CN111909066B

CN111909066B - 一种提高硝磺草酮产品质量的结晶处理方法

Info

Publication number: CN111909066B
Application number: CN202010590806.6A
Authority: CN
Inventors: 龚俊波; 万旭兴; 吴送姑; 王磊; 杜世超; 倪肖元; 尚丽霞; 汤伟伟; 吴坤; 石鹏; 乔振
Original assignee: Beijing Nutrichem Co ltd; Tianjin University
Current assignee: Beijing Nutrichem Co ltd; Tianjin University
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2040-06-24
Also published as: CN111909066A

Abstract

本发明提供一种提高硝磺草酮产品质量的结晶处理方法，主要包括晶种制备过程和结晶过程强化两个步骤。晶种制备过程：使用二氯乙烷溶剂体系对硝磺草酮固体粉末进行重结晶，经恒温养晶、过滤、干燥得到硝磺草酮晶种；结晶过程强化：经活性炭脱色后的硝磺草酮有机母液，程序降温至介稳区内，加入制备的筛分后的晶种，经养晶、程序降温、养晶、过滤、淋洗和干燥后得硝磺草酮晶体。通过本发明中的结晶方法，硝磺草酮的含湿量降低至3％～6％，产品的堆密度达到0.75g/cm³～0.85g/cm³，产品定量含量提高到98.0％以上，主粒度可以达到300μm～500μm，具有很好的流动性。

Description

一种提高硝磺草酮产品质量的结晶处理方法

技术领域

本发明属于农药结晶技术领域，具体涉及一种提高硝磺草酮产品质量的结晶处理方法。

背景技术

硝磺草酮，又名甲基磺草酮，属于一种能够抑制羟基苯基丙酮酸酯双氧化酶(HPPD)的芽前和苗后广谱选择性除草剂，可有效防治主要的阔叶草和一些禾本科杂草。分子式为C₁₄H₁₃NO₇S，分子量为339.32，化学名称为2—(4—甲磺酰基)—2—硝基苯甲酰—环己烷—1，3—二酮。化学结构式为：

硝磺草酮首先由先正达公司开发的三酮类除草剂。于2001年以商品名Callisto(米斯通)在欧洲开始销售。硝磺草酮的合成反应较为成熟，合成路线为：以4-甲砜基-2-硝基苯甲酸为原料，二氯乙烷为溶剂，用氯化亚砜酰化，再以三乙胺为缚酸剂，与环己二酮酯化，最后用丙酮氰醇为催化剂进行转位重排得到硝磺草酮：

硝磺草酮目前有3种晶型被报道，其中1晶型属于稳定晶型，2晶型和3晶型为介稳晶型，因此工业生产中常以1晶型产品作为生产目标。Stephen Dawson等人在专利US2008O194880A1中提出了一种在水溶液中通过调节pH值制备硝磺草酮晶型1产品的方法，和一种将介稳晶型2产品转化为稳定晶型1产品的制备方法；Julie Marie Wichert等人在专利USOO8063253B2中提出了一种纯化硝磺草酮的方法，内容包括过滤、吸附、有机相萃取硝磺草酮盐水溶液，以降低硝磺草酮产品中的杂质含量；Arthur Binder等人在专利USOO8063253B2中提出了一种在水溶液中通过调节pH值分离纯化得到纯的硝磺草酮晶型1的方法，和一种通过调节pH值和添加晶型1晶种将介稳晶型2转化为稳定晶型1的方法；Carmen Cohen等人在专利US20120165197A1中公开了一种从水溶液，二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基-2-吡咯烷酮及其混合溶液中，通过酸化处理法得到硝磺草酮的晶型3；James Timothy Bristow等人在专利US20160355472A1中提出了一种在石油醚的有机溶剂中反应、弱碱水提取、酸化水萃取的制备硝磺草酮的方法。

对于硝磺草酮转位重排的后处理方法主要有以下几种：专利号为CN85109771A、CN1860102A的专利中，均采用的是加碱萃取、酸化、加有机溶剂进行重结晶的方法，这些方法所得的酸化产品粒度比较细、焦油多，产品容易被焦油包裹，碱液采用强碱的情况下也容易造成产品不稳定，生成焦油。专利号为CN18530325A、CN105254543A的专利中采用的是脱溶得粗品，再用醇溶剂重结晶的方法，重结晶容易造成产品溶解损失，降低收率，而且额外引入与反应体系不同的溶剂，干扰了体系环境，专利号为WO2018178860A1的专利中，采用的是粗品用二氯乙烷溶解，再部分脱溶，用碳酸氢钾萃取至水相，再酸化得到产品，这个方法先得到粗品再进行结晶本身操作繁琐，而且酸化所得的产品焦油比较多，产品容易被焦油包裹。汪韬等在中提出了一种将硝磺草酮反应液进行二次酸化，分离有机相，结晶得到硝磺草酮产品。该方法的创新之处在于使用二次酸化技术，提高了收率，降低三废，节能环保。

硝磺草酮的产品质量的评价指标主要有：晶习、粒度、含湿量和定量含量等。GB29382-2012中规定硝磺草酮产品的质量分数(也就是定量含量)为≥95％，出口一级品的要求则为≥98％，晶习、粒度等不佳会导致大量的溶剂残留，进而严重影响质量分数的测定、降低产品质量。已有的专利主要是针对分离转化硝磺草酮不同晶型、提高反应产物的纯度和优化转位重排的后处理方法等方面提出了创新方案，但是通过结晶过程强化得到粒度均一、流动性好、含湿量低的产品方面的工作没有被重视。

专利CN110078647A将硝磺草酮反应产物溶液加盐酸的水溶液进行一次酸化，分离得到硝磺草酮的有机相，再向此有机相中加入碳酸氢钾水溶液萃取，得到硝磺草酮的水相，再向此水相中加入盐酸的水溶液进行二次酸化，静置分层，得到待结晶的有机相，此时有机相产品浓度在0.10g/g溶剂～0.11g/g溶剂，结晶处理后的过滤有机相浓度是0.06g/g溶剂～0.07g/g溶剂；为了提高产率、减少损失，向过滤有机相中加入碳酸氢钾水溶液萃取，萃取水相与待二次酸化的水相混合，同时进行二次酸化，静置分层，得到最终的待结晶的有机相，此时的有机相称为有机母液。对有机母液进行结晶处理后，得到的硝磺草酮产品多为粉末状，如图4所示，粒度较小，容易结块，进而导致产品不易烘干，含湿量较高、溶残较高，产品参数为：含湿量为13.7％，干燥后得到产品堆密度0.61g/cm³，定量含量97.73％，Dv(50)53μm。定量含量数据低于98％，因此在后续操作中需要将产品打粉再干燥(粉碎为面粉状)，打粉再干燥后的产品参数：堆密度0.31g/cm³，定量含量98.15％。虽然打粉再干燥可以提高产品的定量含量，但是这样不仅增加了生产成本，粉状产品较低的流动性、堆密度也会增加产品的运输成本。因此，亟需一种结晶处理方法，不仅能够保证硝磺草酮产品定量含量达到98％以上，而且可以提高产品堆密度、流动性，以降低硝磺草酮的生产和运输成本。本发明意在提出一种能够提高硝磺草酮产品质量的结晶方法，以改善产品晶习、粒度，降低产品含湿量，有效缩短产品干燥时间，提高产品定量含量、流动性和堆密度等，为工业生产连续化的实现奠定基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高硝磺草酮产品质量的结晶处理方法，改善产品晶习、粒度，提高产品堆密度、流动性、定量含量，降低因含湿量太高带来的产品聚结、烘干太难、转运不方便等工艺操作难度。

在使用专利CN110078647A中的方法制备得到的有机母液的基础上，对有机母液的结晶过程进行强化控制。当然本发明的有机母液不限定是CN110078647A中的方法制备得到的有机母液，需要提供产品质量的都相应制备硝磺草酮产品的有机母液都适用于本发明。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案主要包括两步，如图1所示，步骤1是晶种制备过程，步骤2为结晶过程强化阶段，晶种制备过程与结晶强化阶段可以依次进行，可以同时进行，也可以单独进行。

本发明的技术方案如下：

一种提高硝磺草酮产品质量的结晶处理方法，其特征是包括晶种制备过程和结晶过程强化阶段：

其中：

晶种制备过程为：将硝磺草酮粉末原料溶于二氯乙烷溶剂中；50℃～55℃搅拌溶解；然后采用冷却结晶的方法，120～240min内降温至10℃～15℃，养晶，然后再经过滤、干燥，得到硝磺草酮晶种，如图2a,2b,2c所示，为不同粒径的晶种；

所述的晶种制备过程中硝磺草酮粉末原料以质量比0.14～0.16:1溶于二氯乙烷溶剂中。

所述的晶种制备过程中50℃～55℃搅拌溶解，搅拌速率为200rpm～250rpm。

所述的晶种制备过程中养晶时间为3～5h。

结晶过程强化阶段包括如下步骤：

1)添加基于有机母液质量的1％～1.5％的酸性活性炭粉末对有机母液在50℃～55℃下搅拌脱色；

2)脱色结束后，有机母液经热过滤，20～60min内程序降温至40℃～45℃；

3)加入有机母液的质量3％～5％的晶种；

4)40℃～45℃恒温条件下养晶时间为30～180min；

5)养晶结束后，60～180min内程序降温至10℃～15℃，结晶釜中析出初级晶体产品；

6)将得到的初级晶体产品继续保留在结晶釜中悬浮，维持终点温度10℃～15℃不变，恒温养晶30～300min；

7)养晶结束后，经过滤、淋洗、干燥，得到硝磺草酮产品。

所述的结晶过程强化阶段步骤1)中搅拌脱色，脱色时间为20～60min，搅拌速率为200rpm～250rpm。

所述的结晶过程强化阶段步骤2)中程序降温，降温速率为10～45℃/h。

所述的结晶过程强化阶段步骤3)中添加晶种，晶种粒径范围为150～450μm。

所述的结晶过程强化阶段步骤5)中程序降温，降温速率为8～35℃/h。

所述的结晶过程强化阶段步骤7)中产品淋洗，使用0～10℃的二氯乙烷淋洗。

已经报道的关于硝磺草酮产品的专利中都是从去除杂质、控制反应条件的角度出发，提高硝磺草酮产品纯度，但是作为评价硝磺草酮产品质量的重要参数：晶习与粒度，反而没有引起足够的重视。专利CN110078647A中的方法得到的产品为例，因为没有重视对于有机母液的结晶过程及控制，产品多为碎渣状，如图4所示，粒度较小，容易聚结，无晶体光泽，进而导致在后续的干燥过程中溶残难以降低，通过打粉、再蒸发确实能够降低溶残，但是面粉状在转运过程中存在一定的难度，增加了生产成本和运输成本。

本发明的有益效果是：在不同的有机溶剂中通过缓慢蒸发的方法得到硝磺草酮晶体的单晶，通过Materials Studio软件对硝磺草酮单晶数据进行了分析与模拟，如图7b所示，发现硝磺草酮在真空下的晶习为对称多面体结构，如果能够成功制备，将对于实际生产和运输都具有重要的意义；如图7a所示，为实际产品扫描电镜图。本方法以MaterialsStudio晶习模拟与预测为依据，通过重结晶工艺优化、晶种优化、筛分得到第一批晶体质量较好的晶种，在有机母液成核诱导期内加入适量的晶种，经这种冷却结晶的方法得到的稳定1晶型产品不仅晶习较好、粒度较大，而且降低了产品含湿量、定量含量，也因此提高了产品堆密度、流动性等，有效降低了硝磺草酮产品生产与运输的成本。通过本发明中的结晶方法，硝磺草酮的含湿量降低至3％～6％，产品的堆密度达到0.75g/cm³～0.85g/cm³，产品定量含量提高到98.0％以上，主粒度可以达到300μm～500μm，具有很好的流动性。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图；

图2a为实施例1所得晶种经筛分后粒径为150μm～200μm的SEM图；

图2b为实施例1所得晶种经筛分后粒径为200μm～300μm的SEM图；

图2c为实施例1所得晶种经筛分后粒径为300μm～450μm的SEM图；

图3为实施例1所得产品SEM图；

图4为实施例7所得产品SEM图；

图5为实施例1所得的XRD粉末衍射图；

图6为实施例1得到的粒度分布图；

图7a实施例1所得单个产品SEM照片；

图7b为真空模拟晶习。

具体实施方法

以下将实例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明。但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

步骤1，晶种制备过程：

1)取粉末原料产品16g，加入盛有100g二氯乙烷溶剂的250mL的结晶器中；

2)升温至55℃溶清，搅拌速率为250rpm；

3)120min内匀速降温至15℃；

4)15℃下恒温养晶5h，过滤，干燥，得9.8g晶种；

步骤2，结晶过程强化：

1)取340gm有机母液(质量浓度为0.16左右)，加入5.1g酸性活性炭粉末，在55℃油浴锅中，250rpm搅拌转速下，搅拌60min；

2)使用经预热的圆底烧瓶和漏斗对脱色母液进行过滤，迅速将过滤后的母液置于冰机控温为55℃下的结晶器中，60min内程序降温至45℃；

3)加入制备好的晶种3.0g；

4)45℃下养晶180min；

5)45℃下养晶结束后，180min内程序降温至10℃；

6)10℃下养晶300min，消耗剩余过饱和度；

7)10℃下养晶结束后过滤部分浆料，使用冰二氯乙烷(0℃)淋洗2～3遍，抽滤至无液滴低落，将湿产品转移至表面皿，此时湿重为22.00g，烘干后称重为20.70g。

对所得产品质量进行表征：含湿量为3.1％；如图5所示，干燥后得到稳定晶型(1晶型)固体产品；如图6所示，产品Dv(50)499μm；如图3所示，产品粒度大且均一，堆密度0.81g/cm³，定量含量98.35％。使用专利CN110078647A中的结晶方法得到硝磺草酮含湿量为13.7％，干燥后得到产品堆密度0.61g/cm³，定量含量97.73％，Dv(50)53μm，本方法制备得到的硝磺草酮产品质量有着明显的提高。

实施例2

步骤1，晶种制备过程：

1)取原始粉末产品14g，加入盛有100g二氯乙烷溶剂的250mL的结晶器中；

2)升温至50℃溶清，搅拌速率为200rpm；

3)240min内匀速降温至10℃；

4)10℃下恒温养晶3h，过滤，干燥，得8.7g晶种；

步骤2，结晶过程强化：

1)取329gm有机母液(质量浓度为0.17左右)，加入3.3g酸性活性炭粉末，在50℃油浴锅中，200rpm搅拌转速下，搅拌20min；

2)使用经预热的圆底烧瓶和漏斗对脱色母液进行过滤，迅速将过滤后的母液置于冰机控温为50℃下的结晶器中，20min内程序降温至40℃；

3)加入制备好的晶种1.7g；

4)40℃下养晶30min；

5)40℃下养晶结束后，60min内程序降温至10℃；

6)10℃下养晶30min，消耗剩余过饱和度；

7)10℃下养晶结束后过滤部分浆料，使用冰二氯乙烷(10℃)淋洗2～3遍，抽滤至无液滴低落，将湿产品转移至表面皿，此时湿重为17.40g，烘干后称重为16.68g。

对所得产品质量进行表征：含湿量为3.1％，干燥后得到产品，堆密度0.78g/cm³，打粉前定量含量98.20％，Dv(50)324μm；使用专利CN110078647A中的结晶方法得到硝磺草酮含湿量为13.7％，干燥后得到产品堆密度0.61g/cm³，定量含量97.73％，Dv(50)53μm，本方法制备得到的硝磺草酮产品质量有着明显的提高。

实施例3

步骤1，晶种制备过程：

1)取原始粉末产品15g，加入盛有100g二氯乙烷溶剂的250mL的结晶器中；

2)升温至53℃溶清，搅拌速率为230rpm；

3)120min内匀速降温至13℃；

4)13℃下恒温养晶4h，过滤，干燥，得9.1g晶种；

步骤2，结晶过程强化：

1)取247.4gm有机母液(质量浓度为0.17左右)，加入3.7g酸性活性炭粉末，在53℃油浴锅中，230rpm搅拌转速下，搅拌40min；

2)使用经预热的圆底烧瓶和漏斗对脱色母液进行过滤，迅速将过滤后的母液置于冰机控温为53℃下的结晶器中，40min内程序降温至43℃；

3)加入制备好的晶种1.5g；

4)43℃下养晶100min；

5)43℃下养晶结束后，120min内程序降温至13℃；

6)13℃下养晶130min，消耗剩余过饱和度；

7)13℃下养晶结束后过滤浆料，使用冰二氯乙烷(8℃)淋洗2～3遍，抽滤至无液滴低落，将湿产品转移至表面皿，此时湿重为32.8g，烘干后称重为30.9g。

对所得产品质量进行表征：含湿量为5.8％，干燥后得到产品，堆密度0.85g/cm³，打粉前定量含量98.11％，Dv(50)407μm；使用专利CN110078647A中的结晶方法得到硝磺草酮含湿量为13.7％，干燥后得到产品堆密度0.61g/cm³，定量含量97.73％，Dv(50)53μm，本方法制备得到的硝磺草酮产品质量有着明显的提高。

实施例4

步骤1，晶种制备过程：

2)升温至52℃溶清，搅拌速率为210rpm；

3)200min内匀速降温至10℃；

4)10℃下恒温养晶3h，过滤，干燥，得9.6g晶种；

步骤2，结晶过程强化：

1)取353gm有机母液(质量浓度为0.18左右)，加入3.5g酸性活性炭粉末，在52℃油浴锅中，220rpm搅拌转速下，搅拌40min；

2)使用经预热的圆底烧瓶和漏斗对脱色母液进行过滤，迅速将过滤后的母液置于冰机控温为52℃下的结晶器中，30min内程序降温至43℃；

3)加入制备好的晶种3.4g；

4)43℃下养晶110min；

5)43℃下养晶结束后，120min内程序降温至13℃；

6)13℃下养晶200min，消耗剩余过饱和度；

7)13℃下养晶结束后过滤部分浆料，使用冰二氯乙烷(3℃)淋洗2～3遍，抽滤至无液滴低落，将湿产品转移至表面皿，此时湿重为25.1g，烘干后称重为23.9g。

对所得产品质量进行表征：含湿量为4.6％，干燥后得到产品，堆密度0.83g/cm³，打粉前定量含量98.50％，Dv(50)426μm；使用专利CN110078647A中的结晶方法得到硝磺草酮含湿量为13.7％，干燥后得到产品堆密度0.61g/cm³，定量含量97.73％，Dv(50)53μm，本方法制备得到的硝磺草酮产品质量有着明显的提高。

实施例5

步骤1，晶种制备过程：

1)取原始粉末产品16g，加入盛有100g二氯乙烷溶剂的250mL的结晶器中；

2)升温至54℃溶清，搅拌速率为240rpm；

3)150min内匀速降温至10℃；

4)10℃下恒温养晶4h，过滤，干燥，得10.3g晶种；

步骤2，结晶过程强化：

1)取262gm有机母液(质量浓度为0.18左右)，加入2.6g酸性活性炭粉末，在53℃油浴锅中，230rpm搅拌转速下，搅拌30min；

2)使用经预热的圆底烧瓶和漏斗对脱色母液进行过滤，迅速将过滤后的母液置于冰机控温为53℃下的结晶器中，42min内程序降温至42℃；

3)加入制备好的晶种2.1g；

4)42℃下养晶150min；

5)42℃下养晶结束后，120min内程序降温至10℃；

6)10℃下养晶100min，消耗剩余过饱和度；

7)10℃下养晶结束后过滤部分浆料，使用冰二氯乙烷(6℃)淋洗2～3遍，抽滤至无液滴低落，将湿产品转移至表面皿，此时湿重为31.5g，烘干后称重为30.3g。

对所得产品质量进行表征：含湿量为3.8％，干燥后得到产品，堆密度0.84g/cm³，打粉前定量含量98.50％，Dv(50)389μm；使用专利CN110078647A中的结晶方法得到硝磺草酮含湿量为13.7％，干燥后得到产品堆密度0.61g/cm³，定量含量97.73％，Dv(50)53μm，本方法制备得到的硝磺草酮产品质量有着明显的提高。

实施例6

步骤1，晶种制备阶段：

2)升温至53℃溶清，搅拌速率为240rpm；

3)150min内匀速降温至10℃；

4)10℃下恒温养晶300min，过滤，干燥，得10.7g晶种；

步骤2，结晶过程强化：

1)取305g有机母液(质量浓度为0.16左右)，加入4g酸性活性炭粉末，在53℃油浴锅中，220rpm搅拌转速下，搅拌30min；

2)使用经预热的圆底烧瓶和漏斗对脱色母液进行过滤，迅速将过滤后的母液置于冰机控温为53℃下的结晶器中，50min内程序降温至43℃；

3)加入制备好的晶种2.5g；

4)43℃下养晶60min；

5)43℃下养晶结束后，120min内程序降温至10℃；

6)10℃下养晶120min，消耗剩余过饱和度；

7)10℃下养晶结束后过滤部分浆料，使用冰二氯乙烷(2℃)淋洗2～3遍，抽滤至无液滴低落，将湿产品转移至表面皿，此时湿重为20.8g，烘干后称重为19.7g。

对所得产品质量进行表征：含湿量为5.2％，干燥后得到产品，堆密度0.75g/cm³，打粉前定量含量98.06％，Dv(50)392μm；使用专利CN110078647A中的结晶方法得到硝磺草酮含湿量为13.7％，干燥后得到产品堆密度0.61g/cm³，定量含量97.73％，Dv(50)53μm，本方法制备得到的硝磺草酮产品质量有着明显的提高。

本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims

1.一种提高硝磺草酮晶体质量的结晶处理方法，其特征是包括晶种制备过程和结晶过程强化阶段；

晶种制备过程为：将硝磺草酮粉末原料溶于二氯乙烷溶剂中；50℃～55℃搅拌溶解；然后采用冷却结晶的方法，120～240min内降温至10℃～15℃，养晶，然后再经过滤、干燥，得到硝磺草酮晶种；

结晶过程强化阶段包括如下步骤：

3)加入有机母液的质量3％～5％经筛分的晶种；

4)40℃～45℃条件下养晶时间为30～180min；

6)将得到的初级晶体产品继续保留在结晶釜中悬浮，维持终点温度10℃～15℃不变，恒温养晶一段时间，养晶时间为30～300min；

7)养晶结束后，经过滤、淋洗、干燥，得到硝磺草酮产品。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是晶种制备过程中硝磺草酮粉末原料以质量比0.14～0.16:1溶于二氯乙烷溶剂中。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是晶种制备过程中50℃～55℃搅拌溶解，搅拌速率为200rpm～250rpm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是晶种制备过程中养晶时间为3～5h。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是结晶过程强化阶段步骤1)中搅拌脱色，脱色时间为20～60min，搅拌速率为200rpm～250rpm。

6.如权利要求1所述的方法，其特征是结晶过程强化阶段步骤2)中程序降温，降温速率为10～45℃/h。

7.如权利要求1所述的方法，其特征是结晶过程强化阶段步骤3)中添加晶种，晶种粒径范围为150～450μm。

8.如权利要求1所述的方法，其特征是结晶过程强化阶段步骤5)中程序降温，降温速率为8～35℃/h。

9.如权利要求1所述的方法，其特征是结晶过程强化阶段步骤7)中产品淋洗，使用0～10℃的二氯乙烷淋洗。