二甲戊灵的生产工艺

二甲戊灵的生产工艺综合国内外文献报道，根据所采用的起始原料来划分，二甲戊灵的合成主要有三条路线，分别为：(1)3，4-二甲基硝基苯路线；(2)3，4-二甲基卤苯路线；(3)3，4-二甲基苯酚(醚)路线。一．3，4-二甲基硝基苯路线国内外二甲戊灵原药现行生产方法以3，4-二甲基硝基苯为原料，经氢化、烷基化、硝化制得(图2)。该工艺路线步骤简短，建设投资少，工艺收率较高，原料价低易得，生产成本低，不仅在国外普遍采用，也是国内生产厂家大部分的生产方法。以3，4-二甲基硝基苯计，工艺总收率达80％，粗原药含量在80％，精制后可达95％以上。但该工艺在最后一步3，4-二甲基苯胺硝化时，生成的二甲戊灵会进一步硝化，产生亚硝胺(N-亚硝基二甲戊灵)副产物(图3)，最高时可达20％以上。N-亚硝基二甲戊灵副产物不仅毒性高，诱突变，而且因其量大，导致硝化收率下降，严重影响生产成本，必须使其还原降解，因此，该工艺增加纯化精制工序。尽管纯化采用酸解和热裂两种方法脱除，但最终产品中仍有0．01％以上的残留。由于亚硝胺化合物对大多数哺乳动物有致癌作用，对二甲戊灵的生产、销售、使用都存在安全隐患。早在2000年，美国食品与医药管理局(FDA)就制定限制标准，规定进入美国的二甲戊灵原药中亚硝胺的含量不能超过135mg／kg。近年来，随着人们对食品安全重视，世界各国对二甲戊灵原药中亚硝胺的限制日趋严格，2008年，欧盟在原FDA标准的基础上，又将二甲戊灵原药中亚硝胺的含量规定为低于60mg／kg，这一标准现被世界各国认同，成为该产品世界贸易中常用标准。以3．4-二甲基硝基苯为起始原料的生产工艺无法在低成本下将亚硝胺含量降到规定值以下，生产和销售都受到影响，严重制约出口。同时，该工艺生产中硝化和精制二步工序产生大量酸性废水，该废水可生化性较差，难以治理降解，排放严重污染环境。因而，开发新的无亚硝胺副产物的合成工艺成为该产品研究的热点。目前现行的生产原理可以说是“先胺化，后硝化”工艺，按照有机化学基本理论，芳香胺在硝化过程中，必然会产生副产物N-亚硝基化合物；要避免N-亚硝胺化合物的产生，应当在硝基取代后再胺化，即“先硝化，后胺化”。因此，国内外都围绕着后胺化原理进行研究，采用的起始原料是3，4-二甲基卤代苯或3，4-二甲基苯酚(醚)。二：3，4-二甲基卤代苯路线采用3，4-二甲基卤代苯为起始原料的研究开始的比较早，反应步骤也少，生产工艺简单，反应经硝化、胺化后合成二甲戊灵(图4)。1975年．Aibe．W．L．等报道了一种采用3，4-二甲基氯苯为起始原料，经先硝化、后胺化制备二甲戊灵的方法，可彻底杜绝产品中N-亚硝胺的产生。1987年，Goryunov等采用3，4-二甲基氟苯为起始原料经先硝化、后胺化合成二甲戊灵的方法，同样杜绝了N-亚硝胺的产生。2010年，王军华等报道采用3，4-二甲基溴苯，经先硝化后胺化的方法，同样避免了N-亚硝胺问题。但是，原料3，4-二甲基卤代苯不易制备，来源是此路线的关键问题。目前3，4-二甲基卤代苯是通过邻二甲苯卤化制备，但得到的目标产物3，4-二甲基卤苯与异构体2，3-二甲基卤苯几乎等量，还有部分二卤代物，因此粗产品需要精制纯化，故成本较高。而且在硝化时，由于卤原子定位能力弱，硝基定位力强，硝化选择性差，二硝基物可生成三种异体；另外，卤原子对苯环钝化，二硝化需要使用混酸，产生的酸性废水量很大。三：3，4-二甲基苯酚(醚)路线以3，4-二甲基苯酚为起始原料的胺化法工艺也是一种无N亚硝胺产生的新合成方法。该路线反应主要以3，4-二甲基苯酚为原料，经硝化、甲基化、胺化反应，得到目标产物N-(1-乙基丙基)-2，6-二硝基-3，4-二甲基苯胺(图5)。然而该路线中中间体2，6-二硝基-3，4-二甲基苯酚的合成比较困难。众所周知，酚类在硝化时极易被氧化，形成粘稠油状物，难以分离，反应硝化选择性不高，使得其反应收率不高。1981年，LawrenceJ等采用60％浓硝酸直接硝化3，4-二甲基苯酚，获得的二硝化产物收率不足60％；1997年，Sarel等通过对上述方法进行改进，使二硝化收率提高到75％。1998年，萨比拉等提出采用ZnC1做催化剂，无机酸做辅助催化剂，在有机溶剂中可使二硝化收率达到90％。2003年，国内张之行等报道用二氯乙烷作溶剂，用盐酸稀释硝酸后硝化3，4-二甲基苯酚，二硝化收率也达到90％。对于第二步反应3，4-二甲基苯基烷基醚的制备，1998年，萨比拉等提出使用环氧乙烷进行烷基化，但收率不高。2003年，张之行等报道将3，4-二甲基苯酚与硫酸二甲酯进行烷基化，收率高，条件温和，但硫酸二甲酯毒性大，容易产生酸性废水，对环境不友好。2005年，Heravi等提出改用毒性较小的二甲硫醚，收率也很高，但二甲硫醚具有强烈的恶臭气味，令人难以忍受。2009年，徐振元等报道用3，4-二甲基溴苯与甲醇钠在高温高压下烷基化制备的方法，原料易得，收率较高，但反应条件苛刻，且原料3，4-二甲基溴苯昂贵，不易制备。综上所述，二甲戊灵作为世界上销量最大的选择性除草剂，其合成方法已经受到了广泛的研究与注意，这方面的研究丁作具有巨大潜在的应用前景。但目前经典的合成路线存在或多或少的缺陷：3，4-二甲基硝基苯路线产生毒性高的N一亚硝胺致癌物，该路线将被逐渐淘汰；3，4-二甲基卤苯和3，4-二甲基苯酚路线虽然能够解决N-亚硝胺问题，但3，4-二甲基卤苯路线原料来源复杂，3，4-二甲基苯酚硝化过程中容易氧化难于分离。目前为止，国内厂家仍以3，4-二甲基硝基苯路线为主生产二甲戊灵，产品出口亚非拉国家；不过也有厂家为了将二甲戊灵出口美国及欧盟，尝试着按3，4-二甲基苯酚路线进行小规模生产。相信随着研究工作的深入，更加有效的合成方法将会不断涌现。