除草剂苯唑草酮的合成工艺优化研究

日期:08-25-2026

苯唑草酮（topramezone）是由巴斯夫公司开发的首个苯甲酰吡唑酮类除草剂，属于对羟基苯基丙酮酸酯双氧化酶（HPPD）抑制剂。苯唑草酮通过特异性抑制杂草体内HPPD的活性，阻断类胡萝卜素生物合成，导致杂草白化死亡。其具有杀草谱广、对作物安全性高、兼容性好及低毒环保等显著优势，广泛适用于玉米田芽后茎叶处理，对禾本科杂草和阔叶杂草均表现出优异防效。

图1 苯唑草酮的结构式

一、苯唑草酮合成工艺概述

根据文献与专利调研，目前苯唑草酮的代表性合成工艺路线主要归纳为以下三类。

（1）德国巴斯夫原研路线。 巴斯夫在其核心合成专利（CN1495158A、US6525204B1） 中构建了完整的合成技术壁垒，对苯唑草酮以及各中间体的制备方法进行了保护。 基于不同的起始原料，具体又衍生出3条合成路线。

路线1：以2,3-二甲基硝基苯为起始原料，经邻位甲基选择性肟化、成环、加氢还原、重氮化、溴化、氧化反应，最终与１⁃甲基⁃５⁃羟基吡唑缩合制备得到苯唑草酮。 该路线起始原料简单易得，合成步骤较短，但因涉及重氮化、催化加氢等高危工艺，工业化放大难度较大。 合成路线见图2。

图2 苯唑草酮合成路线1

路线2：以２⁃甲基⁃３⁃氨基苯甲酸甲酯为起始原料，经硫氰根取代、还原、溴化、二次还原、氧化、肟化、成环、二次氧化反应，最终与１⁃甲基⁃５⁃羟基吡唑缩合制备得到苯唑草酮。该路线不仅起始原料价格昂贵，合成步骤冗长，且多次涉及氧化与还原反应，操作繁琐复杂，总 收率较低。 因此，工业化生产难度较大。 具体合成路线见图3。

图3 苯唑草酮合成路线2 

路线3：以２,３⁃二甲基苯胺为起始原料，经重氮化、溴代、氧化、肟化及成环反应，最终与１⁃甲基⁃５⁃羟基吡唑缩合制备得到苯唑草酮。相比于路线1和路线2，该工艺路线不仅原料成本较低，而且合成路线简单经济，缩短了反应步骤和时间，总收率相对较高，适合工业化放大生产。 合成路线见图4。

图4 苯唑草酮合成路线3

因专利保护和技术经济性限制，巴斯夫公开的前两条原始合成路线未在国内实现规模化应用。 目前，国内生产主要采用路线3。 该路线总收率相对较高，适合工业化放大生产。

（2）日本曹达公司在专利US6147031A1 中公开了一种苯唑草酮合成方法（路线4）。 该路线以２,３⁃二甲基⁃４⁃（甲基磺酰基） 苯甲酸甲酯为起始原料，经溴化、氧化、肟化、成环、水解、酰氯化反应，最终与１⁃甲基⁃５⁃羟基吡唑盐酸盐缩合得到目标物苯唑草酮。 该路线起始原料不易获取，且合成步骤较长；特别是在溴化反应中，采用NBS引入溴甲基并进一步转化为醛基的过程，反应选择性较差。 受限于此，目前未见该路线的工业化生产。 合成路线见图5。

图5 苯唑草酮合成路线4

（3）中国药科大学在专利CN103788083A中报道了一种制备除草剂苯唑草酮的方法（路线5）。 该路线以２,３⁃二甲基硝基苯为起始原料，经邻位选择性肟化、成环、氯化亚锡还原、重氮化、溴代、羧基化、氧化，最终在碱性条件下与 １⁃甲基⁃５⁃羟基吡唑缩合制备得到苯唑草酮。 该路线不仅步骤较长，而且反应中使用到危险性较大的正丁基锂，存在显著安全隐患，未见工业化生产前景。 工艺路线见图6。

图6 苯唑草酮合成路线5

合成路线创新

尽管苯唑草酮的合成工艺已日趋成熟，但在其产业化进程中仍面临诸多技术瓶颈。一是关键中间体制备工艺复杂、反应步骤冗长，且收率偏低，导致生产成本居高不下；二是传统合成工艺采用的溴化/卤化等反应存在收率低、″三废″排放量较大等问题，且所用试剂多具有毒性，给安全生产与环境保护带来双重压力；三是工艺的原子经济性优化不足，缺乏对废气治理、溶剂回收利用等的系统优化。

为突破上述瓶颈，利民控股集团股份有限公司研究团队许辉、葛凤敏、石卫等在《农药》期刊发表研究成果，在现有工艺路线的基础上，开发了一条高效、环保、经济的工业化合成路线。新路线以价廉易得的2,3-二甲基苯胺为起始原料，经重氮化、溴化、氧化、肟化、成环和插羰化等6步反应制备苯唑草酮，六步总收率约21.0%（以2,3-二甲基苯胺计），具有步骤少、成本低、″三废″排放量显著减少等特点。

新路线的核心创新在于以来源广泛、价格低廉的2,3-二甲基苯胺替代传统路线中昂贵的2,3-二甲基硝基苯或2-甲基-3-氨基苯甲酸甲酯等起始原料，并通过工艺革新大幅降低″三废″排放，提升各步反应的选择性与收率。优化后的合成路线如下：

图7  苯唑草酮新合成路线

中间体1（2,3-二甲基苯甲硫醚）的合成： 以2,3-二甲基苯胺为起始原料，经重氮化后与甲硫醇钠反应制得。创新性地采用NaNO₂/HCl/CH₃SNa重氮盐体系替代传统工艺中价格昂贵的亚硝酸叔丁酯与二甲基二硫醚，大幅降低原料采购成本，同时显著减少了含硫恶臭气体的排放。经优化，以92.48%的收率获得中间体1（质量分数90.72%）。

中间体2（2,3-二甲基-4-甲硫基溴苯）的合成： 中间体1在溴素/乙酸钠/二氯乙烷体系中于30℃溴化制得。添加无水乙酸钠作为缚酸剂，有效吸收反应产生的溴化氢气体，避免多溴代、异构化等副反应；以二氯乙烷替代传统冰醋酸溶剂，简化后处理流程，减少废水量。收率91.88%。

中间体3（2,3-二甲基-4-甲磺酰基溴苯）的合成： 中间体2在无水乙醇中经30%双氧水/钨酸钠体系氧化制得。以无水乙醇替代传统溶剂冰醋酸，产物质量分数从92%显著提升至99%以上，外观由浅棕色优化为淡黄色；同时后处理废水量减少75%以上，大幅降低了环保处理成本。收率85.43%。

中间体4（3-溴-2-甲基-6-甲磺酰基苯甲醛肟）的合成： 中间体3在DMF中于-35℃经亚硝酸叔丁酯/叔丁醇钾体系肟化制得。系统考察了3种亚硝酸酯试剂，亚硝酸叔丁酯展现出最优的反应选择性与转化效率（原料转化率接近100%）。经优化，收率68.1%（质量分数93.86%）。

中间体5（3-（3-溴-2-甲基-6-甲磺酰基苯基）-4,5-二氢异噁唑）的合成： 中间体4在次氯酸钠水溶液/二氯乙烷体系中，与乙烯气体于2.0 MPa压力下25℃环合反应12 h制得。收率71.6%。

目标产物（苯唑草酮）的合成： 中间体5在钯催化体系下，与1-甲基-5-羟基吡唑在CO气氛中经插羰化反应偶联制得。最优条件为：PdCl₂/Ph₃P催化体系，K₂CO₃为缚酸剂，二氧六环为溶剂，CO压力6 MPa，130℃反应10 h，收率60%（以中间体5计）。产品熔点为221.3℃，纯度符合要求。

经系统优化，该六步合成路线展现出三大核心优势：

原料成本结构性降低： 新路线以价廉易得的2,3-二甲基苯胺（大宗化工原料）为起点，替代了路线2中昂贵的2-甲基-3-氨基苯甲酸甲酯。特别是在中间体1的合成中，以NaNO₂/HCl/CH₃SNa体系替代传统工艺中亚硝酸叔丁酯与二甲基二硫醚，采购成本显著降低，且供应渠道稳定，从源头上控制了生产成本。

″三废″排放显著减少： 工艺改进贯穿全流程。中间体2以二氯乙烷替代冰醋酸，减少了酸性废水量；中间体3以无水乙醇替代冰醋酸，废水量减少75%以上，且产物纯度显著提升；中间体1的新重氮盐体系大幅降低了含硫恶臭气体的排放，改善了操作环境，减轻了废气处理压力。

操作安全性提升： 新路线规避了路线1中的催化加氢高危工艺、路线5中的正丁基锂使用等安全隐患，各步反应条件温和（最高温度130℃，最高压力6 MPa），均在工业上成熟的加压反应釜可操作范围内，安全性显著优于多条对比路线。

总体而言，该研究为苯唑草酮的工业化生产提供了一条原料易得、步骤简洁、成本可控、环境友好的崭新路径。通过系统性的工艺革新——″重氮盐体系替代″″缚酸剂+溶剂替换″″氧化体系溶剂优化″″肟化试剂筛选″等多点突破，使原合成路线在保持路线3简洁骨架的同时，在成本控制与绿色环保两个维度上实现了显著提升，对HPPD抑制剂类除草剂的绿色工业化生产具有重要示范意义。

论文来源： 

[1]许辉,葛凤敏,石卫.除草剂苯唑草酮的合成工艺研究[J].现代农药,2026,25(3):62-66+91.

链接: https://link.cnki.net/urlid/32.1639.TQ.20260817.1000.020

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