本发明是生产O,O-二甲基-S-(甲胺基甲酰甲基)硫赶磷酸酯(I)的
新工艺,该化合物是一种杀虫谱广,内吸性强,杀虫活性高,抗性小
的农药。它的通用名为氧乐果(Omethoate)化学结构式为
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六十~八十年代国内外曾有许多技术资料(包括专利)报道了氧乐
果的合成方法,其主要方法有:前胺解法(氯乙酰甲胺法)、异氰酸甲
酯法、Bunte盐法、后胺解法。采用前胺解法和Bunte盐法合成氧乐果
原油,在生产过程中产生大量的无机盐废渣,导致萃取过程中,氧乐
果损失较大,而采用异氰酸甲酯法合成氧乐果原油,由于它是固~液
非均相反应,工艺条件难于控制,对氧乐果纯度有较大影响,且原料
毒性大,成本高,对设备腐蚀严重,因此生产上难以推广应用。
后胺解法具有原料易得,工艺操作简单,后处理方便的优点,是
目前国内普遍采用的氧乐果生产方法。它是以三氯化磷为起始原料,
并由以下四步组成:
(一)亚磷酸二甲酯一般生产工艺
其反应式如下:
生产过程:
将甲醇、甲苯,依次投入反应釜中,在温度≤30℃,真空度
≥67kPa条件下,慢慢滴加三氯化磷,约需15分钟,三氯化磷滴加
完毕,控制温度在60~70℃,真空度≥67kPa条件下,迅速脱酸,
即得亚磷酸二甲酯的甲苯溶液。
(二)硫磷铵盐一般生产工艺
其反应式如下:
生产过程:
将上述所得亚磷酸二甲酯的甲苯溶液和硫磺粉,依次投入反应釜
中,然后,将液氨慢慢通入反应釜中,控制通氨反应温度25~35℃,
通氨完毕,再保温反应1小时,加入水。静置分层,即得硫磷铵盐水溶
液。
(三)氧硫磷酯一般生产工艺
其反应式如下:
生产过程:
将上述所得硫磷铵盐水溶液(调至pH=7~8)和氯乙酸甲酯,依
次投入反应釜中,在温度58~64℃内反应2小时,反应结束后,
静置分层,粗酯进行减压脱溶,即得氧硫磷酯。
(四)氧乐果生产一般工艺(75年在西德专利Ger.110883中曾有报道)
其反应式如下:
生产过程:
将上述所得氧硫磷酯和氯仿,依次投入反应釜中,预冷到-18℃,
然后在温度≤-8℃条件下,慢慢滴入甲胺(40%),滴加完毕,再
保温40分钟,反应结束后,加盐酸中和至pH=6~7,静置分层,
粗产品用氯仿萃取三次后,进行减压脱溶,脱溶终点温度为112℃,
即得氧乐果原油。
通过对现有后胺解法生产工艺的深入了解和大量实验发现:硫磷
铵盐的反应体系是固~液~气非均相体系,物料与物料之间容易造成
反应不均匀、不充分。一般工艺通氨反应温度过高以及氨浓度局部过
大,使付产物增多,影响硫磷铵盐的含量和收率;氧硫磷酯的反应体
系是液~液非均相体系,物料与物料之间难以充分混合,一般工艺反应
温度过高,反应时间过长,而造成付产物增多,影响氧硫磷酯的含量
和收率;氧乐果胺解反应体系也是液~液非均相体系,整个反应过程
比较复杂。一般工艺反应时间过短,使反应不完全,原料损失大,其
次反应温度过高,使付产物增多,最后脱溶时水份未脱尽,而易导致
产品分解,影响氧乐果的纯度和收率。
上述诸多因素使目前国内氧乐果生产总收率低(多在40%左右)
原油含量不稳定(多低于70%)。
为帮助更好理解本发明,以下举出若干工艺条件下的实验结果和小
试及工业试验的实施例、对照例。
表一:为合成硫磷铵盐工业试验结果
试验结果表明:采用新工艺合成硫磷铵盐,其铵盐含量比老工艺合
成硫磷铵盐含量提高1.5%,折合亚磷酸二甲酯收率相当于提高5.4
%(批号32与34对照)。
表二:为催化合成氧硫磷酯小试试验结果
实验结果表明:采用新工艺(添加一定量的催化剂),不仅能缩短反
应时间(实验1、2、3),降低反应温度(实验3),减少付产物的生
成,而且大大提高了氧硫磷酯含量,并使氧硫磷酯的平均收率比老工
艺提高15%左右。最高达到21.4%(实验1与实验4对照)。
表三:为氧乐果原油小试工艺条件优化的试验结果
实验1表明:采用老工艺反应条件,即使改变原料甲胺浓度,其
原油含量并没有明显变化。
实验2、3、4、5表明:采用新工艺反应条件,改变原料甲胺
浓度,可使原油的平均含量提高约5%(与实验6对照)。
实验2、5表明:对老工艺反应体系、反应条件以及后处理方法
进行全方位的优化,使原油含量和收率都有大幅度提高。其原油平均
含量比实验3、4提高1.5%,比老工艺(实验1)提高7.2%,原
油平均收率比实验3、4提高4%,比实验1提高9.45%。
表四:为氧乐果无溶剂胺解反应工业试验结果
试验结果表明:新工艺比老工艺的原油含量平均可提高5%以上。
氧硫磷酯老工艺(反应时间120分钟)和新工艺(反应时间80分
钟)各进行了35批次实际生产对照,并用新、老工艺所得的氧硫磷酯
按老工艺原油合成法各进行了70批次原油的实际生产。统计结果表
明:采用新工艺(反应时间80分钟)比老工艺(反应时间120分钟)
所得氧硫磷酯的平均含量增加1.9%,原油的平均含量增加3.4%,
并且产品的质量稳定,原油含量基本稳定在70%以上。
〔实施例1〕
将1mol 24.8%亚磷酸二甲酯的甲苯溶液,置于反应瓶中,然后
加入等摩尔的硫磺粉,在搅拌下,预冷至10℃,开始慢慢通入1.4mol
氨气,通氨温度保持在15℃左右,通氨及反应时间共3小时,然后
加入175g水,静置分层,分去上层甲苯,下层铵盐水溶液测得其含
量为42.4%。
〔对照例1〕
原料、投料量及实验步骤同实施例1,但通氨温度保持在30℃左
右,通氨完毕,保温时间1小时,最后得铵盐水溶液的含量为40.3%。
〔工业实施例1〕
将1350Kg23.8%亚磷酸二甲酯的甲苯溶液,投入反应釜中,
然后加入120Kg硫磺粉,在搅拌下,慢慢通入100Kg液氨,通氨
温度保持在15℃左右,通氨反应6小时,加入650Kg水,静置分
层,得铵盐水溶液1600Kg,含量为41.5%。
〔工业对照例1〕
原料、投料量及实验步骤同工业实施例1,但通氨温度保持在3
0℃左右,通氨完毕,保温时间1小时,得铵盐水溶液1550kg,
含量为40.4%。
〔实施例2〕
将0.5mol40.1%的铵盐水溶液,置于反应瓶中,然后,加
入2.25mol氯乙酸甲酯,在搅拌下,控制温度55~60℃,反应
60分钟,反应结束后,静置分层,分去水层,得到的粗酯进行减压
蒸馏,回收过量的氯乙酸甲酯,精酯(即为氧硫磷酯)量为100.0g,
色谱含量为84.2%,收率为78.7%。
〔实施例3〕
原料、投料量及实验步骤同实施例2,但反应时间为80分钟,
最后得精酯量为98.0g,色谱含量为89.6%,收率为81.7%。
〔实施例4〕
将386.0g41.0%的铵盐水溶液、488.0g氯乙酸甲酯,
分别置于反应瓶中,再加入6.4g四丁基碘化铵,在搅拌下,控制温
度55℃左右,反应60分钟,以下步骤同实施例2,最后得精酯量为
200.7g,色谱含量为94.4%,收率为90.2%。
〔实施例5〕
原料、投料量及实验步骤同实施例4,但催化剂改为苄基三丁基
氯化铵,最后得精酯量为200.8g,色谱含量为90.9%,收率为
85.3%。
〔对照例2〕
原料、投料量及实验步骤同实施例4,但反应温度控制在58~
62℃,反应时间为2小时,最后得精酯量为193.0g,色谱含量
为83.0%,收率为76.3%。
〔工业实施例2〕
将1300Kg40.4%的铵盐水溶液,1600Kg氯乙酸甲酯,
依次投入反应釜中,在搅拌下,控制温度58~60℃,反应80分
钟,静置分层,得到的粗酯进行减压蒸馏,氧硫磷酯得量为700Kg,
色谱含量为83.2%,收率为82.7%。
〔工业对照例2〕
原料、投料量及实验步骤同工业实施例2,但反应温度控制在58
~62℃反应时间为2小时,得氧硫磷酯680Kg,色谱含量为79.4
%,收率为76.3%。
〔实施例6〕
将270.0g79%的氧硫磷酯,置于反应瓶中,在搅拌下,预
冷至-15℃,开始滴加165.0g甲胺(40%),控制温度在-11℃
以下,滴加完毕,保温反应60分钟,用盐酸中和至pH=6~7,再用
氯仿萃取,粗产品加50g甲苯进行减压脱溶,脱溶终点温度为95℃。
所得氧乐果原油量为251.1g,薄层分析含量为70.0%,收率
为82.5%。
〔实施例7〕
原料、投料量及实验步骤同实施例6,但甲胺浓度为30%,所
得氧乐果原油量为266.6g,含量为73.5%,收率为92.0%。
〔对照例3〕
原料、投料量及实验步骤同实施例6,但在反应体系中,加入33
8g氯仿溶剂,甲胺浓度为30%,反应温度在-8℃以下,保温时间
为40分钟,粗产品不加甲苯直接脱溶得氧乐果原油248.1g,薄层
分析含量为65.8%,收率为82.3%。
〔工业实施例3〕
将400Kg氧硫磷酯(79.2%)、投入反应釜中,在搅拌下,预
冷至-15℃,开始滴加180Kg40%的甲胺,控制温度在-10℃
以下,滴加完毕,保温反应60分钟,然后用盐酸中和至pH=6~7,
再用氯仿萃取,粗产品加入50Kg甲苯进行减压脱溶,脱溶终点温度为
95℃。所得氧乐果原油量为360Kg,薄层分析含量为72.7%,
收率为82.6%。
〔工业实施例4〕
将420Kg氧硫磷酯(79.8%)、投入反应釜中,在搅拌下,预
冷至-15℃,加入60Kg水,开始滴加190Kg40%的甲胺,控制
温度在-11℃以下,滴加完毕,保温反应60分钟,然后用盐酸中
和至pH=6~7,再用氯仿萃取,减压脱溶,脱溶终点温度为112℃。
所得氧乐果原油量为380Kg,薄层分析含量为77.6%,收率为
88.3%。
〔工业实施例5〕
将420Kg氧硫磷酯(79.2%)、投入反应釜中,在搅拌下,预
冷至-15℃,加入100Kg氯仿,开始滴加180Kg40%的甲胺,
控制温度在-10℃以下,滴加完毕,保温反应60分钟,然后用盐酸中
和至pH=6~7,再用氯仿萃取,减压脱溶,脱溶终点温度为110℃。
所得氧乐果原油量为355Kg,薄层分析含量为72.3%,收率为
81.4%。
〔工业实施例6〕
将420Kg氧硫磷酯(81.0%)、投入反应釜中,在搅拌下,预
冷至-15℃,开始滴加189Kg30%的甲胺,控制温度在-10℃
以下,滴加完毕,保温反应60分钟,然后用盐酸中和至pH=6~7,
再用氯仿萃取,减压脱溶。所得氧乐果原油量为390Kg,薄层分析含
量为79.3%,收率为91.3%。
〔工业对照例3〕
原料、投料量及实验步骤同工业实施例3,但在反应前加入500
Kg氯仿溶剂,保温时间为40分钟,粗产品不加甲苯直接脱溶得氧乐
果原油350Kg,薄层分析含量为67.8%,收率为75.3%。
合成硫磷铵盐部分工业试验结果(表一)
反应物料及量:亚磷酸二甲酯450Kg,硫磺粉120Kg,氨气100kg
溶 剂:甲苯900Kg
试验
批号
亚磷酸二甲酯
通氨及反应温度
(℃)
工厂化学分析
磷谱分析(%)
备注
投料量
含量
铵盐含量
铵盐
杂质及付产物
23
1350
23.8
14~16
41.51
87.0
13.0
新工艺
32
1350
23.1
18~22
41.98
88.0
12.0
新工艺
34
1350
28~32
40.44
85.0
15.0
老工艺
催化合成氧硫磷酯部分小试试验结果(表二)
反应物料及量:铵盐386.0g,氯乙酸甲酯488.0g
序号
催化剂
催化剂量
(g)
保温温度
(℃)
保温时间
(min)
粗酯量
(g)
精酯量
(g)
色谱含量
(%)
磷谱含量(%)
收率
(%)
铵盐浓度
(化分)
(%)
|
氧硫磷酯
付产物
1
YFR-1
4.8
58~60
60
538.7
224.7
92.99
92.0
8.0
97.7
41.17
2
YFR-2
6.4
"
"
540.6
200.8
90.87
92.4
7.6
85.3
"
3
YFR-3
6.4
55
"
554.2
200.7
94.39
94.7
5.3
90.2
"
4
/
/
58~62
120
550.4
193.0
83.04
91.2
8.8
76.3
"
注:YFR-1为三壬基甲基碘化铵、YFR-2为苄基三丁基氯化、YFR-3为四丁基碘化铵
氧乐果原油小试工艺条件优化的部分试验结果(表三)
反应物料及量:氧硫磷酯270.0g,甲胺1.25mol
溶 剂:氯仿
序号
各工艺条件的改变及优化
脱溶后
原油量
(g)
磷谱含量(%)
薄板
层析
含量
收
率
(%)
氧硫磷酯
色谱含量
(%)
|
反应体系
甲胺浓度
反应温度
反应时间
加苯脱溶
原油
硫磷酯
付产物
1
340g氯仿
30%
<-8℃
40min
248.1
79.0
7.0
14.0
65.8
82.3
73.80
2
无溶剂
"
<-11℃
60min
80g苯
266.6
91.0
0.9
8.1
73.5
92.0
79.27
|
3
"
"
"
"
257.0
95.0
0.5
4.5
72.7
87.7
"
4
"
"
"
"
246.3
85.3
0.9
13.8
70.7
87.8
73.80
5
"
"
"
"
80g苯
250.3
83.0
0.5
16.5
72.5
91.5
"
6
"
40%
-10℃
"
80g苯
251.1
88.0
0.7
11.3
70.0
82.5
79.27
氧乐果无溶剂胺解反应部分工业试验结果(表四)
氧硫磷酯:400Kg、甲胺:180Kg、溶剂:氯仿 1994年6月27日—7月12日
序
号
试验日期
工厂批号
氧硫磷酯
(%)
工艺选择
工厂分析结果
磷谱分析结果
对照批号
含量相差值%
原油含量
酸度
水份
硫赶
三酯等
精酯
1
6.28白
449
96.06
新工艺
70.57
0.16
0.86
78.0
13.0
5.0
452
+7.37
2
6.28白
451
96.06
新工艺
68.20
0.15
0.86
/
/
/
452
+5.0
3
6.28白
452
96.06
老工艺
63.20
0.12
0.50
73.5
13.0
12
449,451
4
6.29白
1
93.18
新工艺
66.19
0.12
0.42
/
/
/
2
+4.76
5
6.29白
4
93.18
新工艺
66.09
0.18
1.25
/
/
/
2
+4.66
6
6.29白
2
93.18
老工艺
61.63
0.12
0.46
/
/
/
1,4