2秒! 一種有機膦類殺菌劑的綠色連續(xù)合成！

更新時間：2022-05-19 點擊次數(shù)：2464

背景介紹

三乙膦酸鋁是一種有機磷類高效、廣譜、內(nèi)吸性低毒殺菌劑，可防治由單軸霉屬、霜霉屬、疫霉屬引起各種病害的果樹、蔬菜、花卉及經(jīng)濟作物。該藥市場需求量較大。

據(jù)文獻及Patent報道，合成三乙膦酸鋁原藥的方法是以PCl?、乙醇為原料，經(jīng)酯化反應(yīng)制得亞磷酸二乙酯（簡稱DEP）。DEP和氨水通過胺化反應(yīng)生成亞磷酸二乙基銨鹽，然后與硫酸鋁進行復(fù)分解反應(yīng)得到。目前市場報道產(chǎn)品總收率最高為95%，含量為98%。

傳統(tǒng)釜式工藝，具有諸多問題：

【危險】由于酯化反應(yīng)放熱劇烈，易造成局部過熱或系統(tǒng)飛溫現(xiàn)象，存在反應(yīng)失控風險；

【雜質(zhì)】在有水、強酸性及溫度高的條件下，隨著反應(yīng)時間的延長，DEP極易分解，副產(chǎn)物多；

【耗時】胺化反應(yīng)工藝目前多采用滴加過量的氨水或DEP的間歇式生產(chǎn)方式，其造成原料的浪費且反應(yīng)時間長達9h以上；

【三廢】原料的不充分反應(yīng)造成三廢排放量大，給環(huán)保處理造成困難，亦不利于綠色清潔化生產(chǎn)。

以康寧反應(yīng)器為代表的連續(xù)流微通道反應(yīng)器，通過對傳質(zhì)與傳熱過程進行強化，大幅縮短了反應(yīng)時間，提高了反應(yīng)效率。同時顯著提高了體系溫度和濃度的均一性及可控性，極大緩解了局部過熱或反應(yīng)物濃度過大的問題，降低了副反應(yīng)的發(fā)生，提升反應(yīng)的本質(zhì)安全性。

本篇文章將為您介紹研究者重點利用康寧反應(yīng)器技術(shù)在傳質(zhì)和傳熱方面的優(yōu)勢，開發(fā)出的條件溫和、反應(yīng)高效、轉(zhuǎn)化率高、適宜工業(yè)化生產(chǎn)的綠色合成3步新工藝。

研究過程

一. 三乙膦酸鋁的3步合成工藝

圖1.三乙膦酸鋁合成路線

連續(xù)流微通道反應(yīng)器中合成中間體1

圖2. 中間體1的合成過程圖

【編者語】康寧反應(yīng)器較釜式反應(yīng)器具有百倍的傳質(zhì)提升和千倍的傳熱提升，反應(yīng)物反應(yīng)*，并且可以快速將反應(yīng)生成中間體1移出反應(yīng)體系，極大降低其分解產(chǎn)生副產(chǎn)物的可能性。

2. 連續(xù)流微通道反應(yīng)器中合成中間體2

圖3. 中間體2的合成過程圖

【編者語】康寧反應(yīng)器可以實現(xiàn)對物料的精準控制，結(jié)合高效傳質(zhì)和傳熱特性，反應(yīng)物可按照最佳反應(yīng)比例實現(xiàn)高效反應(yīng)，大大提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的同時減少物料的浪費及三廢的產(chǎn)生。

3. 三乙膦酸鋁產(chǎn)品的合成

向中間體2中滴加濃硫酸調(diào)節(jié)pH至5.5，加入0.17mol硫酸鋁，于80℃保溫反應(yīng)1 h，降溫至20℃以下抽濾，濾餅淋洗、干燥后得三乙膦酸鋁為117.6g，純度為98.8%，產(chǎn)品總收率為98.5%，較釜式提高3.5個百分點。

二. 連續(xù)流工藝優(yōu)化

1. 反應(yīng)停留時間的優(yōu)化

1.1 中間體1反應(yīng)停留時間的優(yōu)化

A、B泵流速比設(shè)置為1:2，分別泵入微通道反應(yīng)器進行反應(yīng)，反應(yīng)溫度設(shè)為20℃，停留時間分別設(shè)為2、4、6、8、10 s，研究停留時間對中間體1含量的影響。

圖4. 停留時間對中間體1含量的影響

從圖4可以看出，在微通道反應(yīng)器中，PCl?和無水乙醇的反應(yīng)速率大幅提高，數(shù)秒內(nèi)即可完成反應(yīng)。隨著反應(yīng)停留時間的延長，中間體1的含量逐漸降低。優(yōu)選反應(yīng)停留時間為2s。

1.2中間體2反應(yīng)停留時間的優(yōu)化

C、D泵流速比設(shè)置為1:1.06，分別泵入微通道反應(yīng)器進行反應(yīng)，反應(yīng)溫度設(shè)為50℃，停留時間分別設(shè)為2、5、10、15、20 s，研究停留時間對中間體2轉(zhuǎn)化率的影響。

圖5. 停留時間對中間體2含量的影響

從圖5可以看出，在微通道反應(yīng)器中，中間體2在10s時轉(zhuǎn)化率即可達到*，合成時間從6～9 h縮短至秒級單位內(nèi)，從生產(chǎn)效率和能耗角度考慮，中間體2的合成優(yōu)選反應(yīng)停留時間為10s。

2. 反應(yīng)溫度的優(yōu)化

分別采用的1.1和1.2微通道反應(yīng)系統(tǒng)和優(yōu)化的反應(yīng)停留時間，研究了反應(yīng)溫度對中間體1含量和中間體2轉(zhuǎn)化率的影響。

最終中間體1優(yōu)選反應(yīng)溫度為20℃，中間體2選擇反應(yīng)溫度為35℃。

研究結(jié)果

采用連續(xù)流微反應(yīng)技術(shù)，在反應(yīng)溫度為20℃，反應(yīng)停留時間2s時合成中間體1；
反應(yīng)溫度為35℃，反應(yīng)停留時間10s時合成中間體2，經(jīng)復(fù)分解反應(yīng)得到三乙膦酸鋁，產(chǎn)品純度和收率均達到98%以上。
該連續(xù)流工藝與傳統(tǒng)釜式工藝相比，速度更快，轉(zhuǎn)化率更高，顯著降低了副反應(yīng)的發(fā)生，同時提升了安全性，符合綠色化工的發(fā)展方向。
康寧反應(yīng)器無縫放大的技術(shù)優(yōu)勢，有助于幫助企業(yè)快速實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，減少中試的時間和資金成本。

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