经皮毒性l d 5 0 ( m g k g 体重) ： 火白鼠为：6 7 ；小白鼠为：3 0 0 - 4 0 0 。a d i 1 1 6 2 毒死蜱的物化性质和毒性介绍 1 8 3 3 2 1 ；家兔为：4 2 0 0 0 0 1m g k g 毒死蜱的纯品为白色结晶，工业品带硫醇味，相对密度：1 3 8 9 ( 4 3 5 c ) ，熔点：4 2 5 4 3 5 ，3 5 水中溶解度为2 p p m 。易溶于昴辛烷，甲醇等有机溶剂。在一般贮存条件下稳 定，在酸性介质中稳定，在碱性介质中易分解，可与碱性农药混用。【1 0 】 毒性：急性经口毒性l d 5 0 ( m g k g 体重) ： 大鼠：1 3 5 1 6 3 ，兔：1 0 0 0 , - , 2 0 0 0 ，豚鼠：5 0 0 ，小鼠：7 0 急性经皮毒性l d 5 0 ( m g k g 体重) ： 小鼠：1 2 0 ，兔：2 0 0 0 对蜜蜂有较高毒性，剥虾和鱼有毒 鲤鱼：t l m ( 4 8 h ) 0 1 3 p p m 蛆鳟鱼：t l n l ( 9 6 h ) 1 5 p p m ( 7 2 。c ) 8 东南大学硕士学位论文 室 j j 空气展高允许浓度为：0 2 m g m 3 列皮肤和眼睛有轻微刺激作用 植物中晶大允许残留值( m r l ) 为：成6 粮：o 1 p p m ；甘蔗：0 3 p p m ；棉子及棉子油：o 0 5 p p m 甘监，莴苊：0 ，l p p m ：叶菜，梨果：1 p p m 。a d i ：0 0 0 1 m g k g 。 从上可看出，毒死蜱是一种广谱、高效、低毒的农药，而且该农药施用后，在土壤中的 降解较快，即残留小，对人莆等的危害较小，所以毒死蜱在将来还会得到更大更广的应用。 1 1 6 3 毒死蜱的降解 安徽农业大学的岳永德等，研究了毒死蜱在两种不同土壤中的光化学降解以及土湿度、 t i o ：、f e ”对其光降解的影响。结果表明，毒死蜱在土壤中光降解较快，半衰期为2 0 h 左右 t i 0 2 、f e 3 + 对其光降解有显著的促进作用。【1 0 。1 1 】 美国陶氏化学公司研究r 毒死蜱的降解机理，见图1 1 图1 1 毒死蜱的降解过程 毒死蜱降解主要有三种途径，( 1 ) 在氧气作用下，氧原子取代硫原子，生成氧代毒死蜱， 然后分解为t c p ( 3 ，5 ，6 一三氯2 羟基吡啶，下同) ；( 2 ) 在空气中脱乙基生成去乙基毒死蜱， 再分解为t c p ；( 3 ) 直接分解为t c p 。t c p 会转变为t m p ( 3 ，5 ，6 - 三氯- 2 - 甲氧基吡啶) ，它 们可相互转化。然后t c p 再分解为有机酸、共轭物和二氧化碳等小分子排出。 毒死蜱的合成过程，无论是用何种合成路线，关键组成部分都是其重要中间体2 , 3 ，5 三 氯吡啶2 一酚的合成。下面介绍一下其中闻体的合成工艺路线。 1 1 7 毒死蜱及其中间体三氯吡啶酚的合成 三氯吡啶酚的合成，根据反应的合成路线，可分为吡啶路线和环合路线。 9 东南大学硕士学位论文 1 1 7 1 吡啶法 此方法是毗啶在催化荆存在下，经高温气相氯化生成五氯吡啶，在经过选择性还原为四 氯吡啶，水解酸化后即得三氯吡啶酚【4 1 2 , 1 3 1 。 具体操作分为三步骤 ( 1 ) 毗啶的高温气相氯化：在一管式同定床反应器中进行( d - 2 0 m m ，l = l o o m m ) ，把b a c l 。、 c o c i z 、l a c 。等催化剂负载在活性炭上，将催化剂预热至设定温度( 3 0 0 。c 3 8 0 。c ) ，并通 入氯气活化2 h ，然后将氯气，氮气t , , t l 啶的高温气体混合物( 混合物中吡啶的体积含量应 在5 1 0 ) 通入反应器，控制物料流姜；= 与比例。反应后的混合气经冷却、结晶、分离得 五氯吡啶。 ( 2 ) 五氯吡啶的还原：在一个带搅拌器、回流冷凝管、温度计和滴液漏斗的四口烧瓶中进 行，加入五氯吡啶和乙腈开动搅拌器并加热回流，直至五氯吡啶全部溶解，向混合物中添加 适量锌粉，并缓缓滴加n h 。c 1 水溶液，反应数小时后向混合物中加入适量浓盐酸蒸山溶剂 乙腈后再加入盐酸搅拌1 h ，冷却、结晶、过滤得白色固体，即为2 ，3 ，5 ，6 - 四氯吡啶。 ( 3 ) 四氯毗啶的水解：在一带有搅拌器、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中进行，加入四 氯也啶和适量氢氧化钾水溶液，搅拌加热至9 5 。c 1 0 0 ( ：2 ，反应至四氯吡啶消失，将反应后 溶液在8 5 。c 左右过滤，除去不溶物质，滤液为吡啶酚钾水溶液，向溶液中加入5 0 硫酸至溶 液呈酸性，冷却、过滤、洗涤、烘干得三氯吡啶酚。 反廊方程式如f 粉兰玲蓦酱争兰联：詈黔 兰斌上崇兰磁h 另有以甲基毗啶为起始原料的合成方法，但是此方法产物过于复杂，报道很少，不为国 内外采削。 1 1 7 2 环合法 环台路线按原料又可分为丙烯酰氯路线、三氯乙酸苯酯路线和三氯乙酰氯路线。 ( 1 ) 丙烯酰氯路线”4 l ：由丙烯酰氯和三氯乙腈在氯化弧铜和有机瞵催化剂的存在r 反应， 加热到7 8 8 2 。c ，回流并蒸馏回收残留原料得2 , 4 ，4 三氯4 一氰基丁酰氯。其收率可达8 5 ， 然后将所得产物溶入溶剂中，加入催化剂有机锡，通入干燥氯化氢并升温至7 0 。c 左右，反 应6 1 1 回收溶剂，重结品得白色晶体3 , 5 ，5 ，6 - 四氯3 ，4 一二氢毗啶一2 - 酮，收率接近9 0 。最后 向毗啶酮中加入乙酸乙酯及碳酸钠水溶液，搅拌、加热、同流，冷却至室温，真空过滤，洗 涤并用稀硫酸进行酸化，静置待析出沉淀再进行抽滤、烘干得白色针状结晶即为吡啶酚，收 率可达9 2 。 0 东南大学硕士学位论文 反应历程如下： c h 声i 面嚣罢杀蕊n c c c f h ，c 附c o c l 揪篇笔譬慧帝 薹岭鬻：聪。聪 ( 2 ) 三氯乙酸苯酯路线【15 。”j ：三氯乙酸苯酯在氯化亚铜等催化剂的存在下，以无水环丁 砜和丙烯腈为溶剂，搅拌下在1 2 5 加热1 0 h ，加成得到2 , 2 ，4 三氯一4 - 氰基苯酯，然后冷却 反应 融合物至室温，用干燥氯化氢气体饱和，接着密封反应，1 2 5 f 加热搅拌5 h ，冷却至 室温，排出氯化氢气体后即得到含有吡啶酚的混合溶液，以三氯乙酸苯酯计的总收率为5 5 左右。将所得混合溶液注入水中用甲基叔丁醚萃取几次，水洗萃取液，接着用过量的稀碳 酸钠水溶液搅拌1 h ，过滤生成的白色固体，用甲基叔n 蝼洗涤，用盐酸酸化所得吡啶酚钠， 可得吡啶酚。 c c l 。量伊罨瓣峨n c 嘲善。一蛆 刺一兰聪 。吣弋。c i 弋h ( 3 ) 三氯乙酰氯路线8 j ：将三氯乙酰氯和丙烯腈按物质的量比为i ：o ，9 1 ：1 3 加入一 个装有搅拌器、温度计、同流冷凝管和在氨气保护下的四口烧瓶中，于1 2 0 1 4 0 。cf 加热、 搅拌，加入物质的量比为l ：l 的铜粉和氯化亚铜催化剂，在氮气保护下反应8 1 6 h ，催化 剂总景与三氯乙酰氯的物质的量比为0 1 ：1 左右，溶剂为硝基苯、二氯苯或二甲苯。得到 种褐色的混合物，过滤除去固体催化剂得到浅黄色透明液体即为加成产物。将所得母液减 压蒸馏蒸出未反应的原料和溶剂，然后转入带搅拌器、气体导入和回流冷凝装置的三口烧瓶 中，在3 0 5 0 。cf 通入干燥的氯化氢气体，并搅拌3 l o h ，然后用真空尽可能抽出剩余的 氯化氢气体，即得到环合产物吡啶酮。然后对所得到的进行芳构化，因为此反应是一剧烈的 放热反应，敞在冰水浴中搅拌，防止反应过于剧烈，氢氧化钠溶液由滴液漏斗缓慢滴入，便 可以得到大量的浅黄色粉末，继续搅拌，并控制温度在室温，搅拌5 1 2 h ，过滤、干燥得 到三氯吡啶酚钠。然后用大量盐酸或硫酸进行酸化，可以看到大量浅黄色粉末，静置段时 间，烧杯底部出现晶体，即为三氯吡啶酚钠晶体，收率为6 5 左右。 反应历程如下 东南大学硕士学位论文 c c l 3 c o c i 器篑轴c - c h c i - c h 一o c | 皿兰 专：骐| n a 一三骥l h 丙烯酰氯路线存在的主要问题是反应步骤多、工艺流程长，而且需要昂贵的催化剂有机 膦、有机锡和贵重溶剂，生产上不宜采用。三氯乙酸苯醣路线同样曲存在一系列期待解抉的 问题，诸如溶剂环j 砜比较贵重、环合过程要通入干燥氯化氢、而且副产品苯酚与吡啶酚性 质相似难丁分离，最后该路线总收率一直不高，导致成本高，工业化意义不大。三氯乙酰氯 路线不但有与i 二氯乙酸苯酯路线共同的缺点，而且反应步骤最多，工艺流程最长，原料三氯 乙酰氯见水极易分解产生大量氯化氢，阻碍加成反应，环合时通干燥氯化氢不易控制，根据 已有研究很难达到或接近文献报道收率。吡啶路线法要求吡啶在高温下气相氯化，操作难度 大，但是反应步骤少，虽然在中间会出现少量的三氯、四氯吡啶但是容易分离，或者通过循 环氯化使五氯吡啶的收率提高。而且近年来我国吡啶产量人大提高，解决了2 0 世纪9 0 年代 我国吡啶原料急缺的问题。再者，此方法易于工业化，网此有广泛的研究前景。 1 1 7 3 毒死蜱的合成 由三氯吡啶酚或其钠盐与0 ，0 二乙基硫代磷酰氯反应，据国内外文献报道按反应条件 可以分为有机溶剂法、水相法和双溶剂法。【5 “7 】 ( 1 ) 有机溶剂法：将乙基氯化物和三乙基苄基氯化铵加入到分散于二氯甲烷的吡啶酚 钠中，加热同流2 h ，冷却，过滤出固体氯化钠，滤液在减压下脱溶剂，残留物用水洗涤几 次，干燥，得毒死蜱。 ( 2 ) 双溶剂法：将吡啶酚钠、二氯甲烷、水、三乙烯二胺和三乙基苄基氯化物组成混 合物，加入有氢氧化钠和硼酸钠组成的缓冲溶液，在搅拌下滴加乙基氯化物，4 0 左右反应 1 3 h 后，冷却至室温，分出水相，用水洗涤，减压脱除溶剂，得到毒死蜱，收率9 5 左右， 含量9 6 以上。 ( 3 ) 水相法：将吡啶酚钠、水、4 二甲氨基吡啶、硼酸、氯化钠、氢氧化钠和聚乙_ 二醇 一起放入反应器中搅拌，再加入乙基氯化物，4 0 5 0 。c 下反应3 h 左右，得到纯度为9 8 左 右的毒死蜱，收率9 0 以二。 兰缈一c i + 兰骐矗静三拶一焱 1 2 东南大学硕士学位论文 1 2吡啶气相催化氯化合成卤代比啶的理论分析 1 2 1 吡啶气相催化氯化 毗啶气相催化氯化的反应实质上是亲电取代反应，氯气在催化剂表面异裂生成c l “ 进而发生亲电取代反应：【2 3 2 5 ，2 6 1 + c l c ij 虬 、表1 1 即为p p p s o f m o 对吡啶及其衍生物岗环碳原子上电荷密度的计算结果。由此 可得知： ( 1 )亲电反应发生在电荷密度较高的位置上，为此认为其氯化反应的历程为： 一9 。印c 毫 + c c l c i c c c i c l ( 2 ) 氯原子的引入使吡啶环的碳原子上的电子云密度增加，有利于吡啶的深度氯化而 难以停留在其他中间过程。 ( 3 ) 不完全氯化的产物应为2 ，3 ，4 ，5 一四氯吡啶。 1 2 2 还原反应 五氯吡啶在金属和供质子剂中之脱氢反应的基本特点为：被还原产物从金属表面或供 质子剂夺取质子形成游离基后，再依次通过质子的亲电作用取代氯原子以形成产物。 c c c l c m a i m , , c ic + h + 。h ：醇三 i l i c i 。多u 东南火学硕士学位论文 表1 1p p p s o f m o 对吡啶及其衍生物周环炭原子上电荷密度的计算结果 碳原子上的电荷密度 化合物 12345 6 囝； 1 7 1 7 0 5 6 00 ，6 6 5 9 4 7 31 0 4 6 8 4 4 00 8 5 7 3 5 7 51 0 4 6 8 4 4 00 6 6 5 9 4 8 0 ； l 1 7 1 5 6 8 9 00 6 8 5 8 0 2 31 0 2 4 2 7 6 00 8 7 9 18 6 61 0 4 5 8 6 0 00 6 7 2 8 4 5 0 “秭1 1 7 1 4 2 9 1 00 6 9 7 1 7 3 01 0 2 3 2 9 5 00 9 0 0 9 1 6 11 0 2 3 2 9 5 00 6 9 7 1 1 5 6 “玲i 1 7 2 1 1 1 7 00 7 0 1 6 3 4 81 0 4 5 5 6 4 00 8 7 6 8 9 1 11 0 4 4 5 5 6 30 7 0 1 6 3 0 8 “绺 1 ，7 3 3 2 7 5 00 6 8 1 9 9 4 31 ，0 6 7 0 7 5 008 8 2 6 4 5 81 0 5 6 3 5 1 00 7 1 7 0 1 7 2 。c 。l 孓4 么i 。c 。l 1 ，7 4 3 8 9 1 00 ，6 9 6 2 8 4 91 ，0 7 8 7 2 6 00 8 0 7 3 6 3 2 10 7 8 7 2 6 0 0 6 9 6 2 8 4 8 d 5 s 秘4 。c ，l 1 7 2 7 1 8 4 00 6 7 7 1 3 3 11 0 4 3 6 3 5 00 9 0 6 4 4 3 4 10 3 5 9 0 5 0 0 7 1 3 4 6 6 6 c 盯4y 。c 1 7 3 8 3 7 4 00 6 9 2 2 6 7 11 0 5 7 1 1 3 00 9 1 0 9 6 5 31 0 5 7 1 1 3 00 6 9 2 2 6 7 1 d 孓秸d 当五氯毗啶夺取h 后，氮原子杂化方式出现变化，其不再参与环上的共轭体系，表1 2 即为过渡态的p p p s o f m o 计算结果。由此可见，过渡态的进一步亲电取代反应将发生在3 位碳原子上，使3 位上氯原子的电荷密度，增强以c l 形式离去的趋势。 1 4 东南大学硕士学位论文 表1 2 过度态p p p s o f m o 计算结果 0 1 8 催1 7 电荷密度 1 8 l 夸材d 6 一h 碳原子 1 3 0 9 8 7 51 0 5 2 4 6 41 3 5 5 4 6 91 0 5 2 4 6 51 3 0 9 8 7 1 8 0 1 0 氯原子 1 9 8 5 3 8 31 9 8 0 1 3 91 9 8 8 7 9 61 9 8 0 1 3 91 9 8 5 3 8 3 1 2 3 水解反应 四氯吡啶在碱性介质中的水解反应为亲核取代反应，o h 。将在四氯吡啶环中电子云密度 最低的碳原子上：发生反应，此最有利位置为2 ，6 位置 计算结果见表1 1 。当环上引入o h 。 后，电子云密度骤增，此时进一步水解的可能性很小。 1 3 反应器类型 1 3 1 流化床反应器 固体粒子像流体一样进行流动的现象叫流态化，流化床反应器就是反应器中固体粒子 早流态化的反应装置。该装置早在1 9 2 2 年就开始使用，在二战期间用石油进行流态化催化 裂化生产汽油，取得了巨大的成功。 1 9 】 常见的流化床反应器