噻蟲嗪綠色合成新工藝

史三冬，張 英，宋建華，柳海營，劉亞南，赤國彤

(1.河北德瑞化工有限公司，河北石家莊 050000；2.河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊 050000)

噻蟲嗪是諾華公司1991年開發(fā)的新煙堿類殺蟲劑，具有殺蟲譜廣、高效、對哺乳動物毒性小等特點。噻蟲嗪對害蟲兼具胃毒、觸殺及內(nèi)吸活性，廣泛應(yīng)用于大田作物與經(jīng)濟作物，有效防治各種蚜蟲、葉蟬、飛虱、粉虱、金龜子幼蟲和馬鈴薯甲蟲等害蟲。噻蟲嗪是第2代新煙堿類殺蟲劑的杰出代表，全球年銷售量連續(xù)3年位居前3。

2-氯-5-氯甲基噻唑是噻蟲嗪生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵中間體，目前其合成采用的方法主要是以1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯為原料，經(jīng)氯化劑硫酰氯氯化后，脫氣，酸萃取，有機溶劑萃取，脫溶，減壓精餾，總收率80.3%，含量98.5%。使用該方法制備2-氯-5-氯甲基噻唑存在反應(yīng)過程中生成大量二氧化硫廢氣、尾氣，處理后亞硫酸鹽難以分離以及萃取中生成的廢水難以分離等問題。為實現(xiàn)工藝綠色化，急需引入新的技術(shù)來解決當(dāng)前噻蟲嗪，特別是其關(guān)鍵中間體2-氯-5-氯甲基噻唑工藝中的環(huán)境污染等問題，達(dá)到高收率、低成本、低污染目的。

圖1 噻蟲嗪的結(jié)構(gòu)式(CAS號：153719-23-4)

針對當(dāng)前2-氯-5-氯甲基噻唑工藝合成方法存在的上述問題，筆者嘗試新的合成路線與方法，解決了上述工藝路線中存在的突出問題，取得了較好的效果。

筆者將上述路線中的氯化劑硫酰氯改成氯氣，再經(jīng)脫氣、脫溶、減壓精餾得到2-氯-5-氯甲基噻唑，總收率87.5%，含量98.9%。

1 試驗部分

1.1 儀器

SHIMADZU液相色譜分析儀(2014C)；Agilent 8860氣相色譜分析儀，DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義予華儀器廠)；SHB-III水循環(huán)真空泵(鞏義予華儀器廠)。

1.2 試劑

圖2 利用硫酰氯合成2-氯-5-氯甲基噻唑的路線

圖3 利用氯氣合成2-氯-5-氯甲基噻唑的路線

2,3-二氯丙烯(工業(yè)級，岳陽景嘉化工有限公司)；硫氰酸鈉(試劑級，天津大茂試劑廠)；1,2-二氯乙烷(試劑級，天津大茂試劑廠)；氯氣(工業(yè)級，石家莊慶明化工有限公司)；N,N-二甲基甲酰胺(DMF試劑級，天津大茂試劑廠)；碳酸鉀(工業(yè)級，山西振興化肥廠)；3-甲基-4-硝基亞胺基四氫-1,3,5-噁二嗪(工業(yè)級，寧夏東吳化工有限公司)；去離子水(自制)。

1.3 試驗方法

1.3.1 1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯的合成

將100.0 g (0.9 mol) 2,3-二氯丙烯、150.0 g水、76.6 g (0.95 mol)硫氰酸鈉加入反應(yīng)瓶中，攪拌，升溫至100 ℃，回流反應(yīng)，反應(yīng)2 h后中控，GC測定反應(yīng)終點，反應(yīng)完全后，分層，水洗有機相1次，減壓脫除溶劑得到產(chǎn)品1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯114.2 g，收率為95.2%。

1.3.2 2-氯-5-氯甲基噻唑的合成

取133.4 g (1.00 mol) 1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯，加入133.4 g二氯乙烷，控制溫度在50 ℃左右，控制時間2～3 h，緩慢通氯75.1 g (1.05 mol)，通氯完畢，GC中控，反應(yīng)完畢后脫去溶劑，經(jīng)減壓蒸餾得到無色2-氯-5-氯甲基噻唑145.8 g，含量98.9%，收率為87.5%。

圖4 噻蟲嗪的合成路線

1.3.3 噻蟲嗪的合成

將100.0 g (0.59 mol) 2-氯-5-氯甲基噻唑、120.0 g DMF、100.0 g (0.59 mol) 3-甲基-4-硝基亞胺基四氫-1,3,5-噁二嗪、110.0 g (0.79 mol)碳酸鉀加入到反應(yīng)瓶中，控制溫度50 ℃反應(yīng)4 h，HPLC中控，合格后經(jīng)水洗，降溫結(jié)晶，抽濾，得到白色結(jié)晶粉末149.3 g，含量98.7%。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對氯化環(huán)合反應(yīng)的影響

2-氯-5-氯甲基噻唑合成中是1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯先氯化再環(huán)合，反應(yīng)溫度對氯化環(huán)合非常重要。反應(yīng)條件同1.3.2，考察溫度對反應(yīng)后2-氯-5-氯甲基噻唑含量和收度的影響，結(jié)果如表1。

表1 溫度對2-氯-5-氯甲基噻唑含量和收率的影響

由表1可以看出，溫度偏低時，反應(yīng)時間長，溫度偏高時，2-氯-5-氯甲基噻唑的含量與收率均下降明顯，在反應(yīng)溫度為50 ℃時，其含量和收率分別達(dá)最高值98.9%和87.5%，因此選擇50 ℃為氯化環(huán)合反應(yīng)的最佳溫度。

2.2 通氯量對氯化環(huán)合反應(yīng)的影響

在用1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯合成2-氯-5-氯甲基噻唑的過程中，通氯量對1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯的氯化環(huán)合影響很大。在1.3.2的合成反應(yīng)條件下，考察通氯量對2-氯-5-氯甲基噻唑含量和收率的影響，結(jié)果如表2。

由表2可以看出，n(氯氣)∶n(1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯)小于1時，1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯反應(yīng)不完全，2-氯-5-氯甲基噻唑收率和含量偏低；但通氯量太大，剩余氯氣會與生成的2-氯-5-氯甲基噻唑反應(yīng)，故2-氯-5-氯甲基噻唑含量與收率均下降。通過試驗發(fā)現(xiàn)n(氯氣)∶n(1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯)為1.05∶1.00時，2-氯-5-氯甲基噻唑的含量與收率均達(dá)最高，分別為98.9%和87.5%，因此選擇n(氯氣)∶n(1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯)為1.05∶1.00為宜。

表2 通氯量對2-氯-5-氯甲基噻唑含量和收率的影響

3 結(jié)論

以1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯為原料，氯氣為氯化劑，經(jīng)氯化環(huán)化、脫氣、脫溶、減壓精餾得到2-氯-5-氯甲基噻唑，總收率為87.5%，含量為98.9%。與之前采用的方法相比，本工藝具有如下優(yōu)點：⑴ 反應(yīng)過程短，產(chǎn)能提高，操作簡便，實現(xiàn)自動化DCS控制；⑵ 避免了二氧化硫廢氣與亞硫酸廢水處理問題；⑶ 成本降低，不需要消耗氫氧化鈉進(jìn)行尾氣處理；⑷ 氯化中生成的氯化氫氣體通過三級降膜吸收產(chǎn)出潔凈的鹽酸再應(yīng)用于生產(chǎn)中，變廢為寶；⑸ 避免了高溫物料的分解，2-氯-5-氯甲基噻唑產(chǎn)品收率提高到87.5%，含量提高到 98.9%；⑹ 噻蟲嗪原藥含量由原來的98.0%提升到98.5%以上，雜質(zhì)減少了。