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2秒! 一種有機膦類殺菌劑的綠色連續合成!

更新時間:2022-05-19      點擊次數:1892

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背景介紹


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

 

據文獻及Patent報道,合成三乙膦酸鋁原藥的方法是以PCl₃、乙醇為(wei) 原料,經酯化反應製得亞(ya) 磷酸二乙酯(簡稱DEP)。DEP和氨水通過胺化反應生成亞(ya) 磷酸二乙基銨鹽,然後與(yu) 硫酸鋁進行複分解反應得到。目前市場報道產(chan) 品總收率最高為(wei) 95%,含量為(wei) 98%。

 

傳(chuan) 統釜式工藝,具有諸多問題:

【危險】由於(yu) 酯化反應放熱劇烈,易造成局部過熱或係統飛溫現象,存在反應失控風險;

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

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

【三廢】原料的不充分反應造成三廢排放量大,給環保處理造成困難,亦不利於(yu) 綠色清潔化生產(chan) 。

 

以米兰体育(中文)官网為(wei) 代表的連續流微通道反應器,通過對傳(chuan) 質與(yu) 傳(chuan) 熱過程進行強化,大幅縮短了反應時間,提高了反應效率。同時顯著提高了體(ti) 係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物濃度過大的問題,降低了副反應的發生,提升反應的本質安全性。

 

本篇文章將為(wei) 您介紹研究者重點利用米兰体育(中文)官网技術在傳(chuan) 質和傳(chuan) 熱方麵的優(you) 勢,開發出的條件溫和、反應高效、轉化率高、適宜工業(ye) 化生產(chan) 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

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圖1.三乙膦酸鋁合成路線

  1. 連續流微通道反應器中合成中間體(ti) 1

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圖2. 中間體(ti) 1的合成過程圖


【編者語】米兰体育(中文)官网較釜式反應器具有百倍的傳(chuan) 質提升和千倍的傳(chuan) 熱提升,反應物反應*,並且可以快速將反應生成中間體(ti) 1移出反應體(ti) 係,極大降低其分解產(chan) 生副產(chan) 物的可能性。


 2. 連續流微通道反應器中合成中間體(ti) 2

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圖3.  中間體(ti) 2的合成過程圖


編者語】康寧反應器可以實現對物料的精準控製,結合高效傳(chuan) 質和傳(chuan) 熱特性,反應物可按照最佳反應比例實現高效反應,大大提高反應轉化率的同時減少物料的浪費及三廢的產(chan) 生

 

 3. 三乙膦酸鋁產(chan) 品的合成

向中間體(ti) 2中滴加濃硫酸調節pH至5.5,加入0.17mol硫酸鋁,於(yu) 80℃保溫反應1 h,降溫至20℃以下抽濾,濾餅淋洗、幹燥後得三乙膦酸鋁為(wei) 117.6g,純度為(wei) 98.8%,產(chan) 品總收率為(wei) 98.5%,較釜式提高3.5個(ge) 百分點。

 

二. 連續流工藝優(you) 化

 

1. 反應停留時間的優(you) 化

1.1 中間體(ti) 1反應停留時間的優(you) 化

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

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圖4. 停留時間對中間體(ti) 1含量的影響

 

從(cong) 圖4可以看出,在微通道反應器中,PCl₃和無水乙醇的反應速率大幅提高,數秒內(nei) 即可完成反應。隨著反應停留時間的延長,中間體(ti) 1的含量逐漸降低。優(you) 選反應停留時間為(wei) 2s。


1.2中間體(ti) 2反應停留時間的優(you) 化

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

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圖5. 停留時間對中間體(ti) 2含量的影響

 

從(cong) 圖5可以看出,在微通道反應器中,中間體(ti) 2在10s時轉化率即可達到*,合成時間從(cong) 6~9 h縮短至秒級單位內(nei) ,從(cong) 生產(chan) 效率和能耗角度考慮,中間體(ti) 2的合成優(you) 選反應停留時間為(wei) 10s。

 

2. 反應溫度的優(you) 化

分別采用的1.1和1.2微通道反應係統和優(you) 化的反應停留時間,研究了反應溫度對中間體(ti) 1含量和中間體(ti) 2轉化率的影響。

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最終中間體(ti) 1優(you) 選反應溫度為(wei) 20℃,中間體(ti) 2選擇反應溫度為(wei) 35℃。

 

研究結果

  • 采用連續流微反應技術,在反應溫度為(wei) 20℃,反應停留時間2s時合成中間體(ti) 1;

  • 反應溫度為(wei) 35℃,反應停留時間10s時合成中間體(ti) 2,經複分解反應得到三乙膦酸鋁,產(chan) 品純度和收率均達到98%以上。

  • 該連續流工藝與(yu) 傳(chuan) 統釜式工藝相比,速度更快,轉化率更高,顯著降低了副反應的發生,同時提升了安全性,符合綠色化工的發展方向。

  • 米兰体育(中文)官网無縫放大的技術優(you) 勢,有助於(yu) 幫助企業(ye) 快速實現工業(ye) 化生產(chan) ,減少中試的時間和資金成本。