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 001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135 mg/ 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60 mg/ 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 34-二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， Lawrence J 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 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。