拆解砜吡草唑核心合成工艺 → 系统对比分析主流工艺路线优劣势

砜吡草唑（Pyroxasulfone）作为替代乙草胺、异丙甲草胺的新型异噁唑类除草剂，其合成工艺的核心在于关键中间体 M1（3-[(5-二氟甲氧基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基)甲硫基]-4,5-二氢-5,5-二甲基异噁唑） 的构建及后续氧化步骤。

以下基于最新专利及文献，系统分析主流合成路线及其优劣对比：

一、传统合成路线：M1中间体的构建策略

1. 经巯基异噁唑路线（硫脲盐酸盐法）

反应路径：

1、3-氯-5，5-二甲基-4，5-二氢异噁唑(1)与硫氢化钠或硫脲进行取代反应或者5，5-二甲基异噁唑烷3-酮(2)与P2S5反应得到巯基异噁唑(3)。

2、3再与吡唑中间体（4）在碱性和多聚甲醛条件下脱水取代得到3-(5-羟基-1-甲基-3-三氟甲基吡唑-4-基)甲硫基4，5-二氢-5，5-二甲基异噁唑(5)，与二氟一氯甲烷发生取代脱去HCl得到M1

收率：两步总收率82%，条件温和。

优势：原料硫脲廉价易得，操作简单，工业化潜力高。

劣势：需使用盐酸催化，产生酸性废水，后处理复杂。

2. 经甲磺酰基异噁唑路线

反应路径：氯代二氢异噁唑（1）与甲硫醇钠反应得甲硫基异噁唑（6）；mCPBA氧化6生成甲磺酰基异噁唑（7）；7与溴甲基吡唑（8）亲核取代得M1。

收率：三步总收率仅38%。

劣势：mCPBA价格昂贵，氧化步骤收率低（59%），甲硫醇钠产生含硫废气，成本高且污染大。

3. 乙酰硫甲基吡唑路线

反应路径：溴甲基吡唑（10）与硫代乙酸钾反应得乙酰硫基吡唑（11）；11与氯代二氢异噁唑（1）脱乙酰基得M1。

收率：两步总收率50%。

劣势：硫代乙酸钾价格高，副产物难分离，收率低。

二、氧化工艺：从M1到砜吡草唑的关键步骤

所有传统路线均需将M1中的硫醚（-S-）氧化为砜基（-SO₂-）

主流氧化剂包括：

双氧水（H₂O₂）：需钨酸钠或钼酸铵催化，收率>95%，但催化剂难回收，废水含重金属。

mCPBA：收率高（>90%），但价格昂贵且产生间氯苯甲酸废渣，处理成本高。

新型过氧酸氧化法（内蒙古永太化学，2025）：使用 H₂O₂/有机羧酸（甲酸或乙酸）/无机酸（硫酸） 体系，原位生成过氧酸氧化M1。

优势：避免贵金属催化剂，收率99%，杂质（亚砜）含量<0.1%。
参数：摩尔比 M1:H₂SO₄:甲酸:H₂O₂ = 1:0.25:1.5:3，75℃反应15小时。

三、工艺创新路线对比

1. 磺化剂直接构建砜基路线（2025年专利）

反应路径：中间体A（含卤素或磺酸酯基）与磺化剂（如HOCH₂SO₃Na）在碘化钾催化下反应，直接生成含砜基中间体B；B与吡唑片段C缩合得砜吡草唑。

优势：跳过氧化步骤，减少亚砜杂质；收率99%，无需强氧化剂，三废减少50%。

适用性：适合连续化生产，已用于万吨级产能规划。

2. 连续化微通道反应工艺（2025年专利）

技术核心：将中间体1、甲醛、化合物5的碱溶液通过微反应器分步混合，精准控制pH和温度。

优势：反应时间从3小时缩短至20分钟；M1中间体收率从85%提升至95%，纯度>98%；避免过量碱使用，减少二聚杂质。

四、各路线综合对比

五、工业化瓶颈与未来方向

关键挑战：

• 亚砜杂质控制：传统氧化工艺易生成亚砜副产物（收率下降10-15%）；

• 三废处理：含硫、含磷废渣（如P₂S₅路线）及重金属废水；

• 成本压力：溴化试剂（如NBS）和贵金属催化剂（如PdCl₂）推高成本。

创新方向：

• 绿色氧化体系：过氧酸/H₂O₂体系替代双氧水-钨酸钠；

• 连续流工艺：微通道反应器实现精准控温、控时，提升收率及安全性；

• 原子经济性设计：磺化剂路线直接构建C-SO₂键，减少合成步骤。

六、国内产能布局与技术选择

据2025年统计，国内砜吡草唑规划产能超1.6万吨/年，主要企业技术路线如下：

行业趋势：头部企业（如润丰、久易）优先选择连续化+无氧化剂路线，以降低环保风险并提升竞争力。

结语

砜吡草唑的合成工艺核心在于 M1中间体的高效构建 和 砜基绿色氧化。传统路线中，硫脲盐酸盐法因成本低、操作简单仍是主流；而创新路线中，磺化剂直接合成法与连续化微通道技术代表了未来方向，兼具高收率、低污染优势。随着国内万吨级产能释放，工艺优化将持续聚焦原子经济性和三废减排，推动砜吡草唑成为替代乙草胺的标杆产品。

来源: 公众号：绿色农化新时代