肟菌酯对鱼类和水生生物高毒,高风险;对鸟类、蜜蜂、家蚕、蚯蚓均为低毒。
在配药和施药时,应注意切勿使该药剂污染水源,禁止在河塘等水体中清洗施药器械。
二、目标化合物已有合成线路简介及优劣分析
1.中间体2-卤代甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯的合成方法
肟菌酯主要通过2-卤代甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯与间三氟甲基苯乙酮肟缩合得到,其中卤素通常是氯或溴。
按起始原料的不同,中间体2-卤代甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯的合成方法可以归纳为以下10种。
1)以邻甲基苯乙酮为原料,经高锰酸钾的碱性氧化,甲醇酯化,再与甲氧基盐酸盐肟化,然后用N-溴丁二酰亚胺溴化得到2-溴甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯[1],合成路线如下。
路线简单,反应条件温和,但是总收率较低,原子利用率不高;溴化过程难以控制,容易产生二溴化合物。
2)以邻溴甲苯和乙二酰氯单甲酯为原料,通过铜锂试剂进行偶联反应得到2-氯甲基-α-羰基苯乙酸甲酯,然后与甲氧基盐酸盐肟化,再经N-溴丁二酰亚胺溴化得到2-溴甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯[2],合成路线如下。
与路线1)的不同之处在于2-氯甲基-α-羰基苯乙酸甲酯通过1步反应得到,看似简化了反应步骤,但是第1步反应过程复杂,条件较苛刻,且起始原料较昂贵,不适合工业化生产。
3)以邻甲基苯甲酸为原料,与亚硫酰氯回流得邻甲基苯甲酰氯;与氰化钾反应得邻甲基苯甲酰氰;然后酯化、肟化、溴化得2-溴甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯[3],合成路线如下。
该法不足之处在于酰氯化使用了毒性较大的亚硫酰氯,产生有害气体二氧化硫,仍然采用了产率较低的溴化步骤。
4)以邻甲基苯甲醛为原料,5步反应得2-溴甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯,总收率16%[4],合成路线如下。
路线较长,收率较低,溴代过程用到毒性较大的溴素和四氯化碳。
5)以N,N-二甲基苄胺和草酸二甲酯为起始原料,经3步反应得2-氯甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯,3步总收率55%[5],合成路线如下。
该路线相对简单,收率较高,但是第1步反应需要用到昂贵的四丁基锂,不利于工业化生产。
6)以邻甲基苯乙腈为原料,5步反应得2-氯甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯,总收率23%[6],合成路线如下。
第1步溴代反应收率仅45%,易产生多溴代物,难以分离;第3步反应需要无水无氧操作,且用到毒性较大的硫酸二甲酯。
7)以邻氯苄氯为原料,4步反应得2-氯甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯,总收率22%[7],合成路线如下。
第2步收率仅有30.3%,且该步骤中格式反应难以控制,形成的格式中间体不稳定;第3步需要1.2MPa高压反应,对设备要求高。
8)以邻羟甲基苯乙酸内酯为原料,3步反应得2-氯甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯,总收率25%[8],合成路线如下。
起始原料邻羟甲基苯乙酸内酯难以获得,甲基化试剂硫酸二甲酯毒性较大,亚硫酰氯使用过程中产生污染环境的二氧化硫气体。
9)以邻甲基苯乙酸甲酯为原料,经二氧化硒氧化得2-氯甲基-α-羰基苯乙酸甲酯,然后肟化、溴化得2-溴甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯[9],合成路线如下。
该路线只在文献中提到,没有操作实例,并且原料二氧化硒价格较贵。
10)以邻羟甲基苯甲酸内酯为起始原料,4步反应得2-氯甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯,总收率46%[10],合成路线如下。
苯酞开环生成酰氯基和氯甲基,省去了低收率的溴化或氯化步骤,各步反应条件温和,总收率较高。
但是该路线也存在较大的缺点,开环反应使用毒性较大的亚硫酰氯,产生有害气体二氧化硫,且后2步反应需要使用过量氯化氢气体,对反应设备的要求较高,所以制约了其工业化应用。
以上10条路线中或需要进行低收率、副产物多的卤代步骤;或原料昂贵,环境污染严重;或操作条件苛刻,对设备要求高;经过比较,本文采用方法10)合成2-氯甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯,并主要针对该路线的开环和酯化步骤进行了工艺改进。
2.三氟甲基苯乙酮肟合成方法
另一中间体间三氟甲基苯乙酮肟合成方法有2种。
方法1)合成路线如下[1,11]。
收率和含量均较高,但其原料间三氟甲基苯乙酮来源有限,制约了该法的应用。
方法2)合成路线如下[12,13]。
以间三氟甲基苯胺为原料,经重氮化,与乙醛肟偶合反应得到间三氟甲基苯乙酮肟。
虽然收率比方法1)较低,但是原料便宜,来源广泛,反应条件温和,是一条较好的清洁化生产工艺,所以本文采用该路线,同时进行了工艺改进。
三、目标化合物新合成线路设计
综上,肟菌酯的合成路线如下。
四、最优合成路线的工艺流程设计(方框流程图)及工艺流程操作简述
1、工艺流程设计
本设计的生产工艺的操作方式采用的是间歇操作,整个工艺总体上分为六个工段,包括缩合、甲化、还原、酰化、环合五个单元反应,和离心分离、压滤、脱色、水洗、干燥、结晶、溶剂回收等一系列单元过程。
以方框和圆框分别表示单元过程及单元反应,以箭头表示物料和载能介质流向,该设计的生产工艺流程方框图如下所示:
2、工艺流程操作简述
21实验步骤
邻氯甲基苯甲酰氯的合成
在反应釜中,加入邻羟甲基苯甲酸内酯、三苯基氧膦、三氟化硼-乙醚、5L邻二氯苯,加热至145℃。
开始添加固体光气(溶于15L邻二氯苯),添加过程控制温度145~150℃,5h加完,继续加热5h后,冷却。
减压蒸馏,收集88~93℃/0.5mbar(文献值93~95℃/1mbar)[14]橘黄色液体,收率95.9%,含量98.8%。
GC-MSm/z(%):
190
(2),188(3),155(33),153(100),125(42),105(11),90(34),89(79),63(90)。
邻氯甲基苯甲酰氰的合成
反应釜中,加入氰化钠、水,搅拌溶解,加入四丁基溴化铵,滴加1%盐酸溶液(质量分数)至pH值约为11,加入甲苯。
室温下滴加邻氯甲基苯甲酰氯(甲苯稀释),保证T<35℃,溶液逐渐变红棕色,4h滴完,室温下搅拌3h后停止。
静置,分出有机相,甲苯萃取水相,合并有机相,1%盐酸溶液洗涤甲苯相至中性,无水硫酸镁干燥,抽滤,脱溶。
减压蒸馏,收集105~110℃/0.5mbar(文献值100℃/0.3mbar)[15]馏分,收率70.4%,含量97.7%。
GC-MSm/z(%):
181(13),179(40),153(15),152(49),144(87),143(70),125(21),116(67),89(100),63(45)。
2.1.32-氯甲基-α-甲氧亚胺基苯乙酸甲酯的合成
反应釜,加入85%硫酸(质量分数)、溴化钠、邻氯甲基苯甲酰氰,加热至70℃。
缓慢滴加甲醇,滴毕,呈红棕色。
GC-MS检测生成2-氯甲基-α-羰基苯乙酸甲酯,2h后GC跟踪显