三氯氧磷在有機(jī)合成及工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

曾平莉，王 東

（浙江醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校，浙江 寧波 315100）

三氯氧磷，又名磷酰氯﹑氧氯化磷，英文名稱為Phosphorus Oxychloride，是無(wú)色透明的液體，常因溶有氯或五氯化磷呈微黃色。其分子式為POC13，分子量153.33，相對(duì)密度1.675，凝固點(diǎn)-10℃，熔點(diǎn)2℃，沸點(diǎn)105.3℃。它易揮發(fā)，遇潮濕空氣形成白煙；易被水和乙醇分解并發(fā)出大量熱和鹽酸氣。

三氯氧磷廣泛用于農(nóng)藥﹑醫(yī)藥﹑染料﹑磷酸酯及阻燃劑的生產(chǎn)，是制造有機(jī)磷農(nóng)藥除草劑﹑殺蟲(chóng)脒等的原料，用于生產(chǎn)塑料增塑劑，還用于長(zhǎng)效磺胺藥品的氯化反應(yīng)，是生產(chǎn)染料的中間體，有機(jī)合成的氯化劑﹑催化劑和鈾礦提取劑。

1 三氯氧磷在有機(jī)合成中的應(yīng)用

1.1 三氯氧磷在Niementowski 反應(yīng)中作用

4(3H).喹唑啉酮類化合物在抗腫瘤﹑抗炎﹑抗高血壓及免疫抑制等方面都具有良好的活性，許多以4(3H).喹唑啉酮為母體結(jié)構(gòu)的藥物在臨床治療中應(yīng)用十分廣泛。因此，4(3H).喹唑啉酮環(huán)的合成也備受關(guān)注，在眾多合成方法中，Niementowski 反應(yīng)顯得尤為重要。但Neimentowski 反應(yīng)存在反應(yīng)溫度高，反應(yīng)物容易炭化變黑，產(chǎn)物難以分離純化等缺點(diǎn)。針對(duì)以上缺點(diǎn)，劉志紅等[1]研究表明，在Niementowski 反應(yīng)中加入三氯氧磷可使反應(yīng)溫度顯著降低，產(chǎn)物易于分離純化，且反應(yīng)歷程與Niementowski 反應(yīng)一致，但有關(guān)三氯氧磷在反應(yīng)中的作用機(jī)制還不清楚。張洋，沈浴輝[2]對(duì)Niementowski 反應(yīng)進(jìn)行研究，提出三氯氧磷可能的作用機(jī)制。合成路線如下：

1.2 有機(jī)硫代磷(膦)酸銨鹽與三氯氧磷的氯化反應(yīng)合成硫(酮)代磷(膦)酰氯新方法

通常，有機(jī)硫代磷(膦)酸能順利地與五氯化磷反應(yīng)，得到相應(yīng)的硫(酮)代磷(膦)酰氯。早在1966年Michalski[3]曾用五氯化磷與O-二乙基硫代磷酸反應(yīng)，得O-二乙基硫(酮)代膦酰氯。1983 年，唐除癡等[4]用五氯化磷與(+)-O-乙基O-苯基硫代磷酸反應(yīng)，立體專一性地得到(-)-O-乙基O-苯基硫代磷酰氯。劉倫祖等［5～6］用O,S-二烷基二硫代磷酸銨鹽與五氯化磷反應(yīng)，也順利地得到了O,S-二烷基二硫代磷酰氯酯。由于上述產(chǎn)物中O-乙基S-丙基二硫代磷酰氯酯是合成含丙硫基不對(duì)稱磷酸酯類殺蟲(chóng)劑(如丙硫磷Prothiofos和甲丙硫磷Sulprofos)的關(guān)鍵中間體，所以這類硫(酮)代磷(膦)酰氯的合成方法一直受到人們的關(guān)注。雖然文獻(xiàn)上均是采用五氯化磷作為氯化劑與硫代磷(膦)酸或其銨鹽反應(yīng)合成硫(酮)代磷(膦)酰氯，后來(lái)賀崢杰﹑劉菊湘﹑周正洪等發(fā)現(xiàn)三氯氧磷也能作為氯化劑與有機(jī)硫代磷(膦)酸銨鹽反應(yīng)，得到硫(酮)代磷(膦)酰氯[7]。反應(yīng)式如下：

并初步探討了該氯化反應(yīng)的機(jī)理：

1.3 三氯氧磷與氨基酸及四氫呋喃的反應(yīng)

周貴積曾在博士論文中研究了6 種非極性氨基酸與POCl3在THF 中的反應(yīng)。該研究將甘氨酸（G）﹑丙氨酸(A)﹑亮氨酸(L)﹑異亮氨酸(I)﹑纈氨酸(V)和苯丙氨酸(F)等6 種氨基酸與三氯氧磷在四氫呋喃中加熱回流反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)氨基酸可以較快地成肽，而且四氫呋喃可以開(kāi)環(huán)并與氨基酸或肽生成相應(yīng)的酯。產(chǎn)物結(jié)構(gòu)通過(guò)ESI 多級(jí)串聯(lián)質(zhì)譜得到確定，從肽-4-氯丁基酯的質(zhì)譜裂解方式，發(fā)現(xiàn)它們按照相同的質(zhì)譜裂解規(guī)律發(fā)生斷裂，相同的裂解途徑都會(huì)產(chǎn)生相似的離子。同時(shí)，充分利用ESI-MS﹑P-NMR﹑C-NMR等技術(shù)手段，跟蹤了反應(yīng)進(jìn)程，提出了氨基酸反應(yīng)成肽和四氫呋喃開(kāi)環(huán)成酯的機(jī)理。

通過(guò)改變THF 和POCl3的摩爾比，研究了反應(yīng)產(chǎn)物隨摩爾比變化而變化的情況。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，產(chǎn)物的產(chǎn)率和聚合程度主要依賴于反應(yīng)底物的不同摩爾比。當(dāng)THF 與POCl3的摩爾比較低時(shí)，產(chǎn)物的產(chǎn)率較高，但聚合度較低；當(dāng)兩者摩爾比較大時(shí)，產(chǎn)物的產(chǎn)率較低，但聚合度提高了。從合成雙4-氯丁基醚的角度和實(shí)際生產(chǎn)的具體情況考慮，三氯氧磷與四氫呋喃反應(yīng)比較有實(shí)用價(jià)值的摩爾比是2。同時(shí)，反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率也有影響，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)率越高。這個(gè)研究結(jié)果對(duì)于三氯氧磷和四氫呋喃反應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)有很強(qiáng)的理論指導(dǎo)作用。

1.4 三氯氧磷法制備1,1,3,3-四甲基-2-環(huán)己基胍(CyTMG)

孫瀟磊﹑趙新強(qiáng)等[8]研究了以環(huán)己胺和四甲基脲為原料，采用三氯氧磷法制備了1,1,3,3-四甲基-2-環(huán)己基胍(CyTMG)。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)制備條件進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化的制備條件為：四甲基脲與三氯氧磷的摩爾比為1∶1.0，加入三氯氧磷后﹑加入環(huán)己胺前的反應(yīng)時(shí)間為11h，加入環(huán)己胺后，加入蒸餾水前的反應(yīng)時(shí)間為36h，加入蒸餾水后的反應(yīng)時(shí)間為15min。在此條件下，CyTMG 收率為50.1%。利用紅外光譜﹑核磁共振﹑電噴霧質(zhì)譜等方法對(duì)CyTMG 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。將CyTMG 作為催化劑和縛酸劑用于CO2法合成二甘醇雙烯丙基碳酸酯(ADC)的反應(yīng)，適宜的反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)初始?jí)毫?.0MPa，氯丙烯與二甘醇摩爾比為6，CyTMG 與二甘醇摩爾比為3.4，反應(yīng)時(shí)間12h。在此條件下，ADC 收率為63.0%。采用NaOH 溶液回收CyTMG，回收率為80.4%。

1.5 異戊烯酸酯的合成

異戊烯酸酯作為重要的有機(jī)中間體，常用于醫(yī)藥﹑農(nóng)藥的合成，如異戊烯酸甲酯或乙酯在烯鍵上進(jìn)行環(huán)丙基化后，酯水解得到的2,2-二甲基環(huán)丙烷甲酸是合成抗菌藥物添加劑西司他丁的關(guān)鍵中間體，同時(shí)異戊烯酸酯本身也是重要的香氣物質(zhì)，作為天然組分存在于一些物質(zhì)中，用化學(xué)法合成的異戊烯酸酯類可以用作香精﹑香料。王瑞麗[9]采用三氯氧磷作為催化劑，一步合成異戊烯酸酯，合成路線為：

1.6 合成S-烷基( 芳基) 硫代磷( 膦) 酰氯酯的新方法

賀崢杰﹑陳文彬﹑馬縛鵬等[10]在研究O,O-二烷基O-芳基硫代磷酸酯與三氯氧磷的異構(gòu)化氯化反應(yīng)機(jī)理時(shí), 發(fā)現(xiàn)O,O-二烷基O-芳基硫代磷酸的異構(gòu)化產(chǎn)物O,S-二烷基硫代磷酸酯能順利地與三氯氧磷反應(yīng)，O, S-二烷基硫代磷酸酯中的烷氧基被氯原子取代, 得到產(chǎn)物S-烷基硫代磷酰氯酯和O-烷基磷酰二氯酯。當(dāng)O,S-二烷基硫代磷酸酯中的R 為烷基或苯基, R′為烷氧基﹑芳氧基﹑烷硫基﹑芳硫基﹑二烷基氨基﹑氮雜環(huán)基﹑苯基和甲基, R″為C1-4烷基時(shí),O,S-二烷基硫代磷酸酯的氯化反應(yīng)也能順利發(fā)生，并得到較高產(chǎn)率的預(yù)期產(chǎn)物。反應(yīng)機(jī)理如下：

2 三氯氧磷在食品行業(yè)的應(yīng)用

2.1 三氯氧磷磷酸化提高谷朊粉黏性

賈光鋒﹑鄒樂(lè)等[11]研究了磷酸化處理對(duì)谷朊粉黏性的影響，研究了谷朊粉濃度﹑pH﹑三氯氧磷體積對(duì)谷朊粉改性后黏度及PDI 的影響，結(jié)果表明，磷酸化可以在很大程度上提高植物蛋白的凝膠性，且作為磷酸化試劑的三氯氧磷可以促進(jìn)蛋白發(fā)生交聯(lián)，提高其膠黏性。磷酸化處理提高谷朊粉黏性的最佳條件為：谷朊粉濃度7.5%，pH 6.0，三氯氧磷體積0.5mL，此條件下谷朊粉的黏度為2.88mPa·s。諸因素對(duì)改善黏性的重要性依次為谷朊粉濃度＞三氯氧磷體積＞pH。采用三氯氧磷處理，研究其對(duì)小麥谷朊粉黏性的影響，旨在為谷朊粉的工業(yè)化轉(zhuǎn)化，充分利用可再生的植物蛋白資源提供依據(jù)。

2.2 三氯氧磷用于淀粉交聯(lián)

淀粉是自然界重要的碳水化合物，易被生物體消化吸收利用并能被環(huán)境中的微生物所降解。變性淀粉由于各種化學(xué)基因的引入和淀粉結(jié)構(gòu)的改變，勢(shì)必對(duì)淀粉的消化性能和微生物降解程度有所影響。研究變性淀粉的消化性能及所含的抗酶解淀粉，有助于發(fā)展高膳食纖維食品，改善食品營(yíng)養(yǎng)成分。而淀粉與變性淀粉又是新型生物降解材料﹑醫(yī)藥﹑化工和造紙等領(lǐng)域的重要原輔材料，研究變性淀粉的微生物降解性對(duì)開(kāi)發(fā)新型材料及防止變性淀粉對(duì)環(huán)境的二次污染具有重要意義。

交聯(lián)是淀粉變性的重要手段之一，并且還能與其他變性方法結(jié)合廣泛用于復(fù)合變性淀粉的生產(chǎn)。三氯氧磷交聯(lián)淀粉是交聯(lián)淀粉中的一個(gè)重要產(chǎn)品，POC13同環(huán)氧氯丙烷﹑甲醛和三偏磷酸鈉一樣，常用作淀粉的交聯(lián)反應(yīng)試劑。在淀粉中加入微量的交聯(lián)劑就能明顯改變淀粉的糊化和溶脹性質(zhì)。淀粉交聯(lián)后，糊化溫度上升，糊穩(wěn)定性提高，抗酸能力明顯優(yōu)于原淀粉，膜強(qiáng)度上升[12]。

3 三氯氧磷在合成阻燃劑方面的應(yīng)用

磷系阻燃劑有效地克服了鹵系阻燃劑的缺點(diǎn)，引起了人們的普遍關(guān)注。

3.1 甲基丙烯酰氧乙基二甲基磷酸酯的合成

于丹琦﹑陳國(guó)強(qiáng)[13]以甲基丙烯酸羥乙酯﹑三氯氧磷和甲醇為原料，合成了一種新型磷系阻燃劑——甲基丙烯酰氧乙基二甲基磷酸酯，其結(jié)構(gòu)經(jīng)HNMR 和IR 表征。甲基丙烯酰氧乙基二甲基磷酸酯的反應(yīng)性基團(tuán)(CH：=CH．)可通過(guò)接枝聚合將阻燃元素引入織物中，使其具有永久性阻燃效果。合成路線如下：

3.2 阻燃劑中間體(2,4,6-三溴苯基)磷酸單脂的合成

李志偉﹑軒新[14]以三溴苯酚﹑三氯氧磷為原料合成了新型的阻燃劑中間體磷酸單(2,4,6-三溴苯基)酯。合成路線如下：

3.3 含多種阻燃元素的阻燃劑

目前，高分子材料的阻燃處理最常用的方法是添加一定量的阻燃劑。一般地，這些阻燃劑中常含有P﹑Br﹑Sb﹑N﹑Cl 等元素，如果高分子材料中只添加含一種阻燃元素的阻燃劑時(shí)，添加量較大，這樣往往會(huì)降低高分子材料的物理機(jī)械性能。研究表明，不同的阻燃元素之間具有一定的協(xié)同作用，不同的阻燃元素并用，不但可以減少阻燃劑的添加量，而且可以克服單一阻燃元素的種種缺點(diǎn)。Lyons 等的研究表明，磷和溴具有協(xié)同的阻燃性，并用時(shí)可以減少阻燃劑的總用量，而且磷和溴在同一分子中比在不同分子中具有更好的阻燃效果。將磷﹑溴這2 種元素合成于一種化合物中，得到一個(gè)中間體產(chǎn)物，然后再和含其它阻燃元素的化合物反應(yīng)，可獲得同一個(gè)分子中含多種阻燃元素的高效阻燃劑。

4 三氯氧磷在其他方面的應(yīng)用

4.1 2,2,4,4’-四羥基二苯甲酮的合成

汪敦佳﹑黃玲[15]以2，4-二羥基苯甲酸和間苯二酚為原料，無(wú)水氯化鋅與三氯氧磷為復(fù)合催化劑，環(huán)丁砜為溶劑，通過(guò)Friedel-Crafts 反應(yīng)合成了紫外線吸收劑2,2,4,4’-四羥基二苯甲酮。

4.2 水楊酸苯酯的合成

王紀(jì)元﹑孫學(xué)軍等[16]以水楊酸﹑苯酚和三氯氧磷為原料間接法合成了水楊酸苯酯。水楊酸苯酯是一種紫外線吸收劑，為白色粉末狀晶體，常用于塑料制品的防曬，也可用作防腐劑﹑抗菌消毒藥﹑制藥及有機(jī)合成中間體。合成路線如下：

[1] 劉志紅，孫曉莉，張生勇.對(duì)Niementowski 反應(yīng)的改進(jìn)[J].有機(jī)化學(xué)，2001，21(12)：1161-1162．

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[3] Michalski J., Mikolajczyk M. Tetrahedron, 1966(22)：3055.

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[10] 賀崢杰，陳文彬，馬縛鵬，等. O-烷基S-烷基( 芳基)硫代磷( 膦) 酸衍生物與三氯氧磷的氯化反應(yīng)——合成S-烷基( 芳基) 硫代磷( 膦) 酰氯 [J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，1991，20(1)：54-58.

[11] 賈光鋒，鄒樂(lè)，等.三氯氧磷提高谷朊粉的黏性研究[J].研究與探討，2004，20(2)：78-80.

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