NBPT及其衍生物的绿色合成工艺开发

论文摘要

正丁基硫代磷酰三胺（NBPT）是高效土壤尿素酶抑制剂之一。该化合物具有高效、廉价、低毒、易降解、无残留、不污染环境等优点。本论文对其绿色制备工艺进行开发研究。选择了乙酸乙酯作为NBPT的重结晶溶剂,采用5次母液循环套用的方法平均收率达到70%,纯度97.4%。本文建立了高效液相色谱分析NBPT的主体纯度方法,建立并考察了两种流动相体系,检测条件为:方法Ⅰ以乙腈∶水=30∶70（pH=3.8）为流动相,流速1.0mL/min,进样量20μL,检测波长为210nm,柱温30℃。方法学验证:线性范围为0.128～0.192mg/mL,回归方程为y=3×107x-152839,R2=0.9945;检测限7.93×10-6mg/mL;精密度RSD为1.27%;平均回收率99.4%;方法检测NBPT在尿素中的质量含量为0.02～1.0%时呈现良好的线性关系,线性方程y=9×108x+57881,R2=0.9998。方法Ⅱ以甲醇∶水=40∶60（pH=3.54）为流动相。检测波长220nm,流速1.0mL/min,柱温30℃,进样量20μL。方法的线性范围为0.128～0.192mg/mL,线性回归方程为y=9×106x+6041.3,R2=0.9994;检测限2.57×10-5mg/mL;平均回收率99.7%;精密度RSD=0.12%,NBPT在尿素中质量浓度0.02～1.0%呈现线性关系,线性回归方程为y=3×108x-2938.2,R2=0.9999。本文重点是NBPT的制备工艺研究,首先对两锅法制备NBPT的绿色工艺进行了研究,选择了四氢呋喃为反应溶剂,以PSCl3、正丁胺（NBA）、氨气为原料,三乙胺为缚酸剂。通过4因素3水平的正交实验对工艺条件进行了考察,优选了如下工艺条件:第二步反应温度为5℃;第一步反应温度为0℃;TEA∶PSCl3=1∶1;NBA∶PSCl3=1.03∶1。该工艺条件下合成NBPT的平均收率96.5%,纯度86.2%,缚酸剂三乙胺平均回收率93.8%,反应溶剂和缚酸剂可以重复利用。利用两锅法合成了环己基硫代磷酰三胺收率63.4%,纯度89.1%。开发出母液套用回收三乙胺的工艺,该方法零排放,无污染,三乙胺平均回收率88.3%,纯度99.2%。开创性的开发出尚未见报道的一锅法工艺,经过工艺优化,沿用了两锅法的工艺条件;一锅法简化了工艺设备和操作流程,缩短了工艺时间,进一步降低了产品的成本,提高了溶剂回收率,NBPT的平均收率在95.7%,纯度84.9%。应用一锅法合成了NBPT的衍生物正丙基硫代磷酰三胺、异丁基硫代磷酰三胺、苄基硫代磷酰,收率97.3%、89.6%、91.2%,纯度93.3%、85.1%、81.8%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 化肥在粮食生产中的作用
• 1.2 化肥不合理使用带来的危害
• 1.3 控效肥料
• 1.3.1 控效肥的类型
• 1.3.2 控效尿素的研究意义
• 1.3.3 提高尿素利用率的途径
• 1.4 尿素酶抑制剂
• 1.4.1 尿素酶结构以及性质
• 1.4.2 NBPT及其作用机理
• 1.4.3 NBPT的使用效果
• 1.4.4 NBPT的合成工艺
• 1.4.5 两锅法合成NBPT工艺原理
• 1.4.6 一锅法合成NBPT工艺原理
• 1.4.7 NBPT合成工艺中的影响因素
• 1.5 高效液相色谱分析
• 1.5.1 HPLC方法的建立以及评价
• 1.5.2 NBPT的分析方法
• 2 NBPT精制工艺以及分析方法研究
• 2.1 NBPT重结晶工艺开发
• 2.1.1 用甲醇作为NBPT重结晶溶剂
• 2.1.2 用乙醇和水混合溶液作为NBPT重结晶溶剂
• 2.1.3 用乙酸乙酯作为NBPT重结晶溶剂
• 2.2 NBPT对照品的制备
• 2.3 NBPT对照品的标定
• 2.4 相关杂质三正丁基硫代磷酰三胺的合成与对照品的制备与标定
• 2.4.1 三正丁基硫代磷酰三胺对照品的制备
• 2.4.2 三正丁基硫代磷酰三胺对照品的表征
• 2.5 NBPT分析方法Ⅰ的建立
• 2.5.1 检测波长的选择
• 2.5.2 流动相的选择
• 2.5.3 色谱分析条件的选定
• 2.6 NBPT分析方法Ⅰ方法学验证
• 2.6.1 方法的线性范围,检测限
• 2.6.2 系统适用性
• 2.6.3 溶液稳定性实验
• 2.6.4 加标回收率实验
• 2.6.5 NBPT添加在尿素中的检测
• 2.6.6 精密度实验
• 2.6.7 实际样品的检测
• 2.7 NBPT分析方法Ⅱ的建立
• 2.7.1 色谱分析条件的选定
• 2.8 NBPT分析方法Ⅱ方法学验证
• 2.8.1 线性关系实验
• 2.8.2 溶液稳定性实验
• 2.8.3 精密度实验
• 2.8.4 灵敏度实验
• 2.8.5 回收率实验
• 2.8.6 NBPT在尿素中线性关系实验
• 2.8.7 实际样品的检测
• 3 NBPT的合成工艺开发
• 3.1 两锅法合成工艺的开发
• 3.1.1 反应缚酸剂、溶剂的选择
• 3.1.2 两锅法合成工艺的优化
• 3.1.3 缚酸剂的回收工艺研究
• 3.2 一锅法合成NBPT工艺开发
• 3.2.1 缚酸剂、溶剂的选择
• 3.2.2 一锅法工艺流程
• 3.2.3 一锅法工艺条件的优化
• 3.3.4 一锅法工艺重复实验
• 4 NBPT衍生物的合成
• 4.1 正丙基硫代磷酰三胺的合成
• 4.1.1 正丙基硫代磷酰三胺合成工艺路线
• 4.1.2 正丙基硫代磷酰三胺的结构表征
• 4.2 异丁基硫代磷酰三胺的合成
• 4.2.1 异丁基硫代磷酰三胺合成工艺路线
• 4.2.2 异丁基硫代磷酰三胺的结构表征
• 4.3 环己基硫代磷酰三胺的合成
• 4.3.1 环己基硫代磷酰三胺合成工艺路线
• 4.3.2 环己基硫代磷酰三胺的结构表征
• 4.4 苄基硫代磷酰三胺的合成
• 4.4.1 苄基硫代磷酰三胺合成工艺路线
• 4.4.2 苄基硫代磷酰三胺的结构表征
• 5 实验
• 5.1 实验仪器与药品
• 5.1.1 实验仪器
• 5.1.2 实验药品
• 5.2 实验操作
• 5.2.1 两锅法合成NBPT工艺（新鲜四氢呋喃、三乙胺）
• 5.2.2 两锅法合成NBPT工艺（回收四氢呋喃、三乙胺）
• 5.2.3 以乙酸乙酯为溶剂母液套用精制NBPT
• 5.2.4 以甲醇为溶剂母液套用精制NBPT
• 5.2.5 以乙醇-水为溶剂精制NBPT
• 5.2.6 一锅法合成NBPT工艺（新鲜四氢呋喃、三乙胺）
• 5.2.7 一锅法合成NBPT工艺（回收四氢呋喃、三乙胺）
• 5.2.8 缚酸剂三乙胺的回收
• 5.2.9 正丙基硫代磷酰三胺的合成
• 5.2.10 异丁基硫代磷酰三胺的合成
• 5.2.11 苄基硫代磷酰三胺的合成
• 5.2.12 环己基硫代磷酰三胺的合成
• 5.2.13 三乙胺、正丁胺的纯度检测方法
• 5.2.14 三氯硫磷的纯度检测方法
• 结论
• 参考文献
• 附录 辅助说明谱图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢