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新虫 (初入文坛)

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专业: 绿色有机化学

[交流] 农药合成大突破！连续流技术让关键中间体生产更安全、高效、优质。已有1人参与

在农业生产中，高效、低毒、低残留的除草剂是保障作物产量与生态环境平衡的重要支撑。克草特（Clethodim）作为环己烯酮类除草剂的杰出代表，自 1987 年上市以来，凭借其高选择性和环境友好特性，成为全球最畅销的除草剂品种之一。而（E）-O-（3 - 氯 - 2 - 丙烯基）羟胺作为合成克草特的核心中间体，其生产工艺的优劣直接决定了除草剂的品质、成本与安全性。
近日，一项发表于《Journal of Flow Chemistry》的研究带来了突破性进展 —— 科研团队开发出一种高效的连续流合成工艺，成功解决了传统批量合成该中间体时存在的诸多痛点，为农药中间体的绿色工业化生产提供了全新方案。
传统批量合成的三大 “拦路虎”
长期以来，工业上主要通过批量合成法生产（E）-O-（3 - 氯 - 2 - 丙烯基）羟胺，但该工艺存在难以克服的缺陷：
安全风险高：反应过程中会剧烈放热，导致温度急剧升高，不仅可能引发副反应，还极易造成安全事故；
生产效率低：整个合成过程耗时漫长，传统批量反应往往需要数小时甚至数十小时，严重制约了生产产能；
产品品质差：产物纯度普遍较低，通常需要额外的提纯步骤，既增加了生产成本，又降低了生产效率。
尽管已有多种批量合成路线被报道，但要么反应操作复杂（如需要持续移除产物以推动平衡反应），要么存在放热剧烈、纯度不足等问题，难以满足工业化生产的高效、安全需求。
连续流技术的 “三大优势”：安全、高效、优质
针对传统工艺的弊端，科研团队创新性地采用连续流合成技术，以易于获取的盐酸羟胺为起始原料，通过三步化学转化实现了目标中间体的高效合成。该技术之所以能实现突破，核心在于其独特的反应体系设计：
更安全的反应过程
连续流系统通过微反应器和精准的温度控制，有效解决了批量反应中剧烈放热的问题。反应物料在封闭的微通道内连续流动，热量能够快速、均匀传递，避免了局部温度骤升，从根本上降低了安全风险，让生产过程更可靠。
效率的跨越式提升
通过对反应温度、停留时间、物料流速等参数的系统优化，连续流工艺将总反应时间从传统批量法的数小时缩短至仅 18 分钟。其中，酰胺缩合反应在室温下仅需 70 秒即可完成，醚化反应也仅需 7 分钟，大幅提升了生产效率，为工业化放大提供了核心支撑。
更高的产品品质
借助连续流技术优异的传质传热性能和精准的反应控制，产物纯度达到 96%，远超传统批量反应的产品纯度。同时，该工艺的分离收率达到 70%，虽略低于部分优化后的批量反应，但综合考虑时间成本和安全成本后，其工业应用价值更为显著。
工艺优化的关键突破点
为实现最优合成效果，科研团队进行了多维度的工艺优化：
1.反应器升级：将传统盘管反应器替换为模块化陶瓷反应器，增强液体湍流效果，提升混合效率，使酰胺缩合反应收率从 76% 提升至 96%；
2.混合系统改进：通过双 T 型混合器设计，解决了不同物料流速差异导致的混合不均问题，将醚化反应产物纯度提升至 95%；
3.水解条件优化：采用预混合策略和 PTFE 耐腐蚀设备，在 65℃、10 分钟停留时间下实现了 96% 的水解产物纯度，避免了因酸性环境不均导致的反应不完全。
最终，该连续流工艺实现了 12.84 克 / 小时的生产通量，总停留时间仅 18 分钟，完美平衡了产能、纯度与安全性。
绿色化工的未来方向
连续流合成技术作为绿色化工领域的重要发展方向，不仅在农药中间体合成中展现出巨大潜力，还在医药、精细化工等多个领域得到广泛应用。其核心优势在于能够精准控制反应条件、减少能源消耗、降低废弃物产生，与绿色化学的发展理念高度契合。
此次（E）-O-（3 - 氯 - 2 - 丙烯基）羟胺连续流合成工艺的开发，不仅为克草特的高效生产提供了技术支撑，也为其他农药中间体的合成提供了可借鉴的思路。随着连续流技术的不断成熟和工业化应用的推进，未来将有更多高污染、低效率的传统化工工艺被替代，为农业绿色发展和生态环境保护注入新的动力。
这项研究由浙江工业大学、复旦大学等单位的科研团队共同完成，得到了国家重点研发计划等项目的支持。相关成果已发表于《Journal of Flow Chemistry》（DOI: 10.1007/s41981-025-00348-1），为农药合成行业的技术升级提供了重要参考。