在眾多農(nóng)業(yè)問題中，農(nóng)田雜草防除對(duì)提升農(nóng)作物產(chǎn)量的影響效果最為明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年有1800余種雜草會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成損失，影響糧食作物產(chǎn)量。砜吡草唑，ISO通用名為pyroxasulfone，是一種新型苗前除草劑，可以有效防除旱地作物田中的禾本科和闊葉雜草，由日本組合化學(xué)公司和日本庵原化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社共同開發(fā)而來(lái)。砜吡草唑是優(yōu)良的苗前土壤處理劑，可安全有效地作用于棉花、馬鈴薯、大豆和向日葵等作物。其可有效防除一年生禾本科雜草，包括狗尾草屬、馬唐屬等，同時(shí)對(duì)一年生闊葉雜草如芒莧、龍葵、藜、寶蓋草等十幾種雜草也有很好的防除效果。其除草活性高，單位面積用藥量低，防治譜廣，安全性好，防治持效時(shí)間長(zhǎng)，與多種除草劑品種配伍性強(qiáng)。與作用機(jī)理相同的乙草胺和精異丙甲草胺相比，單位用藥面積砜吡草唑可降低8-10 倍。乙草胺和精異丙甲草胺在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用已有20多年，但是該除草劑目前已被歐盟禁止，因此在我國(guó)除草劑市場(chǎng)中的份額也逐漸減少。砜吡草唑因其防治效果更好、持效期更長(zhǎng)、單位用藥量更低、對(duì)作物安全和環(huán)境友好等特點(diǎn)，自上市以來(lái)就表現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長(zhǎng)率，預(yù)計(jì)今后有可能成為最有市場(chǎng)前景的苗前除草劑品種。但傳統(tǒng)工藝合成砜吡草唑工序長(zhǎng)，排放大，且存在不少高危反應(yīng)，所以如何高效安全環(huán)保的合成砜吡草唑成了一個(gè)難題，因此，我們團(tuán)隊(duì)引進(jìn)了連續(xù)流技術(shù)來(lái)解決砜吡草唑的傳統(tǒng)工藝的不足之處。

連續(xù)流技術(shù)是20世紀(jì)90年代初順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展與高新技術(shù)發(fā)展的需要而興起的多學(xué)科交叉前沿領(lǐng)域。它是集微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和化學(xué)化工基本原理于一體并移植集成電路和微傳感器制造技術(shù)的一種高新技術(shù)，涉及化學(xué)、材料、物理、化工、機(jī)械、電子、控制學(xué)等各種工程技術(shù)和學(xué)科,主要研究對(duì)象為特征尺度在微米到數(shù)百微米間的微化工系統(tǒng)。它以尺度在數(shù)有微米以內(nèi)的微通道設(shè)備作為載體。其比表面積大。表面作用強(qiáng)。流體的強(qiáng)化混合作用比傳統(tǒng)簽式反應(yīng)器提高了2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。連續(xù)流技術(shù)作為綠色工業(yè)新的研究方間，在理論上可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)模式顛覆性的變革，吸引了廣泛的關(guān)注。國(guó)內(nèi)外政府、企業(yè)科研機(jī)構(gòu)等都在快速推進(jìn)微化工技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用的探索。

連續(xù)流技術(shù)在制備砜吡草唑中的應(yīng)用，不僅顯著提高了合成效率和產(chǎn)物質(zhì)量，而且增強(qiáng)了生產(chǎn)過(guò)程的安全性和環(huán)境可持續(xù)性。通過(guò)精確控制反應(yīng)條件，連續(xù)流技術(shù)實(shí)現(xiàn)了更快的反應(yīng)速率和更高的產(chǎn)率，同時(shí)減少了有害溶劑和廢物的生成，降低了對(duì)操作人員和環(huán)境的潛在危害。此外，連續(xù)流系統(tǒng)的自動(dòng)化和在線監(jiān)控功能保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，并減少了人為操作錯(cuò)誤的可能性。這些優(yōu)勢(shì)使得連續(xù)流技術(shù)成為制備砜吡草唑的理想選擇，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了一種高效、安全、環(huán)保的新型除草劑合成方法。

本文主要介紹砜吡草唑及其關(guān)鍵中間體的連續(xù)流合成。

砜吡草唑合成路線：

1. 中間體I,5-二氟甲氧基-4-羥甲基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑的連續(xù)流合成方法。

(1)反應(yīng)設(shè)備:靜態(tài)管式反應(yīng)器，動(dòng)態(tài)旋切管式連續(xù)流反應(yīng)器，哈氏合金板式反應(yīng)器

(1)反應(yīng)方程式：

(2)反應(yīng)過(guò)程：

首先將5-羥基-1-甲基-3-三氟甲基一氫吡唑溶解在堿性溶液中，按照一定的反應(yīng)時(shí)間和投料比計(jì)算好流速，與甲醛水溶液通過(guò)柱塞泵分別打入靜態(tài)管中，在設(shè)定溫度下反應(yīng)，收集反應(yīng)液，得到中間產(chǎn)物5-羥基-1-甲基-3-三氟甲基-4-羥甲基吡唑;然后將該產(chǎn)物與溶有氟利昂的DCE溶液再以一定流速分別打入動(dòng)態(tài)管中，在一定溫度和壓力下反應(yīng)，收集反應(yīng)液，計(jì)算好反應(yīng)液濃度，繼續(xù)讓該反應(yīng)液與氯化亞砜通過(guò)計(jì)算所得的流速通過(guò)板式反應(yīng)器，在反應(yīng)器中氯化反應(yīng)，將所得反應(yīng)液用水洗兩次，有機(jī)相濃縮，蒸餾得黃色液體，即為中間體I。

(3)反應(yīng)流程圖：

(4)反應(yīng)設(shè)備圖：

2. 中間體II，3-溴-5,5-二甲基-4,5-二氫異噁唑的連續(xù)流合成方法。

(2)反應(yīng)設(shè)備:靜態(tài)管式反應(yīng)器，動(dòng)態(tài)旋切管式連續(xù)流反應(yīng)器，哈氏合金板式反應(yīng)器

(3)反應(yīng)方程式：

(4)反應(yīng)過(guò)程：

將乙醛酸和鹽酸羥胺溶液按固定流速通過(guò)柱塞泵打入反應(yīng)器中混合攪拌，在靜態(tài)管中停留一段時(shí)間后收集反應(yīng)液，反應(yīng)液與溶有溴素的DCE溶液再分別打入動(dòng)態(tài)管中，通過(guò)流速控制進(jìn)料量，在一定壓力下高溫反應(yīng)，得到二溴甲醛肟中間體反應(yīng)液，讓該反應(yīng)液與堿性溶劑和溶有異丁烯的DCE溶液以計(jì)算好的流速分別打入板式反應(yīng)器中，在一定溫度和壓力下反應(yīng)，反應(yīng)液經(jīng)正己烷萃取、水洗、干燥、濃縮得中間體II，即3-溴-5,5-二甲基-4,5-二氫異噁唑液體。

(5)反應(yīng)流程圖：

3. 砜吡草唑的連續(xù)流合成方法。

(1)反應(yīng)設(shè)備：動(dòng)態(tài)旋切管式連續(xù)流反應(yīng)器

(2)反應(yīng)方程式：

(3)反應(yīng)過(guò)程：

將中間體II與硫脲反應(yīng)，滴加溴化氫溶液，制成[5,5-二甲基-(4,5-二氫異噁唑-3-基)]硫基甲脒氫溴酸鹽中間體，讓該中間體在堿性環(huán)境下與中間體I對(duì)接，制成溶液A，3-[5-二氟甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基甲基硫烷基]-4,5-二氫-5,5-二甲基-1,2-異噁唑的甲醇溶液，將該溶液與過(guò)氧化氫溶液和催化劑溶液通過(guò)一定流速打入動(dòng)態(tài)管中混合反應(yīng)，收集反應(yīng)液，加入大量水，過(guò)濾，干燥，得到最終產(chǎn)品砜吡草唑。

(4)反應(yīng)流程圖:

4. 連續(xù)流合成砜吡草唑的優(yōu)勢(shì)

(1)與傳統(tǒng)釜式工藝對(duì)比，連續(xù)流工藝因其優(yōu)異的傳熱和傳質(zhì)效果，可以將數(shù)小時(shí)的反應(yīng)壓縮至幾分鐘，從而縮短反應(yīng)周期;

(2)連續(xù)流的特殊管道有效避免了氣液兩相反應(yīng)快速局部放熱產(chǎn)生副產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)，提高了原料的轉(zhuǎn)化率;

(3)釜式工藝采取的鼓泡進(jìn)氣方式，大大浪費(fèi)了氟利昂的利用效率，并且廢氣的過(guò)度產(chǎn)生增加了廢氣的處理難度，連續(xù)流反應(yīng)使得氟利昂能夠充分利用，同時(shí)避免了工人操作過(guò)程中頻繁開關(guān)氣體閥門，提高了生產(chǎn)安全性，降低了生產(chǎn)成本，更加利好環(huán)境;

(4)連續(xù)流系統(tǒng)的自動(dòng)化和在線監(jiān)控功能保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，并減少了人為操作錯(cuò)誤的可能性，從而提高批生產(chǎn)的工藝穩(wěn)定性和生產(chǎn)安全性。