一种制备丁丙硫脲的方法与流程

1.本发明属于丁丙硫脲合成技术领域，具体涉及一种制备丁丙硫脲的方法。


背景技术：

2.丁丙硫脲，全称1-异丙基-3-叔丁基硫脲，是一种合成农药噻嗪酮的关键中间体。噻嗪酮，又名扑虱灵，20世纪80年代由日本农药公司研制出，是一种能够对水稻飞虱、叶蝉类，茶叶小叶蝉、柑橘矢尖蚧等害虫的进行有效防治的杀虫剂。杀虫剂扑虱灵的应用及需求与农业经济发展高度相关，尤其与水稻等作物种植行业的发展相关。目前，我国扑虱灵产品主要出口到泰国、新加坡、马来西亚、越南、缅甸等地区，这些地区大多是农业经济发达、水稻种植面积大的地区，且这些国家灰飞虱、稻飞虱等害虫灾害发生较多，对杀虫剂需求较多。
3.丁丙硫脲的合成是以硫氰酸铵为原料与叔丁醇在盐酸存在下反应得到叔丁基硫氰酸酯与叔丁基异氰酸酯的混合物(简称混酯)，经转位得到异硫氰叔丁酯(简称异酯)，再与异丙胺反应，得到丁丙硫脲。传统的生产制备方式，大多采用间歇生产过程，(1)操作步骤复杂，收率损失高(2)混合及反应的传热传质效率低，生产时间长，不易控制；(3)生产人员与物料、装备无法实现隔离，增加了生产过程安全隐患。


技术实现要素：

4.发明目的：为了解决现有技术存在问题，本发明提供了一种制备丁丙硫脲的方法，该方法提高了现有工艺的传热传质效率，为丁丙硫脲的制备提供了一套安全、高效、节能的解决方案。
5.技术方案：为了达到上述发明问题，本发明采取的技术方案如下：
6.一种微流场反应技术制备丁丙硫脲的方法，包括以下步骤：
7.(1)将叔丁醇和硫氰酸铵用水溶解混合，得到均相溶液a；
8.(2)将均相溶液a与盐酸溶液同时泵入微反应器&萃取装置i中，进行反应和萃取，收集有机相液体，即为叔丁基硫氰酸酯和叔丁基异硫氰酸酯混合物，简称为混酯；
9.(3)将所得混酯泵入固载有催化剂的微反应器ⅱ中，反应，收集流出液体，即为叔丁基异硫氰酸酯，简称为异酯；
10.(4)将所得异酯溶于第一有机溶剂中，得到均相溶液b；将异丙胺溶解于第二有机溶剂中，得到均相溶液c；
11.(5)将均相溶液b和均相溶液c分别同时泵入微反应器iii中，反应，收集流出液体，后处理，即得到丁丙硫脲。
12.优选的，步骤(1)中，所述均相溶液a中，硫氰酸铵和叔丁醇的摩尔比控制在1:0.8～1.5，硫氰酸铵与水的质量比为1:1.0～3.0。
13.优选的，步骤(2)中，硫氰酸铵和盐酸中氯化氢的反应摩尔比控制在1:0.8～1.5，反应摩尔比由均相溶液a和盐酸溶液泵入微反应器&萃取装置i的流速比控制。
14.优选的，步骤(2)中，所述微反应器&萃取装置i为微流场反应器和微流场萃取装置串联所形成的一体化连续的微流控平台；在微流场反应器中反应温度为60～110℃，反应停留时间为1～15min；在微流场萃取装置中萃取停留时间为1～5min。
15.优选的，步骤(3)中，所述微反应器ⅱ的内壁或内部构件中已固载有催化剂，所述催化剂选自氯化锌，反应温度为40～90℃，反应停留时间为1～15min。
16.优选的，步骤(4)中，所述第一有机溶剂和第二有机溶剂均为能够溶解丁丙硫脲、异酯和异丙胺的有机溶剂，并且该溶剂不会与上述三种物质发生反应。
17.优选的，步骤(5)中，所述异酯和异丙胺的反应摩尔比控制在1:1.0～1.5，反应摩尔比由均相溶液b和均相溶液c泵入微反应器iii的流速比控制。
18.优选的，步骤(5)中，所述反应的温度为0～100℃，反应停留时间为1～15min。
19.优选的，步骤(5)中，后处理过程包括但不限于蒸发干燥、重结晶和/或打浆纯化等操作。
20.优选的，步骤(2)中，萃取后所得水相经酸碱中和，蒸馏等手段进行回收，并用于步骤(1)中溶解操作；步骤(5)中，后处理过程中蒸发干燥所得含有异丙胺的有机溶液，可以用于步骤(4)中溶解异丙胺，反应液后处理过程采用乙醇进行重结晶，蒸发干燥产物后，重结晶所使用的乙醇可进行回收利用，从而实现循环利用。
21.有益效果：与现有技术相比，本发明基于微尺度下流动可控及高效混合传递的微化工技术，具备高效传热传质的特性。通过微化工技术改进工艺流程，可提高反应速率和传热传质效率，具体表现在能显著提高第一步酯化反应及后处理分离过程的传质效果，以及第三步强放热反应中能够高效稳定地控制反应温度和反应压力。通过微流场反应技术实现了丁丙硫脲的连续化生产，该工艺可提高生产流程的自动化控制程度，简化生产操作流程，提高了生产安全性。
附图说明
22.图1为本发明丁丙硫脲工艺流程简图。
23.图2为本发明微流场反应&萃取装置简图。
24.图3为本发明实施例1所得丁丙硫脲1hnmr图。
25.图4为本发明实施例1所得叔丁基异硫氰酸酯1hnmr图。
具体实施方式
26.下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
27.本发明方法反应式如下：
[0028][0029]
实施例1
[0030]
将16.3g(0.22mol)叔丁醇和15.2g(0.2mol)硫氰酸铵溶解于19g水中，得到均相溶液，即配即用。取所配溶液和20％盐酸溶液通过高压注射泵，泵入微反应器中，叔丁醇-硫氰酸铵溶液与盐酸的流速比为3:2，将反应液在85℃下进行反应，调节反应器出口压力使反应液在反应体系内稳定流动，反应停留时间为10分钟，流出液体进入微流场萃取装置中，停留3分钟后经膜分离器分离出水相和有机相，有机相即为混酯；将混酯以0.75ml/min泵入固载有氯化锌的微反应器，反应温度为65℃，停留5分钟；接取得到的样品即为异酯，所得异酯质量为22.1g,收率为95.92％；将22.1g(0.192mol)异酯通过40g二氯甲烷溶解，将12g(0.2mol)异丙胺使用77.5g二氯甲烷溶解，所配两种溶液泵入微反应器中，控制异酯和异丙胺两相流速比为2:3，反应温度为50℃，停留时间为2min，收集流出液体并蒸发干燥得到白色固体即为丁丙硫脲粗品，丁丙硫脲粗品经乙醇重结晶后，烘干即可得到丁丙硫脲纯品，质量为32.28g，单步收率为96.47％，总收率即为92.60％。
[0031]
实施例2
[0032]
将14.8g(0.2mol)叔丁醇和15.2g(0.22mol)硫氰酸铵溶解于19g水中，得到均相溶液，即配即用。取所配溶液和20％盐酸溶液通过高压注射泵，泵入微反应器中，叔丁醇-硫氰酸铵溶液与盐酸的流速比为3:2，将反应液在85℃下进行反应，调节反应器出口压力使反应液在反应体系内稳定流动，反应停留时间为10分钟，流出液体进入微流场萃取装置中，停留3分钟后经膜分离器分离出水相和有机相，有机相即为混酯，但膜分离器中有少量固体吸附；将混酯泵入固载有氯化锌的微反应器，反应温度为65℃，停留5分钟；接取得到的样品即为异酯，所得异酯质量为21.3g,收率为92.45％；将21.3g(0.185mol)异酯通过40g二氯甲烷溶解，将12g(0.2mol)异丙胺使用77.5g二氯甲烷溶解，所配两种溶液泵入微反应器中，控制异酯和异丙胺两相流速比为2:3，反应温度为50℃，停留时间为2min，收集流出液体并蒸发干燥得到白色固体即为丁丙硫脲粗品，丁丙硫脲粗品经乙醇重结晶后，烘干即可得到丁丙硫脲纯品，质量为31.12g，单步收率为96.50％，总收率即为89.26％
[0033]
实施例3
[0034]
将16.3g(0.22mol)叔丁醇和15.2g(0.2mol)硫氰酸铵溶解于19g水中，得到均相溶液，即配即用。取所配溶液和20％盐酸溶液通过高压注射泵，泵入微反应器中，叔丁醇-硫氰
酸铵溶液与盐酸的流速比为3:2，将反应液在75℃下进行反应，反应停留时间为10分钟，流出液体进入微流场萃取装置中，停留3分钟后经膜分离器分离出水相和有机相，有机相即为混酯；将混酯泵入固载有氯化锌的微反应器，反应温度为65℃，停留5分钟；接取得到的样品即为异酯，所得异酯质量为21.6g,收率为93.75％；将21.6g(0.188mol)异酯通过40g二氯甲烷溶解，将12g(0.2mol)异丙胺使用77.5g二氯甲烷溶解，所配两种溶液泵入微反应器中，控制异酯和异丙胺两相流速比为2:3，反应温度为50℃，停留时间为2min，收集流出液体并蒸发干燥得到白色固体即为丁丙硫脲粗品，丁丙硫脲粗品经乙醇重结晶后，烘干即可得到丁丙硫脲纯品，质量为31.54g，单步收率为96.25％，总收率即为90.47％
[0035]
实施例4
[0036]
将16.3g(0.22mol)叔丁醇和15.2g(0.2mol)硫氰酸铵溶解于19g水中，得到均相溶液，即配即用。取所配溶液和20％盐酸溶液通过高压注射泵，泵入微反应器中，叔丁醇-硫氰酸铵溶液与盐酸的流速比为3:2，将反应液在85℃下进行反应，调节反应器出口压力使反应液在反应体系内稳定流动，反应停留时间为10分钟，流出液体进入微流场萃取装置中，停留3分钟后经膜分离器分离出水相和有机相，有机相即为混酯；将混酯泵入固载有氯化锌的微反应器，反应温度为65℃，停留5分钟；接取得到的样品即为异酯，所得异酯质量为21.9g,收率为95.05％；将21.9g(0.19mol)异酯通过40g二氯甲烷溶解，将12g(0.2mol)异丙胺使用77.5g二氯甲烷溶解，所配两种溶液泵入微反应器中，控制异酯和异丙胺两相流速比为2:3，反应温度为30℃，停留时间为2min，收集流出液体并蒸发干燥得到白色固体即为丁丙硫脲粗品，丁丙硫脲粗品经乙醇重结晶后，烘干即可得到丁丙硫脲纯品，质量为25.48g，单步收率为76.93％，总收率即为73.09％
[0037]
实施例5
[0038]
本实施例与实施例1的差别仅在于该反应搭建了简易的连续化的装置对实施例1进行放大实验。以质量比硫氰酸铵：水＝4:5的比例配制硫氰酸铵溶液，将叔丁醇与配制好的硫氰酸铵溶液以1:2.7的流速比泵入微混合器中，得到摩尔比为硫氰酸铵：叔丁醇＝1:1.1的溶液，该溶液与20％盐酸以3:2的流速比直接被泵入微反应器中，反应温度为85℃，反应停留时间为10分钟，出口处流出液体进入微流场萃取装置，流出的有机相即为混酯，混酯沿管道泵入固载氯化锌的微反应器，反应温度控制在65℃，反应停留时间为5min，出口流出液体即为异酯，流入反应临时储罐中，异酯与二氯甲烷以1:1.3的流速泵入微混合器，以质量比异丙胺：二氯甲烷＝13:84配制好的异丙胺溶液，异丙胺溶液与异酯溶液同时泵入微反应器中，控制异酯和异丙胺两相流速比为2:3，反应温度为50℃，停留时间为2min，收集流出反应液20分钟。将流出反应液经减压蒸馏得到丁丙硫脲粗品,丁丙硫脲粗品经乙醇重结晶后，烘干即可得到丁丙硫脲纯品，共计374.8g，通过硫氰酸铵溶液的20分钟的进料量可算得理论上应得丁丙硫脲405.4g，实际收率为92.45％。
[0039]
本发明提供了一种思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。