連續流工藝實現O-甲基-N-硝基異脲的合成

O-甲基-N-硝基異脲一直以來都以傳統的釜式工藝進行生產，但釜式工藝存在反應較慢且收率低的問題。為此，我們嘗試使用連續流的方式來進行，以達到更高效的生產的目的。采用O-甲基異脲鹽、硝酸和硫酸作為原料來進行O-甲基-N-硝基異脲的合成。合成過程屬于硝化反應，會放出大量的熱，且其中發煙硫酸同時也是水的吸附劑，在吸水時會放出大量的熱，從而影響反應的進行。而連續流則可以搭配控溫裝置，很好的解決這一問題。

關鍵詞：呋蟲胺、硝化反應、連續流工藝、動態管反應器

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)，相對分子質量 119.08，白色晶體，熔點 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，目前已到一個發展瓶頸期。這時，便需要嘗試進行新型的化工生產方式——連續流來解決這個問題。

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， 經過兩步反應得到目標物；第二種是用尿素做原料，經過2步反應得到目標物。 第一條路線由于單氰胺來源比較少，價格較高，且生產周期比較長，因此生產成本較高;第二條路線原料來源廣，價格便宜，生產周期短，利于工業生產，但是第二種路線的收率較低，在將物料比例和溫度等都優化到最佳后，收率仍然只有43%；對于第三種路線，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，硝酸的質量分數為 61%～98%， 硫酸為質量分數為98%的濃硫酸或發煙硫酸。其中硫酸既作為反應溶劑，又作為反應脫水劑。此反應收率較高，可達到84%，但缺點在于在于在釜式反應器中較難控制溫度，只能將酸緩慢滴加，反應時間會大大增加。而利用連續流則可以解決此問題，其反應器于物料具有相對富裕的接觸面積，能夠較為簡單的控制反應溫度。

以科芯微流的動態管式反應器(圖1)為例，在將反應原料準備完成后，直接進料混合，就能直接進行反應了。對于O-甲基-N-硝基異脲的合成，其中含發煙硝酸與發煙硫酸的硝化過程必將會放出大量的熱，對于這種反應釋放的熱量會影響反應的進行，便可以外接低溫冷卻裝置，例如科芯高低溫一體機，將其設置好溫度后，便可以和動態管反應器進行及時且有效的熱交換，從而避免熱堆積對反應結果的影響，達到最好的反應條件。

圖1.科芯微流小試級動態管式反應器

除此之外，連續流技術還能實現多條件快速篩選，這就可以幫助我們快速找到最佳的反應條件。在進行O-甲基-N-硝基異脲的合成過程中，各個物料的比例可以直接通過調節物料流速來改變，這樣便省去了對比實驗的步驟，并且對其他反應條件也能保持高度的一致。在進行溫度探究時，更是能通過調節高低溫一體機，直接控制溫度變化。同時還可以通增減反應物料流速來調整反應時間。

連續流工藝技術目前已經較為成熟，不僅僅是O-甲基-N-硝基異脲，很多的硝化反應都可以以此技術來提高生產效率，較低生產危險性，連續流工藝將會是未來化工的必由之路。