盐酸-双氧水可替代液氯进行芳胺的氯化

盐酸-双氧水可替代液氯进行芳胺的氯化

减少、减少和节能是农业生产过程中的一项紧迫任务，其中减少“三废”排放尤为重要。通常可有两种方式:一是进行合理的“三废”治理,达标排放;二是应用绿色化学原理与技术,从源头预防“三废”的产生。后者是更加有效的减排手段,而且往往兼有降耗和节能效益。为了预防“三废”,我们通常需要对产品的合成工艺进行重新设计,此时应特别关注以下几个方面的问题:1)原料绿色化,即使用环境友好原料替代有毒有害原料;2)助剂绿色化,即尽量减少助剂(溶剂、催化剂等)的使用;3)副产物的绿色化,一是通过提高原子经济性、反应选择性和收率,尽量减少副产物;二是选择合成路线,尽量避免产生有毒有害的副产物。氯化反应是一类重要的化工单元反应,一方面大量的含氯有机化合物可用作农药、医药、染料、颜料、高分子材料等,另一方面,氯是一种活泼的离去基团,可实现很多官能团的转化。工业上常用的氯化剂有:液氯、氯化亚砜、硫酰氯、三氯氧磷、五氯化磷、三氯化磷和光气等,这些氯化剂毒性很高,生产、储存、运输和使用过程均有严格限制。近年来,我们研究了两类绿色氯化共性技术,分别用盐酸-双氧水替代液氯和用双(三氯甲基)碳酸酯替代氯化亚砜、硫酰氯、三氯氧磷、五氯化磷、三氯化磷、光气等氯化剂,并重点研发了其在农药中间体合成中的应用技术,期望对农药领域减排、降耗、节能的实施有益。1亲电氯化反应的氯正离子源的筛选芳环的亲电氯化是常用的精细化工单元反应,也广泛应用于农药合成。最常用的方法是用液氯在路易斯酸的催化下进行反应,由于液氯具有剧毒、强腐蚀性、强氧化性和易挥发等性质,运输、贮存和使用都有严苛的限制,在工业生产上属于危险性很大的操作过程。此外,硫酰氯、N-氯代丁二酰亚胺等也常用于芳环的亲电氯化,可一定程度上降低操作危险性,但在原子经济性、“三废”产生量和原料成本等方面处于劣势。众所周知,氯正离子是芳环亲电氯化反应的活性子,因此,研发该反应绿色合成技术的关键是选择合适的氯正离子源。盐酸–双氧水氯化技术是利用双氧水将盐酸氧化成次氯酸,后者分解产生氯正离子,对芳环进行亲电取代(如图1)从图1可以看出盐酸-双氧水氯化技术具有如下优点:1)氯正离子源为盐酸,与液氯、硫酰氯等相比安全性更好;2)双氧水作为一种绿色的氧化剂,其使用比液氯、硫酰氯等更加安全、方便;3)产生的氯正离子原位发生亲电取代,利用率高;4)副产物只有水,不存在尾气吸收等问题。我们应用该技术研发了关键农药中间体2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺经过优化,用盐酸-双氧水分别与对三氟甲基苯胺和邻三氟甲基苯胺在水相中反应,2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺和4-氯-2-三氟甲基苯胺的收率/纯度分别达到95%/99%和80%/98%,母液可反复套用。表1对2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺的两种合成方法进行了比较。与液氯法相比,盐酸–双氧水氯化法在原料、溶剂、副产物的安全性等方面具有优势,而且设备投资更少,产品的收率略高。为了更清晰地比较二者对环境的影响,我们引入了E因子(environmentalfactor,环境因子)的概念,它是指生产单位量产品所产生的废物总量,如表1中氯气法的E因子为5,即生产1吨2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺将产生5吨“三废”,而盐酸–双氧水氯化法的E因子只有0.5,显然是一种更加清洁的生产工艺。2氯化剂的用量、危害大、安全性氯原子亲核取代羟基是另一类用途广泛的氯化反应,用于合成羧酰氯、磺酰氯和氯代亚胺等中间体,其中有很多用于农药的合成。如图3所示,常用的氯化剂有氯化亚砜、三氯氧磷、五氯化磷和三氯化磷等,它们均是具有强烈刺激性、腐蚀性和毒性的危险品,运输、储存和使用均有较大危险性,反应产生的副产物二氧化硫、磷酸、亚磷酸等给后处理带来了困难,“三废”量很大。光气也可以作为此类反应的氯化剂,而且由于副产物二氧化碳无毒,容易和产物及氯化氢分离,从而具有后处理容易、“三废”少等优点,但光气剧毒,且禁止运输,使得该方法的应用受到限制。双(三氯甲基)碳酸酯近年来,我们应用BTC研发了一些关键农药中间体的绿色合成技术,列举如下。2.1环丙甲醛与氯化氢混合尾气拟除虫菊酯类杀虫剂是一类重要的农药,品种多,产量大。多数品种生产时需要先合成取代环丙甲酰氯,目前主要是用取代环丙甲酸与氯化亚砜反应,此过程产生大量的二氧化硫和氯化氢混合尾气,其治理令生产企业十分头疼。应用BTC与取代环丙甲酸在催化剂的作用下反应生成取代环丙甲酰氯可较好解决以上难题。我们合成了多种常用的环丙甲酰氯(如图4)当菊酰氯的R=R'=CH2.2btc法合成关键中间体取代苯甲酰氯应用于很多农药的合成,如酰胺类杀菌剂灭锈胺、氟酰胺、环菌胺,三酮类除草剂磺草酮、甲基磺草酮等。三酮类除草剂因其高效、安全的优点受到了广泛重视,由此,我们研发了BTC法合成其关键中间体2-氯-4-甲砜基苯甲酰氯和2-硝基-4-甲砜基苯甲酰氯的工艺(如图5),并与氯化亚砜法进行了比较,发现不仅可以消除二氧化硫带来的尾气治理难题,E因子下降80%以上,而且产品的品质得到了改善,一次产品的收率和纯度均在98%以上,色泽比氯化亚砜法好。2.3芳基磺酰胺芳基磺酰胺用于磺酰哌类农芳基磺酰氯是安磺灵、磺菌胺、杀螨酯和吡唑特等磺酰胺和磺酸酯类农药的关键中间体,其氨解得到的芳基磺酰胺则可用于磺酰脲类除草剂的合成,此外,其还可用于硫酚、二硫化物、砜等多类中间体的合成。我们用芳基磺酸的钠盐、钾盐或铵盐与BTC反应生成芳基磺酰氯(图6)2.4药剂氟菌唑、药剂溴虫腈等为酰氯菌将酰胺转化成氯代亚胺的反应是部分农药合成的关键步骤,如杀菌剂氟菌唑、杀虫剂溴虫腈等,该转化通常用三氯氧磷完成,“三废”量大。用BTC合成氟菌唑的中间体取得了较好效果,收率92%。3原料绿色化盐酸-双氧水氯化法和双(三氯甲基)碳酸酯氯化法均是用环境友好的原