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肟菌酯的生产工艺设计

学号:

201106010217

专业课程设计

 

题目

肟菌酯的生产工艺设计

学院

化学化工学院

专业

化学工程与工艺

班级

化工1102

姓名

周振宇

指导教师

杨辉琼、阳海、刘华杰

 

2014

7

4

专业课程设计任务书

一、设计时间

2014年6月23日-2014年7月4日(第18和19周)

二、设计题目

肟菌酯的生产工艺设计

三、设计的目标化合物

本次设计的目标化合物为肟菌酯,其结构式如下:

(C20H19F3N2O4)

四、设计任务

1、根据所给目标化合物设计一条合理的合成路线,并给出文献支持。

2、设计相应的工艺流程(要求有方框流程图),并对工艺流程操作进行简述。

五、设计要求

每个学生要全面认真地完成课程设计所规定的设计任务,查阅有关文献、设计规范、手册等资料,独立按时完成任务;要正确综合运用所学的基础理论,来分析和解决课程设计中的问题;要正确掌握课程设计的设计方法和计算方法,设计方案要正确,步骤要清楚、简练;设计说明书要求逻辑清晰、层次分明、书写整洁,图纸表达内容完整、清楚、规范。

六、课程设计进度安排

序号

设计内容

所用时间

1

查阅文献资料

2天

2

设计合成路线,给出文献支持

2天

3

设计相应的工艺流程(方框流程图),

并对工艺流程操作进行简述

4天

4

编写设计报告书

2天

合计

10天

七、课程设计考核方法及成绩评定

本课程设计采用优秀、良好、中等、及格、不及格5级记分制。

评分的主要依据为:

说明书和图纸的质量,独立完成设计的工作能力。

 

一目标化合物的概述

1.产品名称、化学结构及理化性质

英文名称:

Trifloxystrobin

化学名称:

(2Z)—2—甲氧基亚氨基—2—[2—[[1—[3—(三氟甲基)苯基]亚乙基氨基]氧甲基]苯基]乙酸甲酯;

化学结构:

(C20H19F3N2O4)

理化性质:

白色无溴固体,熔点72.9oC,沸点约312oC(328o*10-6Pa(25oC),密度1.09克/cm3,水中溶解度610μg/L(25oC)。

在PH=5水溶液中稳定。

毒性:

雄大鼠经口LD50:

4757mg/kg,雌大鼠经口LD50:

4830mg/Kg,经皮LD50>5050mg/kg,吸入毒性LC50>2.2mg/L,对兔眼睛和皮肤有轻微刺激。

对蓝鳃太阳鱼LC50(96h)0.054mg/L,对翻车鱼LC50(96h)0.015mg/L。

蜜蜂LD50>200μg/只,鹌鹑LD50>2000mg/kg。

2.产品的作用、应用

作用特点及用途:

肟菌酯是甲氧基丙烯酸酯类广谱杀菌剂,是从天然产物Strobilurins作为杀菌剂先导化合物成功地开发的一类新的含氟杀菌剂。

它具有高效、广谱、保护、治疗、铲除、渗透、内吸活性、耐雨水冲刷、持效期长等特性,而且与目前已有的杀菌剂无交互抗性。

它对作物安全,因其在土壤、水中可快速降解,故对环境也安全。

2009年该产品的销售量约为4亿美元,销量仅次于嘧菌酯,唑菌胺酯大于苯氧菌酯(醚菌酯)的Strobilurins类杀菌剂。

由于肟菌酯具有广谱、渗透、快速分布等性能,作物吸收陕、加之其具有向上的内吸性,故耐雨水冲刷性能好、持效期长,因此被认为是第二代甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂。

肟菌酯主要用于茎叶处理,保护活性优异,且具有一定的治疗活性,且活性不受环境影响,应用最佳期为孢子萌发和发病初期阶段,但对黑星病各个时期均有活性。

适宜作物:

小麦(小麦、大麦、黑麦和黑小麦)、葡萄、苹果、花生、香蕉、蔬菜等。

防治对象:

肟菌酯具有广谱的杀菌活性。

除对白粉病、叶斑病有特效外。

对锈病、霜霉病、立枯病、苹果黑星病亦有很好的活性。

应用:

肟菌酯主要用于茎叶处理,根据不同作物、不同的病害类型,使用剂量也不尽相同,通常使用剂量为200g(a.i.)/hm2。

100~187g(a.i.)/hm2即可有效地防治麦类病害如白粉病、锈病等,50~140g(a.i.)/hm2即可有效地防治果树、蔬菜各类病害。

还可与多种杀菌剂混用如与霜脲氰以12.5+12g(a.i.)/hL剂量混配,可有效的防治霜霉病。

常用剂型:

制剂%%EC,25%、45%DF,25%、50%SC,45%WP,50%WG等。

混剂如Sphere或Agora或Fencer(肟菌酯+环唑醇),Rombus或Stratego(肟菌酯+丙环唑等)。

环境安全性评价:

肟菌酯的蒸气压低、挥发性低。

在土壤好氧条件下,DT50

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

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