霜脲氰合成方法改进的研究

张皓

上海试四赫维化工有限公司（上海 200940）

工作研究

霜脲氰合成方法改进的研究

张皓

上海试四赫维化工有限公司（上海 200940）

采用尿素、乙胺、氰乙酸和硫酸二甲酯为主要原料，经过乙基脲合成、肟化反应和甲基化反应“三步法”生成成品霜脲氰。通过工艺改进使产品总收率达到55%（以尿素计算），产品含量≥97%，该项目已通过中试验证，整个工艺简单易行，适用于工业化反应。

霜脲氰合成方法改进

霜脲氰是上世纪70年代末开发出来的一种高效、低毒的杀菌剂。它对白菜的葡萄霜霉病和马铃薯、番茄的晚疫病等真菌病害有明显的防治效果。对作物有局部内吸作用，可抑制孢子萌发。具有安全、用药量少和毒性小等优点[1～2]。霜脲氰还可同其他多种类型农药、化肥混合施用，与代森锰锌复配效果更佳[3]，在农业生产中得到广泛的应用。目前，霜脲氰仍活跃在农药领域，因此，对其收率提高的研究具有重要意义。

霜脲氰化学名称为N－[乙胺基羰基]－2－氰基－2－(甲氧亚胺基)乙酰胺，通用名称为Cymoxanil，结构式为：

分子式：C7H10N4O3，相对分子质量：198.18。纯品霜脲氰为无色针状结晶，熔点（m.p.）160～161℃；工业品为浅黄或浅粉色粉末状固体，相对密度（d25）为1.31，m.p.158～161℃。霜脲氰无味，25℃下蒸汽压为8× 10-5Pa（外推法），120℃以上开始升华。25℃时在水、二甲基甲酰胺、丙酮、氯仿、甲醇、苯中的溶解度分别为0.1、18.5、10.5、10.3、4.1、0.2 g/L，在己烷中的溶解度＜0.1 g/L。一般贮存在中性或弱酸性介质中[4]。

1 工艺路线

根据国内外文献[5]报道，霜脲氰的合成方法有一锅法和三步法（乙基脲合成、肟化反应和甲基化）。本研究在三步法的基础上进行了工艺优化，使产品收率得到大幅提高。在工艺路线选择上，进行分步优化，使每一步的收率都得到不同程度的提高，具体方案如下：

（1）在乙基脲的合成中，文献[5]上采用较多的是以下两条合成路线：

可以看到，第一种工艺路线采用白油或邻二氯苯等长链烷烃作溶剂，不仅增加了生产工序而且提高了生产成本，还在反应体系中引入了新的杂质。而第二种工艺过程复杂，需要经过三步反应。课题组人员经过讨论、查阅资料确定了一条较为理想的工艺路线，即以终产物乙基脲代替白油做溶剂，这样不仅可以减少产物中的杂质，保证产品质量，而且与使用白油作溶剂得到的乙基脲的含量和收率水平相当。经过改进的工艺路线为：

按照该路线得到的乙基脲为白色结晶，乙基脲含量≥82%，收率为83%。

（2）在肟化反应中，文献[5]采用较多的是以下两条路线：

第一种工艺路线采用Al2O3为催化剂，两种工艺路线都是先将固体氰乙酸和固体乙基脲加入反应釜中，然后滴加醋酐。这两种工艺路线合成产品的主含量可达84%，收率达69%。而我们选用的新工艺是：先将液体氰乙酸（60%～70%）经减压蒸馏蒸去水分，然后在一定条件下和醋酐反应，最后在一定温度下加入液体乙基脲，这样不仅可以实现生产的连续化而且还可以大大降低生产成本，减少人工操作。反应原理同第二种路线。按该工艺路线得到的产品外观为浅黄色或本白色晶体，产品主含量≥99%。

（3）在甲基化反应中，传统的工艺路线为[5]：

本文采用的工艺路线与传统工艺路线相比，除了在工艺参数上有所改变外，主要区别是不用甲醇作溶剂，省掉了一步操作过程并降低了原料成本。

2 实验部分

2.1 实验仪器

250 mL圆底磨口三口烧瓶、500 mL圆底磨口三口烧瓶、尾气吸收管、滴液漏斗、抽滤漏斗、抽滤瓶、电动搅拌器、套式恒温器、真空泵。

2.2 原材料

尿素，含氮量46%；氰乙酸，含量＞60%；乙胺，含量＞99%；乙基脲，含量＞80%；醋酐，含量＞90%；硫酸二甲酯，含量＞98%；硫酸，含量＞98%；液碱，含量＞30%。除乙基脲为自制外，其他均为工业品。

2.3 合成方法

乙基脲合成：在带机械搅拌、温度计的三口烧瓶中加入尿素和乙基脲，用电加热恒温器加热反应物，使其达到熔融状态直至反应温度达到110℃，缓慢通入乙胺气体，维持反应温度110～118℃至三口烧瓶的增重量为理论增重的3%～7%，关闭乙胺钢瓶；继续搅拌30 min，抽真空15 min除去残余气体；反应物倒入烧杯中，冷却至室温。

肟化反应：在带机械搅拌、温度计的三口烧瓶中加入氰乙酸，减压蒸水，将水基本蒸干净，使浓缩后的氰乙酸呈棕红色液体；将体系温度冷却至45℃，加入醋酐、乙基脲，加热至55～58℃，搅拌10 min；继续加热至90℃搅拌2 h，然后加入水终止反应；使料液冷却至0～10℃，抽滤并用水洗涤滤饼，真空干燥后得到第二步中间体。

甲基化：在带机械搅拌、温度计的三口烧瓶中加入上一步中间体和水，然后加入亚硝酸钠，搅拌45 min，加热料液至50℃，搅拌30 min；在50℃下加入稀硫酸，调节pH=5～5.5，搅拌30 min，然后用30%的氢氧化钠调节pH=7～8；体系温度在35～40℃条件下加入硫酸二甲酯，加入硫酸二甲酯后继续反应1 h；将料液冷却至10℃，抽滤、洗涤、干燥后得到粉红色的干粉。

2.4 分析方法[6]

熔点采用Thiele管测定装置测定。中间体及产品采用Aglient-1260型高效液相色谱仪（HPLC）分析：柱填充剂为十八烷基甲硅烷基化硅胶（粒径5 μm），柱为内径4.6 mm、长150 mm的不锈钢管，柱温40℃；检测器波长254 nm；流动相为乙腈∶水＝1∶3（体积比）的混合溶液；调整流速使霜脲氰约10 min后流出。

3 结果与讨论

3.1 实验数据与分析

（1）在乙基脲合成中，共进行了7次实验，摸索出了较佳的工艺条件：尿素和乙基脲先加热到熔融状态，在温度达到110℃时开始通入乙胺气体，反应温度控制在110～118℃之间，该工艺条件下乙基脲的主含量基本稳定在81%～84%之间，收率稳定在80%以上。乙基脲合成数据见表1。

（2）在肟化反应中，摸索了加入乙基脲的一系

表1 乙基脲合成参数

列条件，共进行了12个试验，最后确定较为理想的工艺为：液体氰乙酸在减压条件下蒸水，蒸水温度在95℃左右，压力维持在-0.09～-0.1 MPa；蒸后的氰乙酸降温至45℃左右，加入醋酐和乙基脲，然后升温至90℃左右，搅拌2 h；回流结束后，加入一定量的水，降温至10℃，离心、洗涤、再离心。试验数据见表2。该工艺条件下产品的主含量≥99%，收率达到75%左右。

表2 肟化反应实验数据

（3）在甲基化反应中，共进行了12组验证工作，较为理想的工艺条件为：将水和上步产物先搅成浆状，然后加入亚硝酸钠，搅拌30 min，升温至50℃搅拌30 min；用硫酸调节pH值在4.5～5.5之间，搅拌15 min后，用30%氢氧化钠溶液调节pH值在7～8之间；使体系降温加入硫酸二甲酯，在加入过程中用氢氧化钠调节pH值在7～8之间，硫酸二甲酯加完后，在反应条件下保持1 h；离心、洗涤、干燥。依据该工艺，霜脲氰的主含量可达到97%以上，杂质指标均在控制范围内，收率可达84%～87%。甲基化反应数据见表3。

表3 甲基化反应实验数据

3.2 霜脲氰产品含量实测数据（见表4）

4 结论

（1）在乙基脲合成实验中，一改传统方法中白油作溶剂的方法，采用终产物乙基脲为溶剂。该方法使乙基脲产品质量有很大提高。不仅减少反应步骤、不产生新的杂质，还大大降低了生产成本。但作溶剂的乙基脲需主含量≥80%。该步反应的关键主要是控制原料的投料摩尔比和反应温度，使反应收率稳定在84%左右。

表4 霜脲氰含量实测数据

（2）在肟化反应中，反应的关键是：液体氰乙酸的减压蒸水，浓缩后的氰乙酸含量要达到84.6%以上；氰乙酸和醋酐生成贡酐的过程；回流时温度（90～95℃）的控制，低于80℃时反应收率有重大损失。控制好以上条件，该步中间体收率在76%上下，颜色为白色或浅黄色。

（3）在甲基化实验中，由于上一步中间体的颜色和含量对成品的颜色和收率会有影响。因此用收率高、颜色好的中间体得到的霜脲氰成品颜色和收率均基本达标。其次，在该步反应中pH值的调节非常重要，pH值太高或太低不仅会影响成品的质量，也会影响成品的收率。该步反应的关键是：硫酸加入后溶液要呈现澄清的状态，表明反应物已生成钠碱；DMS的加入不要太快，1～1.5 h加完；碱加入不要过快，用pH计测量，控制在7～8之间。

（4）通过对三步法进行工艺改进，产品总收率达到55%（以尿素计算），产品主含量≥97%，该改进工艺已经通过中试验证，整个工艺简单易行，适于工业化生产。

[1]章思规.精细有机化学品技术手册[M].北京:科学技术出版社．1991:548-549.

[2]SidneyHayesDavidson.2-cyano-2-hydroxyiminoacetamides as plant disease control agents:US,3957847[P]. 1976-5-18.

[3]于秀霞,杨建春,葛岩.霜脲氰合成方法改进[J],江苏化工,1996,24(4):26-32.

[4]孙家隆.现代农药合成技术[M].北京:化学工业出版社,2011:198-200.

[5]顾学彬,王磊,马振瀛[M].北京:化学工业出版社, 2011:234-238.

[6]杨舰,吉维华,吴奎华.霜脲氰的气相色谱分析[R].中国化工学会农药专业委员会第八届年会论文集.1996.

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Study on the Improvement of Cymoxanil Synthesis Method

Zhang Hao

Using urea,ethylamine,cyanoacetic acid and dimethyl sulfate as the main raw materials to synthesize cymoxanil via three-step method,which includes ethylurea synthesis,oximation reaction and methylation reaction.Due to the process improvement,the overall yield of the final product(calculated by carbamide)is 55%,and the cymoxanil content is above 97%.The improved process has been verified by pilot test,it is simple and suitable for industrialization.

Cymoxanil;Synthesis method;Improvement

TQ450.6+1

2014年4月

张皓女1975年生工程师硕士研究生现任上海试四赫维化工有限公司副经理主要从事技术管理和技术创新工作