殺蟲單生產(chǎn)工藝優(yōu)化

鄭明奎

(中鹽安徽紅四方股份有限公司，合肥 231602)

人工合成沙蠶毒素(nereistoxim)類殺蟲劑殺蟲雙(thiosultap-disodium)和殺蟲單(monosultap 或thiosultapmonosodium)是我國自主研究開發(fā)的農(nóng)藥品種，此類農(nóng)藥還有日本的殺螟丹(carsultap)、殺蟲磺(bensultap)和歐洲的殺蟲環(huán)(thiocyclam)共5 個品種(圖1)。作為前體農(nóng)藥，沙蠶毒素類殺蟲劑經(jīng)昆蟲吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)樯承Q毒素，低濃度條件下為興奮劑，高濃度條件下為通道阻礙劑，它們主要作用于煙堿乙酰膽堿酯酶受體，阻斷神經(jīng)信號正常傳遞發(fā)揮殺蟲作用，與有機磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑無交互抗性[1]。沙蠶毒素類殺蟲劑具有胃毒、觸殺、內(nèi)吸傳導(dǎo)作用，且殺蟲譜和作用特點不盡相同，各具特色，可有效防治水稻、蔬菜等作物上的鱗翅目和鞘翅目等多種害蟲。

圖1 沙蠶毒素類殺蟲劑

殺蟲雙和殺蟲單作為沙蠶毒素類殺蟲劑，理化性質(zhì)、防治譜、應(yīng)用領(lǐng)域、使用方法、環(huán)境相容性各具特色。殺蟲雙純品為白色結(jié)晶，工業(yè)品多為褐色或紅棕色水溶液，具有特殊臭味。殺蟲雙易吸水潮解，含有異構(gòu)體和鈉鹽等雜質(zhì)，有效成分含量低，其制劑產(chǎn)品為水劑，儲存、運輸不便，為此，基于殺蟲雙開發(fā)了殺蟲單。

殺蟲單純品為白色結(jié)晶，工業(yè)品為無定形粒狀固體。殺蟲雙原液經(jīng)鹽酸酸化、結(jié)晶等分離處理可得到純度95%以上殺蟲單。殺蟲單生產(chǎn)工藝包括胺化反應(yīng)合成二甲胺基丙烯、氯化反應(yīng)合成氯化物鹽酸鹽水溶液、磺化反應(yīng)合成殺蟲雙、殺蟲雙酸化反應(yīng)合成殺蟲單[2-5]。基于生產(chǎn)成本及企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模等限制，以往大部分廠家主要依靠水法磺化、殺蟲雙結(jié)晶分離生產(chǎn)殺蟲單原粉。水法磺化收率80%～85%，殺蟲單含量90%～92%。為獲得95%以上殺蟲單，滿足市場高純殺蟲單原粉需求，通過對影響殺蟲單生產(chǎn)收率和含量的因素進行分析，優(yōu)化了殺蟲單生產(chǎn)磺化工藝原料氯化物鹽酸鹽處理及其殺蟲單生產(chǎn)磺化工藝。

1 實驗部分

1.1 合成路線

殺蟲單生產(chǎn)工藝包括胺化反應(yīng)、氯化反應(yīng)、磺化反應(yīng)、殺蟲雙酸化反應(yīng)，原理如下：

胺化反應(yīng)：

氯化反應(yīng)：

磺化反應(yīng)：

殺蟲雙酸化反應(yīng)：

1.2 材料與方法

1.2.1 儀器與試劑

LC-16 高效液相色譜儀(日本島津)；DC-0506低溫恒溫槽、DW-3 強力攪拌器、SHB-Ⅲ循環(huán)水真空泵、DZF-605 真空干燥箱(鞏義市予華儀器)；SKM型數(shù)顯恒溫電熱套(南京于凱儀器)。

甲醇(99%)、鹽酸(30%～31%)、磷酸(80%)、氫氧化鈉(96%)、硫代硫酸鈉(98%)，以上試劑均為工業(yè)品；殺蟲45%～55%氯化物水溶液(取自生產(chǎn)樣配制)；(99±0.5)%殺蟲單標準品[國家農(nóng)藥質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(沈陽)]。

1.2.2 殺蟲單的合成

參考文獻[2-5]合成殺蟲單。

磺化裝置中加入50%氯化物鹽酸鹽水溶液385.00 g(1.00 mol)，于5～10 ℃并攪拌條件下，緩慢滴加30%氫氧化鈉溶液至反應(yīng)混合物pH 約6.8。加入甲醇202.60 g(甲醇∶氯化物鹽酸鹽=1.00∶0.95)、硫代硫酸鈉511.60 g(2.02 mol)，升溫至50 ℃攪拌1.0～1.5 h 后，再升溫至(78±5)℃攪拌2.5～3.0 h。回收溶劑重復(fù)利用后，降溫至35 ℃，過濾去除鹽晶體，滴加混酸(鹽酸∶磷酸體積比1∶1)至磺化反應(yīng)液pH為5.5～6.5，加入適量殺蟲單晶種，0～5 ℃條件下攪拌結(jié)晶16～20 h 后，過濾得殺蟲單濕粉和結(jié)晶母液。濕粉經(jīng)干燥處理得殺蟲單成品干粉147.07 g，純度≥95%(HPLC)，結(jié)晶母液用30%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH后加入水配制為18%或29%殺蟲雙水劑成品。

2 結(jié)果與分析

影響殺蟲單因素很多，參考1.2.2 方法，主要討論磺化反應(yīng)原料氯化物鹽酸鹽溶液中氯化物含量、氯化物鹽酸鹽溶液中溶劑殘留量和磺化反應(yīng)介質(zhì)種類、反應(yīng)溫度對殺蟲單合成的影響，且磺化反應(yīng)起始原料氯化物鹽酸鹽溶液是討論重點。

2.1 氯化物鹽酸鹽溶液中氯化物含量對殺蟲單收率的影響

參考1.2.2 方法，改變氯化物含量分別為45%、50%、55%合成殺蟲單，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磺化反應(yīng)原料氯化物鹽酸鹽溶液中氯化物含量對殺蟲單合成有重要影響，結(jié)果見表1。隨著氯化物含量的上升，殺蟲單純度先增加后下降；殺蟲單收率總體呈現(xiàn)下降趨勢，但下降不明顯；出粉率一直增加。因此，磺化反應(yīng)起始原料氯化物鹽酸鹽溶液中氯化物含量控制在50%～55%，可以確保殺蟲單含量＞95%，收率＞80%，出粉率＞50%。

表1 氯化物鹽酸鹽溶液中氯化物含量對殺蟲單合成的影響

2.2 氯化物鹽酸鹽溶液中溶劑殘留量對殺蟲單收率的影響及其溶劑殘留量控制

參考1.2.2 方法，改變氯化物鹽酸鹽溶液中溶劑二氯乙烷殘留量合成殺蟲單，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磺化反應(yīng)起始原料氯化物鹽酸鹽溶液中二氯乙烷殘留量對殺蟲單合成有重要影響，結(jié)果見表2。隨著二氯乙烷殘留量增加，殺蟲單純度下降；殺蟲單收率的變化趨勢和變化幅度不明顯；出粉率變化也不明顯。因此，磺化反應(yīng)起始原料氯化物鹽酸鹽溶液中二氯乙烷殘留量對殺蟲單純度有重要影響，控制二氯乙烷殘留量≤0.5%，可以確保殺蟲單含量＞95%，收率＞80%，出粉率＞50%。

表2 氯化物鹽酸鹽溶液中二氯乙烷殘留量對殺蟲單合成的影響

為有效控制氯化物鹽酸鹽溶液中二氯乙烷殘留量≤0.5%，可于80～85 ℃高溫條件下通過二氯乙烷與水共沸脫除二氯乙烷至其殘留量≤0.5%，或于65～70 ℃低溫條件下減壓至0.085～0.095 MPa 脫除二氯乙烷至其殘留量≤0.5%。但基于低溫法更利于殺蟲單合成，此條件下，氯化物分解率3.1%，殺蟲單收率83.1%，出粉率50.1%，殺蟲單含量95.8%；高溫法條件下，氯化物分解率8.8%，殺蟲單收率81.2%，出粉率46.3%，殺蟲單含量92.4%。

2.3 反應(yīng)介質(zhì)種類對殺蟲單生產(chǎn)磺化工藝的影響

參考1.2.2 方法，分別選擇乙酸乙酯、環(huán)己酮、乙醇、水、甲醇作為溶劑介質(zhì)合成殺蟲單，結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶劑介質(zhì)種類對殺蟲單合成磺化工藝有重要影響。水、甲醇和乙醇等水溶性溶劑顯著優(yōu)于乙酸乙酯和環(huán)己酮等非水溶性溶劑。綜合反應(yīng)選擇性、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和殺蟲單收率等指標，乙醇、水、甲醇3 種介質(zhì)中，甲醇是最優(yōu)選擇，以甲醇為殺蟲單生產(chǎn)磺化工藝反應(yīng)介質(zhì)，殺蟲單收率可高達90.7%，明顯高于乙醇為介質(zhì)時收率(84.3%)和水為介質(zhì)時收率(85.0%)，且甲醇便利有效回收重復(fù)利用，因此殺蟲單生產(chǎn)磺化工藝反應(yīng)介質(zhì)選擇甲醇適宜。

2.4 溫度對殺蟲單生產(chǎn)磺化工藝的影響

參考1.2.2 方法，改變磺化溫度合成殺蟲單，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磺化溫度對殺蟲單合成磺化工藝有重要影響。磺化反應(yīng)為強放熱反應(yīng)。溫度高有利于磺化反應(yīng)，在120～150 r/min 攪拌條件下，控制初始磺化溫度45～50 ℃，磺化溫度75～78 ℃，總磺化反應(yīng)時間3.5～4.0 h，可以確保殺蟲單收率＞88%。

殺蟲單原粉易吸潮結(jié)塊，可以通過添加0.2～0.4 g/L防結(jié)塊劑有效解決這個問題，保證殺蟲單產(chǎn)品性能。為滿足有的國家對殺蟲單產(chǎn)品進口要求，在生產(chǎn)制備殺蟲單過程中，通常還需要增設(shè)一道染色工藝，基于殺蟲單易溶于水但不溶于有機溶劑的性質(zhì)，可以嘗試通過干粉染色或濕粉染色的方法。

3 結(jié)論

殺蟲單作為重要殺蟲劑產(chǎn)品之一，在害蟲防治領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。為滿足市場高純殺蟲單原粉需求，通過分析影響殺蟲單生產(chǎn)收率和含量因素，優(yōu)化了殺蟲單生產(chǎn)磺化工藝。基于高溫條件下共沸或低溫條件下減壓控制殺蟲單生產(chǎn)磺化工藝原料氯化物鹽酸鹽水溶液中二氯乙烷溶劑殘留量≤0.5%，氯化物含量50%～55%，以甲醇為反應(yīng)介質(zhì)，優(yōu)化條件下可以獲得高純(≥95%)殺蟲單原粉，收率高達88%。此殺蟲單生產(chǎn)優(yōu)化工藝具有企業(yè)生產(chǎn)推廣應(yīng)用價值。