高效手性除草剂氰氟草酯清洁生产技术

陈宝明，罗世英，韦自强，叶 茂，李俊卿

（江苏丰山集团股份有限公司，江苏大丰 224145）

随着公众对生态环境和食品安全的关注度日益增加，农业部提出到2020年实现化肥农药“零增长”的战略目标。农药产品的发展目标是高效、安全、经济和环境友好的新品种。高活性手性除草剂氰氟草酯（图1）具有药效高、用量少、三废少、对环境生态安全等特点，符合当前发展趋势，越来越受到关注和重视。

氰氟草酯是芳氧苯氧丙酸类除草剂中唯一对水稻（移栽和直播）具有高度安全性的品种，对水稻等具有较高的选择性。在水稻体内，氰氟草酯可被迅速降解为对乙酰辅酶A羧化酶无活性的二酸态，因而对水稻具有高度的安全性。该剂可在土壤中和典型的稻田水中迅速降解，故对后茬作物安全。氰氟草酯主要用于防除重要的禾本科杂草，不仅对各种稗草（包括大龄稗草）高效，还可防除千金子、马唐、双穗雀稗、狗尾草、牛筋草和看麦娘等。

图1 氰氟草酯的结构式

通过对氰氟草酯结构及其合成原理分析，发现其手性中间体(R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸的合成至关重要。该中间体的常规合成工艺存在三废量大、收率低等问题，经过大量的试验研究开发出高选择性、低污染的绿色工艺，工艺路线如图2所示。

反应以D-乳酸甲酯为起始原料，经氯化和醚化反应制得(R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸（图2），通过优化2-氯丙酸甲酯与对苯二酚的投料比，提高反应选择性，减少副反应双接物及其他杂质的产生，简化了后处理操作；醚化反应后，独创开发了对二苯酚回收以及套用工艺，通过降低原材料的消耗降低了成本，充分实现了绿色环保。

在氰氟草酯工艺开发过程中，探索了多种工艺方案，不但优化了常规醚化、酯化工艺方案，还结合了脂肪酶催化酯化方案，充分体现了清洁生产工艺的开发应用。

（1）醚化工艺优化

(R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸与3,4-二氟苯腈在无机碱作为缚酸剂，有机碱作为催化剂，同时加入相转移催化剂的条件下，发生醚化反应生成中间体(R)-2-[4-(2-氟-4-腈基)-苯氧基]丙酸（图 3）。其中，相转移催化剂选自四丁基溴化铵、三乙基卞胺中的一种。这一反应体系有效地将醚化反应的温度由110℃降至80℃，减少了能耗，降低了成本，提高了产品的收率，且化合物完全保持手性，光学纯度大于99%。

图2 中间体(R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸的绿色合成工艺

图3 合成氰氟草酯路线中的醚化反应

（2）酯化工艺优化

该酯化反应的催化剂可为质子酸或生物酶。其中，质子酸催化剂可为硫酸、盐酸、硝酸、对甲苯磺酸和磷酸中的一种，以环境友好的烷烃类或酮类非质子性有机溶剂作为脱水剂，有效降低了副产物的含量，高选择性的生成氰氟草酯，两步反应总收率可达到94%，所得化合物光学纯度大于99%（图4）。该合成反应可省去产品的精制操作，减少三废排放量，有利于保护环境，是绿色环保的化学工艺。

图4 合成氰氟草酯路线中的酯化反应

为了提高生物酶即脂肪酶催化酯化反应生成氰氟草酯的效率，开发了2种固定脂肪酶用于酯化反应的技术。一种采用嵌段聚合物胶束固定脂肪酶，固定化后的脂肪酶活性在95%以上，重复使用5次后，活性仍在90%以上，用其催化酯化反应合成氰氟草酯，两步的总收率可达到96%，生成物光学纯度大于99%。另一种采用聚（甲基丙烯酸-衣康酸）改性膜固定脂肪酶，固定化后的脂肪酶活性在94%以上，重复使用5次后，活性仍在90%以上，用其催化酯化反应合成氰氟草酯，两步的总收率可达到95%，生成物光学纯度大于99%。该技术降低了反应的温度，使酯化反应可以在常温下进行，减少了能耗，提高了反应产率，且生成化合物依旧保持较高的光学纯度，此合成路线是绿色清洁的生产工艺。