高效手性除草劑氰氟草酯清潔生產(chǎn)技術(shù)

陳寶明，羅世英，韋自強(qiáng)，葉 茂，李俊卿

（江蘇豐山集團(tuán)股份有限公司，江蘇大豐 224145）

隨著公眾對(duì)生態(tài)環(huán)境和食品安全的關(guān)注度日益增加，農(nóng)業(yè)部提出到2020年實(shí)現(xiàn)化肥農(nóng)藥“零增長(zhǎng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)。農(nóng)藥產(chǎn)品的發(fā)展目標(biāo)是高效、安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境友好的新品種。高活性手性除草劑氰氟草酯（圖1）具有藥效高、用量少、三廢少、對(duì)環(huán)境生態(tài)安全等特點(diǎn)，符合當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，越來(lái)越受到關(guān)注和重視。

氰氟草酯是芳氧苯氧丙酸類除草劑中唯一對(duì)水稻（移栽和直播）具有高度安全性的品種，對(duì)水稻等具有較高的選擇性。在水稻體內(nèi)，氰氟草酯可被迅速降解為對(duì)乙酰輔酶A羧化酶無(wú)活性的二酸態(tài)，因而對(duì)水稻具有高度的安全性。該劑可在土壤中和典型的稻田水中迅速降解，故對(duì)后茬作物安全。氰氟草酯主要用于防除重要的禾本科雜草，不僅對(duì)各種稗草（包括大齡稗草）高效，還可防除千金子、馬唐、雙穗雀稗、狗尾草、牛筋草和看麥娘等。

圖1 氰氟草酯的結(jié)構(gòu)式

通過(guò)對(duì)氰氟草酯結(jié)構(gòu)及其合成原理分析，發(fā)現(xiàn)其手性中間體(R)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸的合成至關(guān)重要。該中間體的常規(guī)合成工藝存在三廢量大、收率低等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)研究開發(fā)出高選擇性、低污染的綠色工藝，工藝路線如圖2所示。

反應(yīng)以D-乳酸甲酯為起始原料，經(jīng)氯化和醚化反應(yīng)制得(R)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸（圖2），通過(guò)優(yōu)化2-氯丙酸甲酯與對(duì)苯二酚的投料比，提高反應(yīng)選擇性，減少副反應(yīng)雙接物及其他雜質(zhì)的產(chǎn)生，簡(jiǎn)化了后處理操作；醚化反應(yīng)后，獨(dú)創(chuàng)開發(fā)了對(duì)二苯酚回收以及套用工藝，通過(guò)降低原材料的消耗降低了成本，充分實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保。

在氰氟草酯工藝開發(fā)過(guò)程中，探索了多種工藝方案，不但優(yōu)化了常規(guī)醚化、酯化工藝方案，還結(jié)合了脂肪酶催化酯化方案，充分體現(xiàn)了清潔生產(chǎn)工藝的開發(fā)應(yīng)用。

（1）醚化工藝優(yōu)化

(R)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸與3,4-二氟苯腈在無(wú)機(jī)堿作為縛酸劑，有機(jī)堿作為催化劑，同時(shí)加入相轉(zhuǎn)移催化劑的條件下，發(fā)生醚化反應(yīng)生成中間體(R)-2-[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]丙酸（圖 3）。其中，相轉(zhuǎn)移催化劑選自四丁基溴化銨、三乙基卞胺中的一種。這一反應(yīng)體系有效地將醚化反應(yīng)的溫度由110℃降至80℃，減少了能耗，降低了成本，提高了產(chǎn)品的收率，且化合物完全保持手性，光學(xué)純度大于99%。

圖2 中間體(R)-2-(4-羥基苯氧基)丙酸的綠色合成工藝

圖3 合成氰氟草酯路線中的醚化反應(yīng)

（2）酯化工藝優(yōu)化

該酯化反應(yīng)的催化劑可為質(zhì)子酸或生物酶。其中，質(zhì)子酸催化劑可為硫酸、鹽酸、硝酸、對(duì)甲苯磺酸和磷酸中的一種，以環(huán)境友好的烷烴類或酮類非質(zhì)子性有機(jī)溶劑作為脫水劑，有效降低了副產(chǎn)物的含量，高選擇性的生成氰氟草酯，兩步反應(yīng)總收率可達(dá)到94%，所得化合物光學(xué)純度大于99%（圖4）。該合成反應(yīng)可省去產(chǎn)品的精制操作，減少三廢排放量，有利于保護(hù)環(huán)境，是綠色環(huán)保的化學(xué)工藝。

圖4 合成氰氟草酯路線中的酯化反應(yīng)

為了提高生物酶即脂肪酶催化酯化反應(yīng)生成氰氟草酯的效率，開發(fā)了2種固定脂肪酶用于酯化反應(yīng)的技術(shù)。一種采用嵌段聚合物膠束固定脂肪酶，固定化后的脂肪酶活性在95%以上，重復(fù)使用5次后，活性仍在90%以上，用其催化酯化反應(yīng)合成氰氟草酯，兩步的總收率可達(dá)到96%，生成物光學(xué)純度大于99%。另一種采用聚（甲基丙烯酸-衣康酸）改性膜固定脂肪酶，固定化后的脂肪酶活性在94%以上，重復(fù)使用5次后，活性仍在90%以上，用其催化酯化反應(yīng)合成氰氟草酯，兩步的總收率可達(dá)到95%，生成物光學(xué)純度大于99%。該技術(shù)降低了反應(yīng)的溫度，使酯化反應(yīng)可以在常溫下進(jìn)行，減少了能耗，提高了反應(yīng)產(chǎn)率，且生成化合物依舊保持較高的光學(xué)純度，此合成路線是綠色清潔的生產(chǎn)工藝。