CN112358369A - 一种硝化抑制剂的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硝化抑制剂的合成方法，包括：(1)在酸的催化下，3,4‑二甲基吡唑与富马酸进行反应，得到中间反应液；(2)将步骤(1)得到的中间反应液进行蒸馏，然后加入水溶液升温溶解，保温2～3小时后，再经过脱色、过滤、冷却和结晶得到所述的硝化抑制剂；所述的硝化抑制剂为2‑(3,4‑二甲基‑1H‑吡唑‑1‑基)丁二酸和2‑(2,3‑二甲基‑1H‑吡唑‑1‑基)丁二酸的混合物。该合成方法原料价廉易得，反应条件都比较温和，操作简单，对设备要求低，对环境污染小，收率高，纯度好，经工业化大生产，产物总收率高达97％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种硝化抑制剂的合成方法，该硝化抑制剂为2-(3,4-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸和2-(2,3-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸的混合物，特别涉及以3,4-二甲基-1H-吡唑、富马酸等原料制备2-(3,4-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸和2-(2,3-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸的混合物的合成方法。
背景技术
添加到土壤中的氮肥容易发生许多不需要的生物和化学转化过程，例如：硝化、淋溶、蒸发等，这些转化过程会降低目标植物可吸收氮的水平。例如硝化过程，通过该过程某些广泛出现在土壤中的细菌会代谢土壤中的铵态氮，使铵态氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐形态的氮，这些氮更容易通过淋溶或蒸发从土壤中流失。
由于硝化导致可利用的氮减少，因而必需添加较多富含氮的肥料以补充植物可利用的农业活性氮的损失。铵类化合物在土壤中在相当短的时间内被微生物转化为硝酸盐(硝化作用)。然而，硝酸盐可以从土壤中萃取处理，萃取的部分不能再用作植物营养，并且由于该原因，快速硝化是不合需要的。因此，为了更有效地利用肥料，硝化抑制剂被添加到肥料中。
一组已知的硝化抑制剂是吡唑类化合物。吡唑类化合物作为硝化抑制剂使用时伴随的一个问题是它们的高挥发性。因此，当包含吡唑类化合物的肥料制剂存贮时，由于蒸发，导致了活性组分的持续损失。在诸多吡唑类化合物的应用中，吡唑类化合物作为氮肥硝化抑制剂而形成的缓释肥料引起了世界各国的普遍关注。由于吡唑类化合物的熔点和分解温度较低，不能直接溶解在尿素溶液中造粒，人们通常将吡唑类化合物转化为吡唑衍生物(例如2-(3,4-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸、2-(2,3-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸等)后加入到尿素中形成新型肥料或缓释尿素。
公开号为CN 106068252 A的中国专利申请公开了一种硝化抑制剂的合成方法，该合成方法以3,4-二甲基吡唑和/或马来酸和/或马来酸酐为原料，在50％浓度的乙酸中进行反应，反应时间为16小时，反应温度为100℃，反应收率为92％(以混合物计)。
发明内容
本发明的目的是提供一种硝化抑制剂的合成方法，该合成方法操作简单，并且得到的产物的收率更高。
一种硝化抑制剂的合成方法，包括：
(1)在酸的作用下，3,4-二甲基吡唑与富马酸进行反应，得到中间反应液；
(2)将步骤(1)得到的中间反应液进行减压蒸馏，除去大部分酸之后，加入水或含水溶液继续保温反应2～3小时，然后经过后处理得到所述的硝化抑制剂；
所述的硝化抑制剂为2-(3,4-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸和2-(2,3-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸的混合物。
本发明人在试验过程中发现，在反应的起始阶段，加入高浓度的酸进行加成反应，降低初始阶段水分的含量，然后在加成反应基本完成之后，再加入水或者含水溶液继续反应，能使反应基本以定量的方式得到硝化抑制剂。
作为优选，步骤(1)中，所述的酸为甲酸或者乙酸。
作为优选，步骤(1)中，所述的富马酸分批加入，加入温度为20～50℃。所述的富马酸分批加入，可以减少副反应的发生，提高反应的收率。
作为优选，步骤(1)中，反应温度为90-105℃，反应时间为10～15h。
作为优选，步骤(2)中，蒸馏除去80～90wt％的酸，再加入水或含酸水溶液。
作为优选，步骤(2)中，所述的含水溶液为甲酸水或乙酸水。
作为优选，步骤(2)中，所述的后处理包括：
加入活性炭，保温后热过滤，得到滤液经冷却、结晶、过滤，得到滤饼和滤液，滤饼为硝化抑制剂产品。作为进一步的优选，得到的滤液作为水或者含水溶液套用。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
原料价廉易得，反应条件都比较温和，操作简单，对设备要求低，对环境污染小，收率高，纯度好，适合工业化大生产，产物总收率高达97％以上，2-(3,4-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸和2-(2,3-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸的混合物含量在99％以上。
附图说明
图1为实施例1得到的产品的HPLC图谱；
图2为实施例2得到的产品的HPLC图谱；
图3为实施例3得到的产品的HPLC图谱；
图4和图5为实施例1得到的产品的液相质谱图。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
向反应瓶中加入250g甲酸，控温在25-30℃加入3，4-二甲基吡唑60.2g(0.62mol，含量99％)，加毕，搅拌30分钟后，分批加入富马酸70.3g(0.6mol，含量99％)，投料完毕，缓慢升温至98-103℃回流反应12小时，然后蒸馏出甲酸210g后，加入水360g，升温至98-108℃回流反应2小时，加入5g活性炭，保温30分钟后热过滤，滤液经冷却结晶、过滤，滤饼经真空干燥得124.3g产品，收率：97.3％(以富马酸计)，HPLC含量99.7％(2-(3,4-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸和2-(2,3-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸的混合物合计含量，峰面积分别为93.323％和6.363％)。
实施例2
向反应瓶中加入250g乙酸，控温在25-30℃加入3，4-二甲基吡唑60.2g(0.62mol，含量99％)，加毕，搅拌30分钟后，分批加入富马酸70.3g(0.6mol，含量99％)，投料完毕，缓慢升温至110-120℃回流反应12小时，然后蒸馏出乙酸210g后，加入水360g，升温至98-103℃回流反应2小时，加入5g活性炭，保温30分钟后热过滤，滤液经冷却结晶、过滤，滤饼经真空干燥得119.8g产品，收率：93.9％(以富马酸计)，HPLC含量99.8％(2-(3,4-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸和2-(2,3-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸的混合物合计含量，峰面积分别为72.851％和26.917％)。
实施例3
向反应瓶中加入250g乙酸，控温在25-30℃加入3，4-二甲基吡唑60.2g(0.62mol，含量99％)，加毕，搅拌30分钟后，分批加入富马酸70.3g(0.6mol，含量99％)，投料完毕，缓慢升温至110-120℃回流反应12小时，然后蒸馏出乙酸210g后，加入实施例2中经结晶后的滤液360g，升温至98-103℃回流反应2小时，加入5g活性炭，保温30分钟后热过滤，滤液经冷却结晶、过滤，滤饼经真空干燥得123.1g产品，收率：96.5％(以富马酸计)，HPLC含量98.7％(2-(3,4-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸和2-(2,3-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸的混合物合计含量，峰面积分别为93.599％和5.144％)。
实施例4
向1000L反应釜中泵入经计量的250Kg乙酸，控温在25-30℃加入3，4-二甲基吡唑60.2Kg(0.62Kmol，含量99％)，加毕，搅拌30分钟后，控温在35℃以下，用1小时从计量槽中滴加富马酸70.3Kg(0.6Kmol，含量99％)，滴加完毕，缓慢升温至110-120℃回流反应12小时，回流反应完毕，然后蒸馏出乙酸210Kg(套用于实施例5)后，加入水360Kg(，升温至98-103℃回流反应2小时，加入2.5Kg活性炭，保温30分钟后经专用活性碳循环热过滤器循环，至滤液澄清后转入结晶釜，滤液经冷却结晶、过滤，得滤液380Kg(套用于实施例5)，得滤饼经真空干燥得121.8Kg产品，收率：95.5％(以富马酸计)，HPLC含量99.6％(2-(3,4-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸和2-(2,3-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸的混合物合计含量)。
实施例5
向1000L反应釜中泵入经计量的250Kg乙酸(套用乙酸210Kg，新鲜乙酸40Kg)，控温在25-30℃加入3，4-二甲基吡唑60.2Kg(0.62Kmol，含量99％)，加毕，搅拌30分钟后，控温在35℃以下，用1小时从计量槽中滴加富马酸70.3Kg(0.6Kmol，含量99％)，滴加完毕，缓慢升温至110-120℃回流反应12小时，回流反应完毕，然后蒸馏出乙酸210Kg后，加入实施例4的滤液360Kg，升温至98-103℃回流反应2小时，加入2.5Kg活性炭，保温30分钟后经专用活性碳循环热过滤器热循环，至滤液澄清后转入结晶釜，滤液经冷却结晶、过滤，得滤液380Kg，得滤饼经真空干燥得123.9Kg产品，收率：97.2％(以富马酸计)，HPLC含量99.3％(2-(3,4-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸和2-(2,3-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸的混合物合计含量)。
Claims (8)
1.一种硝化抑制剂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在酸的作用下，以3,4-二甲基吡唑与富马酸进行反应，得到中间反应液；
(2)将步骤(1)得到的中间反应液进行减压蒸馏，除去大部分酸之后，加入水或含水溶液继续保温反应2～3小时，然后经过后处理得到所述的硝化抑制剂；
所述的硝化抑制剂为2-(3,4-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸和2-(2,3-二甲基-1H-吡唑-1-基)丁二酸的混合物。
2.根据权利要求1所述的硝化抑制剂的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的酸为甲酸或者乙酸。
3.根据权利要求1所述的硝化抑制剂的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的富马酸分批加入，加入温度为20～50℃。
4.根据权利要求1所述的硝化抑制剂的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，反应温度为90-105℃，反应时间为10～15h。
5.根据权利要求1所述的硝化抑制剂的合成方法，其特征在于，步骤(2)中，蒸馏除去80～90wt％的酸。
6.根据权利要求1所述的硝化抑制剂的合成方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的水溶液为甲酸水或乙酸水。
7.根据权利要求1所述的硝化抑制剂的合成方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的后处理包括：
加入活性炭，保温后热过滤，得到滤液经冷却、结晶、过滤，得到滤饼和滤液，滤饼为硝化抑制剂产品。
8.根据权利要求1所述的硝化抑制剂的合成方法，其特征在于，得到的滤液作为水或者含水溶液套用。
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