关键中间体与菊酯类农药品种开发

1、拟除虫菊酯化学的研究始于 1910年，我国从 20世纪70年代开始开展拟除 虫菊酯杀虫剂的开发研究工作，在科研人员的辛勤努力下，我国拟除虫菊酯的研 究、生产取得了一定的成就。多年来，我国的科技人员立足基础化工原料，研究 拟除虫菊酯的关键中间体的工艺和产业化的技术，合成了拟除虫菊酯系列产品 群。立足基础化工原料，开发重要中间体，打破国外技术封锁，发展民族工业拟除虫菊酯产品是一个大家族，一个中间体向下延伸可以生产很多产品。拟 除虫菊酯产品关键技术主要集中在如何以基础化工原料合成中间体，因此掌握重 要中间体的生产技术是能否自主发展、不受国外束缚的关键。目前，有关菊酯的 主要中间体菊酸的种类约有 10

2、种，其对应的原料都能从基本化工原料做起（见 表 1 ）。表1菊酸种类的主要情况序号名称结构式分子质量主要起始原料1DE菊酸186甘氨酸乙酯盐酸盐、己二烯（异丁烯、异丁醛）2DV菊酸：=CLIJHC1 X209乙腈、异戊二烯、甲醇3三氟氯菊酸口 J=ctwrr X242.5乙腈、异戊二烯、三氟三氯乙烷4二溴菊酸X298甘氨酸乙酯盐酸盐、己二烯（异丁烯、异丁醛）、臭氧、溴仿5氟氯苯菊酸285甘氨酸乙酯盐酸盐、己二烯（异丁烯、异丁醛）、臭氧6降甲基菊酸)=r?COOH 呼x：154DE菊酸7第二菊酸H|：斗匚ih y198DE菊酸8四甲基菊酸S匚匚CHCH，|-./142四甲基乙烯我国在 DE 菊酸

3、的合成方面，部分厂家已掌握富右旋方式 DE 菊酸的制备，但 还不能生产右旋顺反式DE菊酸，因而产品还不能与国际接轨；在DV菊酯方面， 我国部分企业还不能从最起始的原料开始做起，有的购买贲酯合成，有的购买D V 甲酯合成；三氟氯菊酸也是如此，有些厂家是购买贲酯合成；二溴菊酸的合成， 部分企业采用的卤交换路线，但得到的二溴菊酸有效体含量低，合成的溴氰菊酯 质量达不到国外同类产品要求。通过数年的努力，已基本解决上述所有中间体的合成，所有原料都是从基础 化工原料做起，并不断优化中间体的合成工艺路线，提高质量，降低消耗。例如， 在质量方面， DE 菊酸的合成，我国刚开始开发富右旋反式丙烯菊酯时，采用的

4、拆分剂由于其自身的特点，存在以下几点缺陷：1）拆分所得产品的光学纯度不 高（约 90%）； 2）只能拆分消旋菊酸中部分异构体，其他异构体不能拆分，达 不到消旋菊酸全拆分的目的； 3）稳定性差，遇热易分解，回收率低； 4）废水难 于处理。扬农于 1997年开始研究高效拆分剂，解决了高效拆分剂的合成难题及 拆分技术的应用难题，使用该拆分剂，拆分后菊酸的有效体相对含量$96%,拆 分剂的回收率大大提高，从而使产品光学纯度达到国际先进水平。在降低成本、 提高菊酯综合竞争力方面，也做了大量工作，如合成DE菊酸的中间体2,4-二甲 基-2,5-己二烯，我们刚开始采用的是己二醇脱水工艺，原料成本高、能耗大，

5、 2 002 年开始进行以异丁烯和异丁醛为主要原料合成己二烯的技术攻关，于 2005 年成功地进行了工业化生产，大大降低了己二烯的原料成本，质量也从原来的8 8%提高到99% ，为下游产品质量的提高、成本的下降奠定了基础。在工艺路线优 化方面，一直持之以恒地进行改进，如二溴菊酯的合成，刚开始采用的是卤交换 路线，该路线得到的二溴菊酸虽然成本低，但有效体含量达不到国际先进水平， 又重新选择了臭氧化路线，经过大量试验，终于将臭氧化技术成功应用于农药合 成，这在我国农药行业还属首次，二溴菊酸的质量也达到国际先进水平。在产业 化方面，经过数年的技术改进，基本将原来的间歇生产改成连续化生产，如 DE 菊

6、酸、DV菊酸的生产目前均为连续化，大大提高了装置的自动化水平，降低了 劳动强度，稳定了产品的质量，等等。通过从基础化工原料做起，不断改进关键中间体工艺，一方面使产品质量全 面与国际接轨，另一方面降低了成本，增强了国际竞争力。各类菊酸的质量情况 见表2。表 2 各类菊酸的质量情况名称含量有效体比例顺反比外观富右反DE菊酸三95.0右反体比例三90.03/97棕红色透明液体右旋DE菊酸三95.0右旋体比例三97.0(20.05) / (80.05)黄棕色透明液体高右反DE菊酸三96.0右反体比例三97.01.0/99.0黄色透明液体右顺DE菊酸三96.0右顺体比例三97.0三99.0/1.0黄色透

7、明液体外消旋DE菊酸三95.0(20.05) / (80.05)白色至淡黄色结晶体DV菊酸三95.0白色至淡黄色结晶体高右反DV菊酸三95.0右反体比例三95.01.0/99.0黄棕色透明液体三氟菊酸三99.0三99.0/1.0白色粉状固体二溴菊酸三96.0归一含量三98.0白色粉状固体氟氯苯顺酸三96.0白色粉状固体降甲基菊酸三95.0无色透明液体第二菊酸三95.0白色粉状固体四甲基菊酸三99.0白色粉状固体表 3 主要产品研发情况序号产品名称开发时间省科技厅鉴定时间鉴定意见1丙烯菊酯199219931994国际先进，填补国内空白2丙炔菊酯199819991999填补国内空白3炔戊菊酯199

8、819991999填补国内空白4三氟氯氰菊酯199719991999国内先进5Es-生物烯丙菊酯199820002000国际先进，填补国内空白6Es-生物烯丙菊酯199820002000国内先进，填补国内空白7甲烯菊酯199920002000填补国内空白8氟氯氰菊酯199820002000国内领先9右旋烯丙菊酯199920012001国内领先，填补国内空白10右旋胺菊酯199920012001国内领先，填补国内空白11右旋苯氰菊酯199920012001国内领先，填补国内空白12右旋苯醚菊酯199920012001国内领先，填补国内空白13联苯菊酯200020012001国际先进14溴氰菊酯1

9、99920012001国内领先，填补国内空白15咪唑菊酯200120022002国际先进，填补国内空白16氟氯苯菊酯200120022002国际先进，填补国内空白17s-生物烯丙菊酯200020022002填补国内空白18炔丙菊酯200020022002填补国内空白19四氟苯菊酯200220032003国际先进，填补国内空白20倍速菊酯200120032003填补国内外空白21氟硅菊酯200220032003国际先进，填补国内空白22麦草畏200320042004国际先进23优士菊酯200220042004填补国内外空白24乙氰菊酯200320042004填补国内空白25醚菊酯20032004

10、2004国内先进由于扬农的自主攻关，使得跨国公司在中国市场的中间体价格不断下降，如 DV 甲酯由 30 万元/吨左右下降到 10 万元/吨以内，原药价格也大幅下降。由于 质量和成本的双重优势，跨国公司产品的竞争力受到严重削弱，逐渐失去中国市 场，直至基本退出。中国利用自身的技术，打破了国外技术封锁，发展了民族工 业。各类菊酸制备涉及的关键工艺技术产业化技术关键的工艺技术菊酸的制备主要围绕着空间立体结构的转化进行，是空间立体化学在农药合 成中的高度体现，具体如下。DE 菊酸顺反全分离技术使顺反比分别达 1/99或99/1。这样得到的高反式菊酸或高顺式菊酸可自主 地用于生产高效的1R反式菊酸或1R

11、顺式二溴菊酸，最终制造S-生物丙烯菊酯 和溴氰菊酯等产品。DE 菊酸左右旋全拆分技术目前我国国内能够生产菊酯产品的厂家，在拆分剂的选择上基本采用化学拆 分剂氯霉胺，但如前所说存在一些缺陷。选择高效拆分剂和优化拆分工艺是关键。臭氧化技术臭氧化技术是合成二溴菊酸、氟氯苯菊酸等关键技术。1999 年扬农将臭氧化技术用于二溴菊酸的制备，这也是我国第一次将臭氧 化技术用于农药合成。臭氧化技术对农药的环保、高效合成有着积极的作用。采 用臭氧化路线得到的二溴菊酸质量优于用卤交换路线的，合成的溴氰菊酯质量达 到国际先进水平。无效体利用率的高低直接影响到菊酯产品的生产成本，如何将无效体或低效 体转化为高效体，是

12、菊酯产品综合成本降低的关键。菊酸的顺反转化技术在菊酯不同的品种中，对顺式和反式有不同的要求，如何通过恰当的方法得 到任意顺反比的DE菊酸和DV菊酸，也是菊酸生产的技术关键。其他如Witting 反应和不对称合成技术等。拟除虫菊酯产业化的技术关键生产规模的扩大，并不等同于简单的放大，在此过程中，我们解决了众多产 业化过程中的关键问题，不仅优化了生产装置、降低了劳动负荷，而且改善了操 作环境，减少了环境污染，降低了成本，具体如下。高效的固液分离技术菊酯产业化中需要进行固液分离，我国一般的固液分离设备是三足式离心 机，生产能力低，溶剂消耗高，环境污染大。如何有效克服常规离心机劳动强度 大、效率低、环

13、境差、过程无法连续进行的工程问题是生产过程的难题。扬农通 过近几年的摸索，选择合适的固液分离设备，解决了固液分离过程的低效率、大 强度体力劳动的问题，在很多系统上引用了高效固液分离装置，改变了一人操作 一台三足离心机的生产场面，虽然目前公司固液分离生产量在不断增大，在固液 分离工序却做到了增设备不加人，并逐步减少了操作人员与物料的接触。先进的蒸馏技术菊酯生产过程中多处涉及及蒸馏和精馏。如何有效地解决热敏性物料低温分 离的难题，选择与传统釜式、塔式蒸馏相比，具有分离效率高、产品质量好、过 程损耗少等显著特点的装置，同样也是产业化的关键。我们通过选择高效薄膜蒸 发器等解决了此类矛盾。先进的安全连锁

14、技术菊酯的生产，工艺难度大，安全技术要求高。如何确保安全生产，有效实现 化学反应过程与温度、压力等安全参数的自动连锁保护，提高化工生产的安全可 靠性，更是在产业化过程中首先考虑的。菊酯的生产，化学反应步骤多，有的多达十几道工序，如何解决精细化工生 产过程中单釜连续化控制、固体自动投料、液体自动滴加、生产现场远程监控、 操作参数远程输送和调节等控制技术是产业化的核心难题，也是我国工程化与国 外接轨的首要方面。蒸馏系统高真空技术菊酯的生产需要高真空、低温度，如何在生产过程中使用先进的真空装置， 使生产装置的绝压指标由原来的毫米汞柱级达到了帕斯卡级，降低温度、提高质 量和收率，也工程设计必须考虑问题

15、。先进的节能技术，降低能源消耗菊酯生产过程中，水、电、汽、冷的消耗在原材料成本中占有一定比例，如 何既保证生产的稳定运行，同时又节省能源，采用哪些节能设备，大有文章可做。连续化生产技术将间歇生产技术通过研究转化为连续化，提高生产能力，同时保证了生产过 程的稳定性，降低劳动强度，为自动化控制打造基础。自动化控制技术如在生产中推广使用先进测量仪表，在解决一次仪表测量精度的基础上，采 用程序化生产、DCS集散控制，强化过程管理，解决了由于人为操作失误造成的 产量、质量的不稳定性问题；在生产的自动化控制中采用 PLC 作为单独的控制单 元，实施PLC控制和DCS控制系统的结合，达到目前控制领域较高的控

16、制水准和 最合理的控制系统性价比。其他还有大量新颖实用的先进技术。如变频技术在不 同现场中的组合应用，使生产更加节能、高效、环保，并使设备固定投资达到最 省。正是通过以上关键技术的采用，拟除虫菊酯的生产由原先的几吨、几十吨扩 建为几千吨，有部分装置已成为示范装置。拟除虫菊酯产品群的情况介绍解决了从基础化工原料合成关键中间体，便可以合成众多的菊酯产品（见表 3）。目前扬农形成的有特色的产品有：化学名称：（1R, S）-顺,反式菊酸-2,5-二氧-3-（2-丙炔基）T-咪唑烷基甲 基酯结构式：分子式： C17H22N2O4CAS 登记号： 72963-72-5理化性质：工业品为金黄色黏稠液体，蒸气

17、压1.8X10-6Pa（25C）,比密度 d40.979，黏度60CP，闪点110C。不溶于水，可溶于甲醇、丙酮、二甲苯等有 机溶剂。常温下贮存两年无变化。毒性：大鼠急性经口 LD50值为为1800mg/kg。 用途：本品主要用于防治蟑螂、蚂蚁、蠹虫、蟋蟀、蜘蛛等害虫，对蟑螂有特效 该产品被日本住友称为在防治蟑螂上的“秘密武器”。在美国有较好市场。倍速菊酯右旋反式氯丙炔菊酯化学名称：右旋-2,2-二甲基-3-反式-（2,2-二氯乙烯基）环丙烷羧酸-（S）-2 -甲基-3-（2-炔丙基）-4-氧代-环戊-2-烯基酯结构式：分子式： C17H18 Cl2O3 相对分子质量： 341右旋反式氯丙炔菊

18、酯为扬农自主创制的卫生用拟除虫菊酯新品种，该产品已 于 2003 年获得了国家专利，其对蚊、蝇、蟑螂等家庭卫生害虫具有很强的击倒 活性，非常适用在杀虫气雾剂中作击倒剂，右旋反式氯丙炔菊酯药效结果表明： 它对苍蝇、蟑螂的药效明显优于日本的ETOC （益多克），是目前气雾剂中常用 击倒剂胺菊酯击倒效果的10倍，但其生产成本比ETOC低得多，因而产品的性价 比是有竞争力的。氟氯苯菊酯化学名称：3-2-氯-2-（4-氯苯基）乙烯基-2,2-二甲基环丙烷羧酸-a -氰基-（4-氯-3-苯氧基苯基）-甲基酯结构式：分子式： C28H22Cl2FNO3 相对分子质量： 510.45CAS 登记号： 6977

19、0-45-2理化性质：工业品为澄清棕色液体，有轻微的特殊气味。比密度 d41.013， 蒸气压1.33X10-8Pa （20C）。不溶于水，可溶于甲醇、丙酮、二甲苯等有机 溶剂。常温下贮存两年无变化。毒性：大鼠急性经口 LD50值为258mg/kg。用途: 本品高效安全，适用于禽畜体寄生虫的防治，并有抑制成虫产卵和抑制孵化活性 用于多种蜱、虱和鸡羽螨等。优士菊酯化学名称： 2,2,3-四甲基环丙烷羧酸-2,3,5,6-四氟-4-甲氧甲基苄基酯结构式：分子式： C17H20F4O3理化性质：工业品为淡黄色的透明液体，密度 d425： 1.5072，难溶于水， 能溶于大多有机溶剂中，中性、弱酸性条件下稳定，碱性条件下易分解，对紫外 光敏感。优士菊酯在常温下蒸气压高，是吸入和触杀型杀虫剂，也用作驱避剂， 是速效杀虫剂，可防治蚊子、苍蝇、蟑螂和粉虱。氟硅菊酯结构式：C