張先龍，史玉龍，李 寧，劉典典

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

3-（甲基甲氧基膦?；┍峒柞ナ且环N重要的有機農藥合成中間體，其最重要的用途是用于下游產品L-草銨膦的合成。該產品的合成方法國內外均有報道。本文針對該反應的強放熱特性，采用微反應器進行連續(xù)化加成的模擬，并對該過程的連續(xù)化反應工藝參數(shù)進行優(yōu)化。由于連續(xù)化反應的需要，在工藝開發(fā)設計過程中，對該工藝的動力學數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)性模擬研究，優(yōu)化工藝參數(shù)，以獲得最佳的合成條件，為其后續(xù)的實際生產應用提供參考。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

甲基亞磷酸二乙酯，99.5%，湖北洪湖一泰有限公司；丙烯酸甲酯，99.5%，成都科龍化工；其余藥品為AR級試劑。

G1 微反應器（美國Corning 公司）；ALC210.4 分析天平（德國sartorius）；高壓計量泵（江蘇hanbon 科技公司）；HC-G1-B 冷熱一體機（無錫冠亞）；GC-2014 氣相色譜儀（日本島津）；LC-16 液相色譜儀（日本島津）；SHZ-3 型水循環(huán)真空泵（河南鞏義市予華儀器設備有限公司）；RV10 數(shù)顯型旋轉蒸發(fā)儀（德國IKA）。

實驗過程以氣相色譜檢測，色譜條件為:SE-30 毛細管柱，檢測器溫度：260℃；進樣器溫度：260℃；柱溫：180℃恒溫。

1.2 3-（甲基甲氧基膦?；┍峒柞サ暮铣?/h3>

圖1 G1 微反應器實驗流程

以甲基亞磷酸二乙酯和丙烯酸甲酯為原料，甲醇為溶劑在微反應器中直接進行高壓邁克爾加成反應生成3-（甲基甲氧基膦?；┍峒柞?。按圖1 將微反應器模塊串聯(lián)連接后，將配制好的丙烯酸甲酯-甲醇溶液和甲基亞磷酸二乙酯分別和計量泵相連并接于微反應器上。先同時按比例進樣后調節(jié)背壓閥至反應器一定壓力后，系統(tǒng)逐漸升至設定溫度，原料甲基亞磷酸二乙酯和丙烯酸甲酯在甲醇環(huán)境中，在微反應器第一個模塊中開始預熱，發(fā)生加成反應并生成產物3-（甲基甲氧基膦?；┍峒柞?，并與甲醇溶劑混溶，直至最后一個模塊反應結束；反應液分別經過背壓閥、冷凝器收集。

通過分別調節(jié)原料的進料流速來控制物料反應的摩爾比和反應停留時間。待系統(tǒng)運行穩(wěn)定后收集出料液，GC 檢測反應液中原料和產物組分，并計算產品收率。

2 結果與討論

甲基亞磷酸二乙酯和丙烯酸甲酯的加成反應為均相反應，放熱量大，在常規(guī)釜式反應器中通常采用滴加的方式間歇操作，反應速率低，反應時間過長，控溫難。因此，本文擬改變反應壓力以提高反應物料沸點，以提高加成反應速率。微通道反應器具備較大的比傳熱面積，能夠實現(xiàn)物料的快速換熱并迅速反應生成產物。

本研究分別考查了反應溫度、反應壓力、物料摩爾比、溶劑用量、停留時間對反應的影響并優(yōu)化。

2.1 溫度對加成反應影響

n（丙烯酸甲酯）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）=1.05∶1，n（甲醇）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）=6∶1，壓力1 MPa，反應物料停留時間為110 s 的條件下，考查反應溫度對反應的影響，結果見表1。

表1 溫度對加成反應的影響

由表1 可見：隨著反應溫度的升高，甲基亞磷酸二乙酯的轉化率迅速提高，產物3-（甲基甲氧基膦?；┍峒柞サ倪x擇性均高于96%。40℃時甲基亞磷酸二乙酯的轉化率僅為22.4%，體系中反應溫度較低，原料在該溫度下的加成反應速率很低；60℃時反應速率迅速增加，至120℃時原料甲基亞磷酸二乙酯的轉化率達到99%以上，產品中幾乎無副產物?？紤]到反應溫度越高，能耗越高，且產物有高溫分解的潛在風險，因此，該反應的優(yōu)化反應溫度為120℃時，原料轉化率99.7%。

2.2 壓力對加成反應影響

在溫度60℃，n（丙烯酸甲酯）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）=1.05∶1，n（甲醇）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）=6∶1,反應物料停留時間110 s,考查反應壓力對反應的影響，結果見表2。

表2 壓力對加成反應的影響

由表2 可見：隨著反應壓力的增大，甲基亞磷酸二乙酯的轉化率增加非常明顯，產物3-（甲基甲氧基膦?；┍峒柞サ倪x擇性仍在范圍內波動。常壓下甲基亞磷酸二乙酯的轉化率僅為13.7%，原料加成反應速率非常慢；0.2 MPa 時反應速率即有明顯提高，待壓力為0.8 MPa 時，原料甲基亞磷酸二乙酯的轉化率即達到76%以上，產物選擇性達到96%左右?？紤]到反應壓力對能耗的影響較低，僅僅是對設備的要求增加，因此，為確保原料甲基亞磷酸二乙酯幾乎完全反應（提高原材料利用率，減少原料甲基亞磷酸二乙酯揮發(fā)對大氣環(huán)境的污染），優(yōu)化的反應壓力為1 MPa，轉化率為82.7%（考慮到低壓高溫條件下溶劑的氣化問題，此處未進行65℃以上的常壓加成反應，后期可在此壓力基礎上進行溫度的提高來驗證原料的轉化率情況）。

2.3 物料摩爾配比對加成反應影響

在溫度120℃，壓力1 MPa，n（甲醇）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）=6∶1，反應物料停留時間為110 s，考查n（丙烯酸甲酯）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）對反應的影響，結果見表3。

表3 物料配比對加成反應的影響

由表3 可知：隨著丙烯酸甲酯用量的增加，原料甲基亞磷酸二乙酯接觸丙烯酸甲酯的幾率增大，原料轉化反應能力增強。當n（丙烯酸甲酯）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）=1∶1 時，甲基亞磷酸二乙酯的轉化率約96%；隨著丙烯酸甲酯用量的不斷增加，甲基亞磷酸二乙酯轉化率可逐漸增大至99.7%以上。提高原料中丙烯酸甲酯的摩爾比可以促進甲基亞磷酸二乙酯的完全轉化，但過高的丙烯酸甲酯會帶來反應液中雜質的增加以及成本的增大，不利于工業(yè)化。綜合考慮，優(yōu)化的原料摩爾比為n（丙烯酸甲酯）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）=1.05∶1。

2.4 溶劑對加成反應的影響

在溫度60℃，壓力1 MPa，n（丙烯酸甲酯）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）=1.05∶1，反應物料停留時間為110 s 的條件下，考查n（甲醇）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）對反應的影響，結果見表4。

表4 溶劑用量對加成反應的影響

由表4 可知：甲醇的存在不僅是作為該反應體系的溶劑起稀釋作用，還起到為邁克爾加成反應提供質子氫的作用。當甲醇為當量添加時，邁克爾加成反應結束后無法輕易地就近得到甲醇的質子氫從而發(fā)生副反應，影響產物的生成，選擇性低。當溶劑用量不斷增加時，邁克爾加成中間產物很容易得到就近的甲醇質子氫從而生成產物。而隨著甲醇的進一步增多，原料在溶劑中的濃度降低，溶劑效應增強，反應轉化率減小。因此，綜合考慮優(yōu)化的n（甲醇）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）為6∶1。

2.5 停留時間對加成反應影響

在溫度60℃，壓力1 MPa，n（丙烯酸甲酯）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）=1.05∶1；n（甲醇）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）=6∶1 的條件下，考查反應物料停留時間對反應的影響，結果見表5。

表5 停留時間對加成反應的影響

甲基亞磷酸二乙酯和丙烯酸甲酯的加成反應是均相連續(xù)化反應，因此，在反應釜的基礎上提高甲基亞磷酸二乙酯的轉化率除了提高反應溫度、反應壓力外，另一個重要的參數(shù)就是延長反應液在加成溫度下的停留時間。由表5 可見：在停留時間30 s 時，甲基亞磷酸二乙酯的轉化率為48.1%；隨著停留時間的延長，甲基亞磷酸二乙酯的轉化率迅速提高并趨于平衡；停留時間120 s 以上時，甲基亞磷酸二乙酯的轉化率可達到99.5%以上，且加成反應過程中幾乎無副反應發(fā)生。因此，綜合考慮優(yōu)化的停留時間為120 s。

3 結論

（1）以甲基亞磷酸二乙酯和丙烯酸甲酯為原料，在微通道反應器中研究了除草劑L-草銨膦中間體3-（甲基甲氧基膦?；┍峒柞サ倪B續(xù)化合成工藝，為該技術間歇生產的連續(xù)化改進及應用提供了參考。

（2）優(yōu)化了微通道反應器中連續(xù)合成L-草銨膦中間體3-（甲基甲氧基膦?；┍峒柞サ墓に嚄l件：溫度120℃，壓力1 MPa，n（丙烯酸甲酯）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）=1.05∶1，n（甲醇）∶n（甲基亞磷酸二乙酯）=6∶1，反應物料停留時間為120 s，原料甲基亞磷酸二乙酯轉化率99.5%以上，產物3-（甲基甲氧基膦酰基）丙酸甲酯的選擇性96%以上。