O-甲基-N-硝基異脲一直以來(lái)都以傳統(tǒng)的釜式工藝進(jìn)行生產(chǎn)，但釜式工藝存在反應(yīng)較慢且收率低的問(wèn)題。為此，我們嘗試使用連續(xù)流的方式來(lái)進(jìn)行，以達(dá)到更高效的生產(chǎn)的目的。采用O-甲基異脲鹽、硝酸和硫酸作為原料來(lái)進(jìn)行O-甲基-N-硝基異脲的合成。合成過(guò)程屬于硝化反應(yīng)，會(huì)放出大量的熱，且其中發(fā)煙硫酸同時(shí)也是水的吸附劑，在吸水時(shí)會(huì)放出大量的熱，從而影響反應(yīng)的進(jìn)行。而連續(xù)流則可以搭配控溫裝置，很好的解決這一問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：呋蟲胺、硝化反應(yīng)、連續(xù)流工藝、動(dòng)態(tài)管反應(yīng)器

甲基-N-硝基異脲，中文別名2-硝基-1-甲基異脲，英文名methyl N'-nitrocarbamimidate 英文名為，分子式 H₃COCNH₂(NNO₂)，相對(duì)分子質(zhì)量 119.08，白色晶體，熔點(diǎn) 108～110 ℃，易溶于水與醇，常用于制備硝基胍衍生物。作為一種重要的煙堿類殺蟲劑呋蟲胺的合成中間體，其近年來(lái)的需求量也隨著呋蟲胺快速上漲。但由于O-甲基-N-硝基異脲的合成量較小，目前已到一個(gè)發(fā)展瓶頸期。這時(shí)，便需要嘗試進(jìn)行新型的化工生產(chǎn)方式——連續(xù)流來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

O-甲基-N-硝基異脲作為噻蟲胺和呋蟲胺的合成中間體，有三種合成路線：第一種是利用單氰胺做原料， 經(jīng)過(guò)兩步反應(yīng)得到目標(biāo)物；第二種是用尿素做原料，經(jīng)過(guò)2步反應(yīng)得到目標(biāo)物。 第一條路線由于單氰胺來(lái)源比較少，價(jià)格較高，且生產(chǎn)周期比較長(zhǎng)，因此生產(chǎn)成本較高;第二條路線原料來(lái)源廣，價(jià)格便宜，生產(chǎn)周期短，利于工業(yè)生產(chǎn)，但是第二種路線的收率較低，在將物料比例和溫度等都優(yōu)化到最佳后，收率仍然只有43%；對(duì)于第三種路線，用O-甲基異脲鹽、硝酸和硫酸為原料一步反應(yīng)生成。O-甲基異脲鹽主要為 O-甲基異脲硫酸鹽、O-甲基異脲 1/2 硫酸鹽、O-甲基異脲鹽酸鹽等，硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 61%～98%， 硫酸為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸或發(fā)煙硫酸。其中硫酸既作為反應(yīng)溶劑，又作為反應(yīng)脫水劑。此反應(yīng)收率較高，可達(dá)到84%，但缺點(diǎn)在于在于在釜式反應(yīng)器中較難控制溫度，只能將酸緩慢滴加，反應(yīng)時(shí)間會(huì)大大增加。而利用連續(xù)流則可以解決此問(wèn)題，其反應(yīng)器于物料具有相對(duì)富裕的接觸面積，能夠較為簡(jiǎn)單的控制反應(yīng)溫度。

以科芯微流的動(dòng)態(tài)管式反應(yīng)器(圖1)為例，在將反應(yīng)原料準(zhǔn)備完成后，直接進(jìn)料混合，就能直接進(jìn)行反應(yīng)了。對(duì)于O-甲基-N-硝基異脲的合成，其中含發(fā)煙硝酸與發(fā)煙硫酸的硝化過(guò)程必將會(huì)放出大量的熱，對(duì)于這種反應(yīng)釋放的熱量會(huì)影響反應(yīng)的進(jìn)行，便可以外接低溫冷卻裝置，例如科芯高低溫一體機(jī)，將其設(shè)置好溫度后，便可以和動(dòng)態(tài)管反應(yīng)器進(jìn)行及時(shí)且有效的熱交換，從而避免熱堆積對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，達(dá)到最好的反應(yīng)條件。

圖1.科芯微流小試級(jí)動(dòng)態(tài)管式反應(yīng)器

除此之外，連續(xù)流技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)多條件快速篩選，這就可以幫助我們快速找到最佳的反應(yīng)條件。在進(jìn)行O-甲基-N-硝基異脲的合成過(guò)程中，各個(gè)物料的比例可以直接通過(guò)調(diào)節(jié)物料流速來(lái)改變，這樣便省去了對(duì)比實(shí)驗(yàn)的步驟，并且對(duì)其他反應(yīng)條件也能保持高度的一致。在進(jìn)行溫度探究時(shí)，更是能通過(guò)調(diào)節(jié)高低溫一體機(jī)，直接控制溫度變化。同時(shí)還可以通增減反應(yīng)物料流速來(lái)調(diào)整反應(yīng)時(shí)間。

連續(xù)流工藝技術(shù)目前已經(jīng)較為成熟，不僅僅是O-甲基-N-硝基異脲，很多的硝化反應(yīng)都可以以此技術(shù)來(lái)提高生產(chǎn)效率，較低生產(chǎn)危險(xiǎn)性，連續(xù)流工藝將會(huì)是未來(lái)化工的必由之路。