连续流工艺实现O-甲基-N-硝基异脲的合成

O-甲基-N-硝基异脲一直以来都以传统的釜式工艺进行生产，但釜式工艺存在反应较慢且收率低的问题。为此，我们尝试使用连续流的方式来进行，以达到更高效的生产的目的。采用O-甲基异脲盐、硝酸和硫酸作为原料来进行O-甲基-N-硝基异脲的合成。合成过程属于硝化反应，会放出大量的热，且其中发烟硫酸同时也是水的吸附剂，在吸水时会放出大量的热，从而影响反应的进行。而连续流则可以搭配控温装置，很好的解决这一问题。

关键词：呋虫胺、硝化反应、连续流工艺、动态管反应器

甲基-N-硝基异脲，中文别名2-硝基-1-甲基异脲，英文名methyl N'-nitrocarbamimidate 英文名为，分子式 H₃COCNH₂(NNO₂)，相对分子质量 119.08，白色晶体，熔点 108～110 ℃，易溶于水与醇，常用于制备硝基胍衍生物。作为一种重要的烟碱类杀虫剂呋虫胺的合成中间体，其近年来的需求量也随着呋虫胺快速上涨。但由于O-甲基-N-硝基异脲的合成量较小，目前已到一个发展瓶颈期。这时，便需要尝试进行新型的化工生产方式——连续流来解决这个问题。

O-甲基-N-硝基异脲作为噻虫胺和呋虫胺的合成中间体，有三种合成路线：第一种是利用单氰胺做原料， 经过两步反应得到目标物；第二种是用尿素做原料，经过2步反应得到目标物。 第一条路线由于单氰胺来源比较少，价格较高，且生产周期比较长，因此生产成本较高;第二条路线原料来源广，价格便宜，生产周期短，利于工业生产，但是第二种路线的收率较低，在将物料比例和温度等都优化到最佳后，收率仍然只有43%；对于第三种路线，用O-甲基异脲盐、硝酸和硫酸为原料一步反应生成。O-甲基异脲盐主要为 O-甲基异脲硫酸盐、O-甲基异脲 1/2 硫酸盐、O-甲基异脲盐酸盐等，硝酸的质量分数为 61%～98%， 硫酸为质量分数为98%的浓硫酸或发烟硫酸。其中硫酸既作为反应溶剂，又作为反应脱水剂。此反应收率较高，可达到84%，但缺点在于在于在釜式反应器中较难控制温度，只能将酸缓慢滴加，反应时间会大大增加。而利用连续流则可以解决此问题，其反应器于物料具有相对富裕的接触面积，能够较为简单的控制反应温度。

以科芯微流的动态管式反应器(图1)为例，在将反应原料准备完成后，直接进料混合，就能直接进行反应了。对于O-甲基-N-硝基异脲的合成，其中含发烟硝酸与发烟硫酸的硝化过程必将会放出大量的热，对于这种反应释放的热量会影响反应的进行，便可以外接低温冷却装置，例如科芯高低温一体机，将其设置好温度后，便可以和动态管反应器进行及时且有效的热交换，从而避免热堆积对反应结果的影响，达到最好的反应条件。

图1.科芯微流小试级动态管式反应器

除此之外，连续流技术还能实现多条件快速筛选，这就可以帮助我们快速找到最佳的反应条件。在进行O-甲基-N-硝基异脲的合成过程中，各个物料的比例可以直接通过调节物料流速来改变，这样便省去了对比实验的步骤，并且对其他反应条件也能保持高度的一致。在进行温度探究时，更是能通过调节高低温一体机，直接控制温度变化。同时还可以通增减反应物料流速来调整反应时间。

连续流工艺技术目前已经较为成熟，不仅仅是O-甲基-N-硝基异脲，很多的硝化反应都可以以此技术来提高生产效率，较低生产危险性，连续流工艺将会是未来化工的必由之路。