噻蟲嗪綠色合成新工藝

史三冬，張 英，宋建華，柳海營，劉亞南，赤國彤

(1.河北德瑞化工有限公司，河北石家莊 050000；2.河北化工醫藥職業技術學院，河北石家莊 050000)

噻蟲嗪是諾華公司1991年開發的新煙堿類殺蟲劑，具有殺蟲譜廣、高效、對哺乳動物毒性小等特點。噻蟲嗪對害蟲兼具胃毒、觸殺及內吸活性，廣泛應用于大田作物與經濟作物，有效防治各種蚜蟲、葉蟬、飛虱、粉虱、金龜子幼蟲和馬鈴薯甲蟲等害蟲。噻蟲嗪是第2代新煙堿類殺蟲劑的杰出代表，全球年銷售量連續3年位居前3。

2-氯-5-氯甲基噻唑是噻蟲嗪生產工藝中的關鍵中間體，目前其合成采用的方法主要是以1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯為原料，經氯化劑硫酰氯氯化后，脫氣，酸萃取，有機溶劑萃取，脫溶，減壓精餾，總收率80.3%，含量98.5%。使用該方法制備2-氯-5-氯甲基噻唑存在反應過程中生成大量二氧化硫廢氣、尾氣，處理后亞硫酸鹽難以分離以及萃取中生成的廢水難以分離等問題。為實現工藝綠色化，急需引入新的技術來解決當前噻蟲嗪，特別是其關鍵中間體2-氯-5-氯甲基噻唑工藝中的環境污染等問題，達到高收率、低成本、低污染目的。

圖1 噻蟲嗪的結構式(CAS號：153719-23-4)

針對當前2-氯-5-氯甲基噻唑工藝合成方法存在的上述問題，筆者嘗試新的合成路線與方法，解決了上述工藝路線中存在的突出問題，取得了較好的效果。

筆者將上述路線中的氯化劑硫酰氯改成氯氣，再經脫氣、脫溶、減壓精餾得到2-氯-5-氯甲基噻唑，總收率87.5%，含量98.9%。

1 試驗部分

1.1 儀器

SHIMADZU液相色譜分析儀(2014C)；Agilent 8860氣相色譜分析儀，DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義予華儀器廠)；SHB-III水循環真空泵(鞏義予華儀器廠)。

1.2 試劑

圖2 利用硫酰氯合成2-氯-5-氯甲基噻唑的路線

圖3 利用氯氣合成2-氯-5-氯甲基噻唑的路線

2,3-二氯丙烯(工業級，岳陽景嘉化工有限公司)；硫氰酸鈉(試劑級，天津大茂試劑廠)；1,2-二氯乙烷(試劑級，天津大茂試劑廠)；氯氣(工業級，石家莊慶明化工有限公司)；N,N-二甲基甲酰胺(DMF試劑級，天津大茂試劑廠)；碳酸鉀(工業級，山西振興化肥廠)；3-甲基-4-硝基亞胺基四氫-1,3,5-噁二嗪(工業級，寧夏東吳化工有限公司)；去離子水(自制)。

1.3 試驗方法

1.3.1 1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯的合成

將100.0 g (0.9 mol) 2,3-二氯丙烯、150.0 g水、76.6 g (0.95 mol)硫氰酸鈉加入反應瓶中，攪拌，升溫至100 ℃，回流反應，反應2 h后中控，GC測定反應終點，反應完全后，分層，水洗有機相1次，減壓脫除溶劑得到產品1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯114.2 g，收率為95.2%。

1.3.2 2-氯-5-氯甲基噻唑的合成

取133.4 g (1.00 mol) 1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯，加入133.4 g二氯乙烷，控制溫度在50 ℃左右，控制時間2～3 h，緩慢通氯75.1 g (1.05 mol)，通氯完畢，GC中控，反應完畢后脫去溶劑，經減壓蒸餾得到無色2-氯-5-氯甲基噻唑145.8 g，含量98.9%，收率為87.5%。

圖4 噻蟲嗪的合成路線

1.3.3 噻蟲嗪的合成

將100.0 g (0.59 mol) 2-氯-5-氯甲基噻唑、120.0 g DMF、100.0 g (0.59 mol) 3-甲基-4-硝基亞胺基四氫-1,3,5-噁二嗪、110.0 g (0.79 mol)碳酸鉀加入到反應瓶中，控制溫度50 ℃反應4 h，HPLC中控，合格后經水洗，降溫結晶，抽濾，得到白色結晶粉末149.3 g，含量98.7%。

2 結果與討論

2.1 溫度對氯化環合反應的影響

2-氯-5-氯甲基噻唑合成中是1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯先氯化再環合，反應溫度對氯化環合非常重要。反應條件同1.3.2，考察溫度對反應后2-氯-5-氯甲基噻唑含量和收度的影響，結果如表1。

表1 溫度對2-氯-5-氯甲基噻唑含量和收率的影響

由表1可以看出，溫度偏低時，反應時間長，溫度偏高時，2-氯-5-氯甲基噻唑的含量與收率均下降明顯，在反應溫度為50 ℃時，其含量和收率分別達最高值98.9%和87.5%，因此選擇50 ℃為氯化環合反應的最佳溫度。

2.2 通氯量對氯化環合反應的影響

在用1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯合成2-氯-5-氯甲基噻唑的過程中，通氯量對1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯的氯化環合影響很大。在1.3.2的合成反應條件下，考察通氯量對2-氯-5-氯甲基噻唑含量和收率的影響，結果如表2。

由表2可以看出，n(氯氣)∶n(1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯)小于1時，1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯反應不完全，2-氯-5-氯甲基噻唑收率和含量偏低；但通氯量太大，剩余氯氣會與生成的2-氯-5-氯甲基噻唑反應，故2-氯-5-氯甲基噻唑含量與收率均下降。通過試驗發現n(氯氣)∶n(1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯)為1.05∶1.00時，2-氯-5-氯甲基噻唑的含量與收率均達最高，分別為98.9%和87.5%，因此選擇n(氯氣)∶n(1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯)為1.05∶1.00為宜。

表2 通氯量對2-氯-5-氯甲基噻唑含量和收率的影響

3 結論

以1-異硫氰酸基-2-氯-2-丙烯為原料，氯氣為氯化劑，經氯化環化、脫氣、脫溶、減壓精餾得到2-氯-5-氯甲基噻唑，總收率為87.5%，含量為98.9%。與之前采用的方法相比，本工藝具有如下優點：⑴ 反應過程短，產能提高，操作簡便，實現自動化DCS控制；⑵ 避免了二氧化硫廢氣與亞硫酸廢水處理問題；⑶ 成本降低，不需要消耗氫氧化鈉進行尾氣處理；⑷ 氯化中生成的氯化氫氣體通過三級降膜吸收產出潔凈的鹽酸再應用于生產中，變廢為寶；⑸ 避免了高溫物料的分解，2-氯-5-氯甲基噻唑產品收率提高到87.5%，含量提高到 98.9%；⑹ 噻蟲嗪原藥含量由原來的98.0%提升到98.5%以上，雜質減少了。