堿催化法合成丙硫菌唑

溫蘭蘭，張先龍，徐道明，丁文龍

（安徽國星生物化學(xué)有限公司，安徽省雜環(huán)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，安徽馬鞍山243100）

丙硫菌唑作為三唑硫酮類殺菌劑，具有廣譜的殺菌活性、良好的防治效果以及對(duì)環(huán)境安全、生態(tài)友好的特性，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，丙硫菌唑的主要合成路線如圖1所示[1-12]。它的合成過程少則四個(gè)工段，多則十幾個(gè)工段，所以提高丙硫菌唑最后一步收率對(duì)整個(gè)工藝成本降低至關(guān)重要。最后一步反應(yīng)氧化或者硫化，需要用到硫粉或者三氯化鐵。使用硫粉硫化或氧化，雖然工藝簡(jiǎn)單，但反應(yīng)過程有惡臭氣體硫化氫釋放（低濃度的硫化氫對(duì)眼、呼吸系統(tǒng)及中樞神經(jīng)都有影響，吸入少量高濃度硫化氫可于短時(shí)間內(nèi)致命，而且硫化氫對(duì)大氣污染嚴(yán)重，破壞環(huán)境），不利于生產(chǎn)環(huán)境和自然環(huán)境保護(hù)。三氯化鐵氧化法合成丙硫菌唑，反應(yīng)副產(chǎn)鐵鹽的水洗將產(chǎn)生大量鐵鹽廢水，不易處理套用，如果放大生產(chǎn)，廢水量增加，不符合環(huán)保生產(chǎn)概念。因此開發(fā)丙硫菌唑的清潔合成工藝具有非常重要的意義。方法（5）合成工藝需要使用氫化鈉，氫化鈉化學(xué)反應(yīng)活性很高，在潮濕空氣中能自燃，受熱或與酸類接觸即放出熱量和氫氣，與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，引發(fā)燃燒或爆炸，不適合工業(yè)化安全生產(chǎn)。

本文主要針對(duì)丙硫菌唑合成中使用硫粉、鐵鹽等氧化劑以及氫化鈉等危險(xiǎn)品，產(chǎn)生含硫廢氣、鐵鹽廢水以及收率低的問題，提出一種工藝安全、清潔環(huán)保、高收率，同時(shí)聯(lián)產(chǎn)氯化鈉的合成路線，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。

圖1 丙硫菌唑合成路線Fig.1 Synthesis of prothioconazole

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

2-（1-氯環(huán)丙基）-1-（2-氯苯基）-3-（1,2,4-三唑烷-5-硫酮-1-基）-2-丙醇（原料a），自制（質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%）；濃鹽酸，工業(yè)級(jí)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)37%），開封市旭信化工有限公司；氫氧化鈉，工業(yè)級(jí)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)99%），淄博環(huán)拓化工有限公司；甲醇、甲苯、二甲苯、甲基叔丁基醚，均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

液相色譜儀LC-20AT（日本島津公司）；1H NMR Bruker Avance II 500 MHz和13C NMR Bruker Avance III 125 MHz（北京布魯克科技有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

合成路線如下所示：

向反應(yīng)器中依次加入溶劑甲醇1 038 mL、原料a 346 g（1 mol）、氫氧化鈉 40 g（1 mol），然后通入空氣，35℃保溫反應(yīng)4 h，采用液相色譜法監(jiān)控反應(yīng)程度。待反應(yīng)完全后，40℃減壓濃縮。向濃縮殘余物中加水1 000 mL攪拌至殘余物完全溶解，然后加入200 mL甲苯攪拌萃取，上層有機(jī)相回收套用；加甲基叔丁基醚1 040 mL至下層水相，攪拌均勻，然后滴加37%鹽酸100 g（1 mol）調(diào)節(jié)pH為3左右，攪拌15～20 min。靜置10 min分液，下層水相減壓（-0.1 MPa）60℃下濃縮，水相回收套用，殘液降至室溫析晶，抽濾得到氯化鈉濕品60 g，烘干后可用于其他反應(yīng)的冰鹽浴，濾液稀釋后生化處理；上層有機(jī)相減壓（-0.1 MPa）40℃下濃縮，然后加入甲苯172 mL到殘余物中，升溫到90℃左右使殘余物完全溶解，再攪拌30 min，冷卻析晶至室溫，抽濾，濾餅60℃左右烘6～8 h，得到含量≥98%的丙硫菌唑316.4 g，折百收率90.1%。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR、13C NMR和MS檢測(cè)確定，LC色譜檢測(cè)含量98%。

1H NMR （500 MHz,CDCl3）,δ：7.85 （s,1H）,7.52（dd,J=7.2,2.0 Hz,1H）,7.36 （dd,J=7.4,1.7 Hz,1H）,7.21（qd,J=7.3,3.8 Hz,2H）,4.79（d,J=14.6 Hz,1H）,4.49（d,J=14.6 Hz,1H）,4.17（s,1H）,3.62（d,J=14.1 Hz,1H）,3.19（d,J=14.1 Hz,1H）,0.93-0.75（m,4H）.

13C NMR （125 MHz,CDCl3），δ：165.63,137.52,135.28,133.94,133.47,129.45,128.18,126.48,76.83,53.81,45.51,38.43,11.25,11.25.

MS:[M+H]+,calcd:m/z=344.02,found:m/z=344.03.

2 結(jié)果與討論

2.1 溶劑用量的影響

溶劑的選擇既要溶解原料a，促進(jìn)其氧化反應(yīng)，又要對(duì)氫氧化鈉有一定的溶解度，促進(jìn)生成的丙硫菌唑及時(shí)變成丙硫菌唑鈉鹽，促進(jìn)反應(yīng)向生成丙硫菌唑方向進(jìn)行。綜合考慮，選擇甲醇作為反應(yīng)溶劑，分別試驗(yàn)不同甲醇用量對(duì)丙硫菌唑收率和含量的影響，結(jié)果如表1。甲醇體積為原料a質(zhì)量的3倍時(shí)，反應(yīng)收率較高。

表1 溶劑用量對(duì)收率及含量的影響Tab.1 Effect of solvent dosage on the reaction

2.2 催化劑用量的影響

丙硫菌唑在堿性條件下比較穩(wěn)定，可與氫氧化鈉反應(yīng)生成丙硫菌唑鈉鹽，防止兩分子丙硫菌唑偶聯(lián)產(chǎn)生過氧化物，從而提高氧化反應(yīng)收率與丙硫菌唑純度。試驗(yàn)了不同氫氧化鈉用量對(duì)氧化反應(yīng)的影響，結(jié)果如表2。氫氧化鈉與原料a的合適摩爾比為1，當(dāng)摩爾比小于1時(shí)，反應(yīng)不充分；摩爾比大于1，氫氧化鈉過量，抑制丙硫菌唑鈉鹽的生成。

表2 催化劑用量對(duì)收率及含量的影響Tab.2 Effect of catalyst dosage on the reaction

2.3 反應(yīng)溫度的影響

反應(yīng)溫度太低，氧化反應(yīng)不充分，反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，丙硫菌唑純度降低；反應(yīng)溫度升高，副反應(yīng)增多，反應(yīng)收率和產(chǎn)品純度降低。為了得到最佳反應(yīng)溫度，在合適的催化劑、溶劑條件下，考查了反應(yīng)溫度和丙硫菌唑收率、含量的關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，合適的反應(yīng)溫度為35℃。

表3 反應(yīng)溫度對(duì)收率及含量的影響Tab.3 Effect of different temperature on the reaction

2.4 反應(yīng)時(shí)間的影響

根據(jù)試驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間為3 h時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行不完全，收率較低；反應(yīng)時(shí)間增加到5 h，由于副反應(yīng)發(fā)生較多，收率反而略有下降，結(jié)果見表4。從表4可看出，合適的反應(yīng)時(shí)間為4 h。

表4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率及含量的影響Tab.4 Effect of different time on the reaction

2.5 萃取溶劑的影響

反應(yīng)結(jié)束，向濃縮殘余物中加水?dāng)嚢柚翚堄辔锿耆芙?，然后加入溶劑洗滌萃取提純水相丙硫菌唑鈉鹽，通過萃取洗去未反應(yīng)的原料a、反應(yīng)產(chǎn)生的有機(jī)副產(chǎn)物和微量未成鹽的丙硫菌唑，嘗試了乙酸乙酯、甲苯、石油醚、甲基叔丁基醚等溶劑，試驗(yàn)結(jié)果見表5。結(jié)果表明，甲苯萃取的丙硫菌唑收率和純度均較高。

表5 萃取劑對(duì)收率及含量的影響Tab.5 Effect of extraction solvent on the reaction

3 結(jié)論

（1）丙硫菌唑合成中，堿催化劑氫氧化鈉與丙硫菌唑反應(yīng)生成鈉鹽，能有效促進(jìn)氧化反應(yīng)進(jìn)行。

（2）當(dāng)在原料a∶氫氧化鈉=1∶1，甲醇/原料a（V/m）=3，空氣過量，反應(yīng)溫度35℃，反應(yīng)時(shí)間4 h等條件下反應(yīng)，反應(yīng)后處理采用甲苯萃取反應(yīng)雜質(zhì)，甲基叔丁基醚萃取水相反應(yīng)產(chǎn)物，在甲苯中重結(jié)晶得到丙硫菌唑，得到的產(chǎn)品丙硫菌唑含量≥98%，折百收率≥90%。

（3）反應(yīng)中使用的溶劑甲醇、甲苯、甲基叔丁基醚通過簡(jiǎn)單蒸餾后可以回收套用，操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，適合工業(yè)化生產(chǎn)。