格氏法制備甲基亞磷酸二乙酯工藝研究

唐先龍，齊 勇，張 宇

（安徽國星生物化學(xué)有限公司，安徽省雜環(huán)化學(xué)實驗室，安徽馬鞍山243100）

甲基亞磷酸二乙酯是一種重要的農(nóng)藥[1-2]、醫(yī)藥以及合成材料的有機化工中間體，農(nóng)藥生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用于合成有機磷類[3]農(nóng)藥，如烷基硫逐膦酸酯類殺蟲劑、滅生性除草劑草銨膦、殺螟松等。此外，它也可以用作合成阻燃劑、建筑材料等原料或添加劑。因而，甲基亞磷酸二乙酯是一種用途廣泛的精細(xì)有機化學(xué)品。

傳統(tǒng)的合成甲基亞磷酸二乙酯的路線有兩條：第一條是以甲亞膦酰二氯和無水乙醇為原料合成，該路線反應(yīng)條件苛刻，產(chǎn)品收率偏低，同時采用貴金屬作為催化劑，成本較高[4-5]；第二條是以氯代亞磷酸二乙酯和甲基氯化鎂格氏反應(yīng)合成[6]。

本文采用格氏法制備甲基亞磷酸二乙酯，并對反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，從而制備出高純度的甲基亞磷酸二乙酯。

1 實驗部分

1.1 主要原料

亞磷酸三乙酯、三氯化磷、六甲基磷酰三胺、鎂屑、四氫呋喃、I2、氯甲烷氣體、二乙二醇二甲醚（所用試劑均為市售分析純或化學(xué)純）。

1.2 合成原理

（1）氯代工段

（2）格氏工段

（3）取代工段

1.3 合成方法

1.3.1 氯代亞磷酸二乙酯的合成

在無水無氧氮氣保護(hù)條件下，準(zhǔn)確稱取69.7g 亞磷酸三乙酯，3.24 g 六甲基磷酰三胺放入雙層玻璃反應(yīng)釜中，開啟攪拌，冰機降溫，另外稱取28.7 g 三氯化磷放入恒壓滴液漏斗中，待釜中溫度降至0℃以下，開始滴加PCl3。待滴加完畢后，繼續(xù)保溫反應(yīng)一段時間，使之反應(yīng)完全，得到氯代亞磷酸二乙酯98 g，經(jīng)氣相色譜檢測氯代亞磷酸二乙酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94.5%，收率為94.5%（以三氯化磷計）。

1.3.2 甲基氯化鎂的合成

在無水無氧條件下，準(zhǔn)確稱取18 g 鎂屑，2 粒I2放入四口燒瓶中，并加入250 mL 四氫呋喃作為溶劑，在置換氮氣后，向燒瓶中通入氯甲烷氣體。大約30 min 后，反應(yīng)開始引發(fā)，待瓶中鎂屑完全溶解，反應(yīng)體系無明顯升溫時，反應(yīng)結(jié)束，得灰黑色甲基氯化鎂格氏試劑，測得濃度為3 mol/L。

1.3.3 甲基亞磷酸二乙酯的合成

向第一步氯代亞磷酸二乙酯反應(yīng)液中加入400 mL二乙二醇二甲醚做溶劑，并量取220 mL 第二步甲基氯化鎂格式試劑放入恒壓滴液漏斗中。待釜中溫度降到-20℃，開始滴加甲基氯化鎂，待滴加完畢，20℃保溫反應(yīng)1 h 后，常壓蒸餾除去200 mL 四氫呋喃。在進(jìn)行減壓精餾得到無色含有特殊氣味的甲基亞磷酸二乙酯74.5 g，經(jīng)氣相檢測質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.5%，收率92.1%（以氯代亞磷酸二乙酯計）。

2 結(jié)果與討論

為了提高甲基亞磷酸二乙酯（以下簡稱二酯）收率，實驗考查了原料配比、滴加溫度、溶劑用量和保溫時間對二酯收率的影響。

2.1 原料配比對二酯反應(yīng)收率的影響

由于第一步反應(yīng)的二氯和水解產(chǎn)物亞磷酸二乙酯會消耗部分甲基氯化鎂格式試劑，因此利用自制的3 mol/L 格式試劑需要過量，因此保持其他反應(yīng)條件不變，考查原料比對二酯收率的影響，結(jié)果如表1 所示。

表1 原料配比對二酯收率的影響

由表1 可知，當(dāng)一氯和甲基氯化鎂摩爾之比為1∶1.2 時，二酯的收率最高，產(chǎn)純度也較好。隨著原料比增加，收率無明顯增加。從節(jié)約成本角度考慮，最適原料比為1∶1.2。

2.2 溶劑用量對二酯反應(yīng)收率的影響

保持其他反應(yīng)條件不變，一氯和甲基氯化鎂摩爾之比為1∶1.2，改變?nèi)軇┯昧浚^察不同溶劑用量對二酯收率的影響，結(jié)果如表2 所示。

表2 溶劑用量對二酯收率的影響

由表2 可知，當(dāng)溶劑用量為400 mL 時，二酯的收率最高，純度也較好，隨著溶劑用量增加，收率無明顯提高，因此最適溶劑用量為400 mL。

2.3 滴加溫度對二酯反應(yīng)收率的影響

保持其他反應(yīng)條件不變，一氯和甲基氯化鎂摩爾之比為1∶1.2，溶劑用量為400 mL，改變滴加溫度，觀察不同滴加溫度對二酯收率的影響，結(jié)果如表3 所示。

由表3 可知，低溫對二酯生成有利，但溫度過低收率無明顯提高，當(dāng)?shù)渭訙囟葹?20℃時，二酯的收率最高，純度也較好，因此最適滴加溫度為-20℃。

表3 滴加溫度對二酯收率的影響

2.4 保溫時間對二酯反應(yīng)收率的影響

保持其他反應(yīng)條件不變，一氯和甲基氯化鎂摩爾之比為1∶1.2，溶劑用量為400 mL，滴加溫度為-20℃，改變保溫時間，觀察不同保溫時間對二酯收率的影響，結(jié)果如表4 所示。

表4 保溫時間對二酯收率的影響

由表4 可知，當(dāng)保溫時間為1 h 時，二酯的收率最高，隨著時間增加，收率無明顯提高，因此最適保溫時間為1 h。

3 結(jié)論

（1）格氏法以價廉易得的三氯化磷為起始原料，先經(jīng)歧化反應(yīng)制得中間體氯代亞磷酸二乙酯，再經(jīng)甲基化反應(yīng)制得目標(biāo)產(chǎn)物甲基亞磷酸二乙酯。實驗結(jié)果表明，甲基亞磷酸二乙酯合成最優(yōu)條件為：一氯和甲基氯化鎂摩爾之比為1∶1.2，溶劑用量為400 mL，滴加溫度為-20℃，保溫時間1 h。

（2）兩步反應(yīng)總收率可達(dá)87%，甲基亞磷酸二乙酯純度可達(dá)98.5%，并且采用二乙二醇二甲醚作為溶劑，方便回收套用，工藝較簡單。該法優(yōu)化后的合成產(chǎn)物純度高，收率高，是一條較為理想的工業(yè)化路線。