联产高效安全除草剂乙氧氟草醚和三氟羧草醚清洁生产工艺研发与产业化

2022-09-12

为了提高原料利用率、降低消耗和减少三废, 本项目在“双醚化法”的基础上设计了联产乙氧氟草醚和三氟羧草醚的新工艺路线:以3, 4-二氯三氟甲苯为起始原料, 经与间苯二酚钾盐双醚化、硝化和醇解合成乙氧氟草醚, 同时副产2-氯-4-三氟甲基苯酚钾;2-氯-4-三氟甲基苯酚钾经酸化回收, 然后与5-氯-2-硝基苯甲酸缩合合成三氟羧草醚。反应原料如下:

(1) 双醚化

(2) 硝化

(3) 醇解

(4) 三氟羧草醚的合成

1 实验部分

合成步骤

(1) 醚化物的合成

向2000m L三口瓶中加入115g (2.86mo L) 氢氧化钠、158g (1.43mo L) 间苯二酚和600m L甲苯, 搅拌, 升温溶解, 溶解完全后共沸脱水至基本无水时, 冷却降温, 减压蒸甲苯至完全, 加入750g (3.48mo L) 3, 4-二氯三氟甲苯、600m L DMSO和催化剂, 升温至80-90℃反应约7-8小时, 取样分析合格后, 降温至40-50℃, 于布氏漏斗中抽滤, 滤出氯化钠, 并用少量DMSO洗涤滤饼, 洗涤液与抽滤母液合并, 减压回收DMSO和过量的3, 4-二氯三氟甲苯, 冷却至室温, 加入600 m L二氯乙烷和1000 m L水, 搅拌下加入少量废酸调节p H到中性, 静置分层, 有机层加入300m L水洗涤, 静置分层, 有机层再升温共沸脱水至完全, 冷却, 得醚化物二氯乙烷液, 补加300m L二氯乙烷, 定量分析含量, 直接用于下步硝化反应。收率92.5%。

(2) 硝化物的合成

向500m L的三口烧瓶中180 g (1.80mo L) 浓硫酸, 恒压滴液漏斗中加入100 g (1.58mo L) 浓硝酸, 冷却下于25-35℃缓慢滴加硝酸, 滴加完全后, 搅拌0.5小时, 得混酸待用。向3000m L三口瓶中加入上步醚化物 (1.32mo L) 二氯乙烷溶液, 于25-30℃滴加预先制备好的混酸, 约3小时加完, 加完后保温反应1小时, 取样分析, 合格后, 静置分层, 废酸去硝化套用或酚的回收, 有机层加入1000m L水洗涤, 少量液碱中和, 有机层水蒸气蒸馏脱除二氯乙烷至完全, 加入800m L甲苯共沸蒸水, 得硝化物的甲苯溶液, 定量分析含量, 直接用于下步硝化反应。收率96.2%。

(3) 乙氧氟草醚的合成

向1000m L三口烧瓶中加入150m L的乙醇, 搅拌冷却下于30-35℃分批加入85.7 g (1.53mo L) 氢氧化钾, 全部溶解后, 搅拌0.5小时待用。向3000m L的三口烧瓶中上步硝化硝化物甲苯液, 氢氧化钾乙醇溶液, 升温至60℃左右搅拌反应, 保持温度63-67℃, 反应4-6小时, HPLC检测至反应完全。加入1600m L水进行两次水洗, 第一次含酚废水用废硫酸中和回收2-氯-4-三氟甲基苯酚, 第二次水洗可回用于本水洗反应, 上层有机层去旋转蒸发仪减压蒸出甲苯到完全, 残留物转入三口烧瓶中, 加入乙醇1000m L重结晶, 抽滤, 滤饼用少量冰乙醇漂洗, 烘干, 得乙氧氟草醚423g (1.17mo L) , 收率92.1%, 含量97.8%。

(4) 2-氯-4-三氟甲基苯酚的回收

将含酚废水转入2000m L三口烧瓶中, 冰水浴冷却, 搅拌, 滴加硝化废酸约176g, 调节p H2-3, 继续搅拌30min., 静置分层, 下层有机层减压精馏, 收集90-100℃/20mm Hg馏分, 得2-氯-4-三氟甲基苯酚217.6g, 回收率88.7%, 含量97.3%。

(5) 三氟羧草醚的合成

向装有冷凝回流管、搅拌器的1000m L三口烧瓶中依次加入500m L DMSO、120 g (0.6mo L) 乙氧氟草醚副产2-氯-4-三氟甲基苯酚, 48g (0.6mo L) 氢氧化钠和120 g (0.6mo L) 3-氯-6-硝基苯甲酸, 升温回流反应约8小时, 取样分析, 合格后, 减压蒸出DMSO溶剂, 冷却, 加入600m L水, 用75g (0.6mo L) 30%盐酸调p H为3, 搅拌结晶, 抽滤, 烘干, 得三氟羧草醚成品195g, 收率86.5%, 含量96.3%。

2 结果与讨论

2.1 中间体醚化物的合成

醚化物的醚化主要影响因素有反应溶剂、反应温度以及催化剂。通过分析, 醚化反应的较佳条件为:以DMSO为溶剂, 氯化铜和PEG-200为复合催化剂, 3, 4-二氯三氟甲苯和间苯二酚的摩尔比为2.4:1, 在80-90℃反应8h, 收率92%以上。反应溶剂必须保证干燥, 脱溶回收的溶剂, 可以直接套用。

2.2 硝化物的合成

硝化反应的主要影响因素有反应温度、反应溶剂以及硝酸和醚化物的配比。考察了不同反应条件对反应的影响。

通过分析, 硝化反应的较佳条件为:以二氯乙烷为溶剂, 硝酸:醚化物比例为1.1:1, 在25-25℃反应4h, 收率96%以上。脱溶回收的溶剂, 并可以直接套用。

2.3 乙氧氟草醚的合成

乙氧氟草醚产品合成反应的主要影响因素有反应温度、反应溶剂以及醇钾和硝化物的配比。通过分析, 乙氧氟草醚产品合成的较佳条件为:以甲苯为溶剂, 乙醇钾和硝化物摩尔比为1.2:1, 在60-70℃反应, 4-6h, 收率92%以上。脱溶回收的溶剂, 可以直接套用。

2.4 三氟羧草醚的合成

三氟羧草醚产品合成反应的主要影响因素有反应温度、反应溶剂以及氢氧化钠和3-氯-6-硝基苯甲酸的配比。通过分析, 三氟羧草醚产品合成的较佳条件为:以二甲基亚砜为溶剂, 氢氧化钠和3-氯-6-硝基苯甲酸摩尔比为2.0:1, 在140-150℃, 反应4-6h, 收率92%以上。脱溶回收的溶剂, 可以直接套用。

3 结语

通过合理设计联产工艺, 以3, 4-二氯三氟甲苯和间苯二酚为主要起始原料, 经双醚化、硝化和醇解合成乙氧氟草醚, 同时回收副产物2-氯-4-三氟甲基苯酚, 后者与5-氯-2-硝基苯甲酸缩合联产三氟羧草醚, 从而将3, 4-二氯三氟甲苯的理论利用率由50%提高到100%, 达到降耗、减排的目的。

经过小试工艺条件优化, 双醚化、硝化和醇解收率均达到90%, 缩合收率达到85%以上, 乙氧氟草醚含量达到97%以上, 三氟羧草醚含量达到95%以上, 各项技术指标均达到了预期目标, 为工业化设计和开发提供了充分的数据。

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