（续上期）
2.6 气相制MDP生产线
装置分为合成和分离两部分，见图8和图9。简述如下。
图8为MDP合成反应装置：三氯化磷混入2～7 mol%四氯化碳（管线1、2）和甲烷（管线4），经5循环蒸发器进入7管式反应器，7分成2个区：7a预热区（温度501～650 ℃），7b主加热区，下部加热区外各装一固体分离器（7c、7d），用于收集沉积物。高温产物经文丘里管进入11淬冷柱（-40～-55℃），文丘里管带入骤冷液，是溶在一起的有机钡和非离子型表面活性剂稳定剂（管33）。
图8 MDP合成反应装置
氯化氢和甲烷从11淬冷柱上部出，导至17洗气塔，下部喷淋水回收盐酸，塔中部装泡罩塔盘喷淋稀碱液，上部出的甲烷与新鲜甲烷（管线3）合并，泵入硅胶干燥器22，水分＜25 mg/L后，进入管线4。
生成的MDP、副产和未反应的三氯化磷在11淬冷柱底部，由13泵至24循环蒸发器，进一步脱去低沸点组分后，下部出料至29薄膜蒸发器，上部馏出三氯化磷和MDP，残液从管31排出。馏出物经冷凝器30液化，管31导出，此为MDP粗品，含MDP 15%～25%，四氯化碳1%～2%，三氯化磷平衡量。
图9为MDP精馏塔：为得到99%纯度的MDP，蒸馏第一段需80～130理论塔板，回流比10∶1至20∶1。蒸馏第二段需20～30理论塔板，回流比2︰1至5︰1。图中蒸馏柱3装有130块塔板，MDP粗品组成：17% (w/w) MDP、2.0% CCl4、1.1% CHCl3、0.2% POCl3、0.2%不明组分、平衡量PCl3。
此粗产品由导管1从柱3的第68塔板以设定速率进入。乙氧基化C16～C18直链脂肪醇由导管2以设定速率进入，另外，POCl3 通过导管17以设定速率进入循环蒸发器4，粗产品加热到102～104℃时沸腾，于是到达冷凝器5主组分PCl3仍含CHCl3和CCl4，调回流比15︰1，导管7移出的混合液转移至图8的反应装置。
图9 MDP精馏塔
当循环蒸发器4不含PCl3时，蒸馏柱3下部料以设定速率由管8进入第二段的柱9，MDP从柱顶至冷凝器10，回流比2︰1，纯的MDP在管13收集。柱9底液以设定速率进入薄膜蒸发器14，蒸出的POCl3仍含MDP，走管16与管17相连，再进入循环蒸发器4。
高沸点料和乙氧基化C16～C18直链脂肪醇从管18排出。
上述操作无时间周期限制，可蒸馏生产纯的MDP。
3 国内草铵膦展望
3.1 坚持仿制之路
目前国产草铵膦的HPLC谱图，杂质峰的位置与拜耳作物科学公司的不同，而且在主峰前有小峰，显示有高沸点物残留；HPLC谱图已表明，工艺路线与拜耳作物科学公司不同。
国内制备草铵膦的研究报告，大都会来一番路线筛选。然而国内企业的产品如果要销售到欧美市场，就应按拜耳的路线生产。
既然是仿制首先要一心一意、亦步亦趋地遵循其工艺路线，然后再追求超越。
拜耳作物从制甲基二氯化膦开始至草铵膦成品，连续化自动化生产、无溶剂、无臭味和几乎无废渣的洁净工艺。每吨原药的原料成本，笔者估计￥3万元，能耗￥1万元。
左旋草铵膦是天然物，可能不易产生抗药性，寿命周期长，估计草铵膦未来50年不会淘汰。
现在草铵膦价格约为草甘膦的8倍，比较其性价比时，应计入田间施用的人力成本等，国内草铵膦的合适价格应是草甘膦的4倍。笔者预言，3年之内草铵膦95%原药价格将下降至12万元/吨，国内将出现万吨级装置。
3.2 仿制之路无坦途
（1）技术沟壑
拜耳草铵膦专利已过保护期，内容都是公开的，都已经告诉你怎样做了，你怎么还是做不好？
按照拜耳专利，须逾越两个坎，先说第二个，MPE与ACA膦化采用Michael自由基加成，而关于Michael自由基加成的工作，国内是空白，国内学者未曾涉及过。第一个坎MDP，后面专门讨论。
如果没有更强有力的研发力量，这两个坎，尤其是MDP，可能是无法逾越的。
（2）设备工程问题
国产草铵膦成品的HPLC谱图主峰前有小峰，显示有高沸点物残留，拜耳则无。拜耳的工艺中，加成物减压至0.2 mmHg精馏，塔顶产物，无色透明液体。
国内药企做半合抗的中间体时用到这类设备，农药企业较少用。这类减压蒸馏设备和化工机器，制造安装都不易，更要紧是日常维护，需要一批技术人员。
（3）投资问题
化工行业是资金密集型重工业，以拜耳的MDP装置为例，甲烷和PCl3反应后，需4个塔，尤其是130塔板的精馏塔等，价格不菲。江浙沿海夏季常有台风，基建花费更多。
还要顾虑技术泄密问题，假如技术扩散，一哄而上，相互压价，将导致生产线投资难以收回。
（4）与拜耳潜在冲突
拜耳的草铵膦价格高，一是独此一家，二是MDP来不及生产。一旦我国国内产量上来，如果是Michael自由基加成工艺，则价格战；如果是Strecker含氰工艺，则知识产权战，拜耳2000年申请了专利，纷争难免。国内企业宜未雨绸缪，从长计议。
（5）环境保护和安全
MDP与黄磷一样能自燃，含氰废水治理等，都不可忽视。
以下回到MDP，第一个坎。
3.3 甲基二氯化膦是一道坎
MDP合成难度大，但究竟有多大，从日本明治制菓知难而退就能了解多半。
明治制菓Minowa 1983年申请的美国专利中提到：① MDP大规模工业生产是困难的；② MDP因腐蚀性和遇水燃烧，需要复杂的反应设备；③ 三元络合物法需大量的氯化铝、氯化钾和温度高达110～120℃，接下来分离产品困难、收率低；④ 甲烷与三氯化磷需600℃高温，使生成副产和目标产物收率很低。
明治制菓此后再无合成MDP的文章出现。
殊不知，在Minowa 1983年申请美国专利时，Hoechst（后与拜耳合并）已开始用MDP做膦环阻燃剂了。
Hoechst 1978年公布了用长度20米不锈钢Hastelloy C（哈氏合金）管，该管内容29 L。后来又有专利谈到，产生的MDP质量空速从590 g/L/h提高至940 g/L/h，其中量纲g/L/h即每小时1 L反应容积产生的物质的质量（g）。从此可计算出该20 m长度的不锈钢管，每小时可产生MDP 17.1～27.2 kg，约0.5 t/d。
这套气相合成装置，600℃部分不难建，难在其后的分离；估计2/3投资花在塔设备。骤热骤冷而且是深冷，耗能较大。
MDP是无色透明液体，沸点79～82℃，密度1.3。与三氯化磷不同的是，遇空气（氧气）起火，遇潮气起烟雾；在空气中的火焰不向上窜，像烛火；笔者观察其对不锈钢的腐蚀性是轻微的。
MDP合成难度大，是否可以绕过MDP？
日本人确实这样做了，图10的2个例子，对我国国内生产草铵膦有过直接影响。
图10 日本绕过甲基二氯化膦制磷碳键化合物
明治制菓放弃了合成MDP，并未放弃研制草铵膦，用格氏反应得到磷碳键，做出了MDP的下游产物乙烯膦。以亚磷酸三甲酯起始，经自身Arbuzov反应得甲基膦酸二甲酯，与五氯化磷反应得甲基甲氧基膦酰氯，再与乙烯基溴化镁格氏反应，得乙烯(甲基)膦酸甲酯，即乙烯膦。这3步反应都需分离。
日产化学用乙烯利的前体亚磷酸三(2-氯乙基)酯，与三氯化磷酯交换，得二(2-氯乙氧基)亚磷酰氯，再与甲基溴化镁格氏反应得甲基亚膦酸二(2-氯乙基)酯。见图10。
日本人为达目的而百折不挠的性格可见一斑。
格氏反应的特点是：① 需用烷基卤化镁，忌水；② 需要用极性溶剂如乙醚或四氢呋喃等；③ 低温操作，需冷冻机组，耗能大；④ 通常收率不高。
实际上，还有两条路线可绕过MDP制得甲基亚膦酸二烷酯，以后有机会再谈。
绕过MDP是可以的，格氏反应是不可取的。
3.4 甲基二氯化膦攻关经略
国内市场对质优价廉的草铵膦需求殷切，要走通拜耳路线，必须直面MDP，形势逼人，已是非解决不可了。
笔者曾提到过制备MDP可分为5条路线：① 甲烷和PCl3；② 氯甲烷和红磷；③ 三氯化磷和三甲基铝；④ 三氯化磷和甲基氯化铝；⑤ 三元（氯甲烷、三氯化铝和三氯化磷）络合物。仍按此序，逐一说来。
（1）甲烷和三氯化磷
对拜耳来说是成熟工艺，装置投资不菲，产物的能耗费用与原料费用几乎等值。若要建此装置，国内的化工容器、管件和化工机械的市场不够成熟，即便投入与拜耳一样多的钱，也难达到拜耳水准。
（2）氯甲烷和红磷
瑞士人Ludwig Maie，把100 g红磷、20 g铜或锌粉和玻璃纤维混合后，置于Pyrex管（高硼硅玻璃管）加热到300℃，先常压加氢1 h，再300℃通氯甲烷10 h，逸出的气流冷凝后120 g，分馏得氯甲烷（无数据）、8g Me2PCl、59 g MDP，蒸残物含较多黄磷。未说Pyrex管中剩多少料。
看来氯甲烷和红磷反应单程收率尚可，假如原料全部充分利用会如何，值得再试。
（3）三氯化磷和三甲基铝
Me3Al＋3PCl3→3MePCl2＋AlCl3，三甲基铝1摩尔72 g，理论可得MDP 350 g。
国内光电行业用三甲基铝作原料的企业不少，但国内尚不能生产，只有美国德国两家公司有供，卖到中国200万元/t。中石油在西北的某研究院上了三甲基铝中试装置，因产品质量未过关，放弃了。
（4）三氯化磷和甲基氯化铝
甲基二氯化铝和等摩尔二甲基一氯化铝混合物，称甲基氯化铝倍半物，是三甲基铝的原料，国内尚不能生产。
（5）三元（氯甲烷、三氯化铝和三氯化磷）络合物
为生成三元络合物CH3PCl4·AlCl3，就要让氯甲烷更多留在体系里，通常需用溶剂如二氯乙烷等，加3 kgf压力，也有用玻璃瓶做，不加压，装回流冷凝器用干冰把氯甲烷回流下来，效果差些。
出料分离三元络合物CH3PCl4·AlCl3这个固体，抽滤，用溶剂洗净三氯化磷，否则三氯化磷会带到产物MDP中，此手续需隔绝空气在干燥的氮气保护下操作。再把固体回投到带搅拌的釜中，美国人用铝粉还原、日本人滴加黄磷和德国人加氢还原，各有利弊。
用氯化钠解络合，140℃游离出甲基二氯化膦，易致甲基二氯化膦分解为二甲基一氯化膦和三氯化磷。
收率计算以投料最少的三氯化铝计，不妥。应计三氯化磷的转换率和MDP选择性，否则估算不了真实成本。此法与规模化生产有较大距离。
3.5 给国内草铵膦工厂的建议
（1）格氏反应制甲基亚膦酸二乙酯，应加强对反应的中控，在出料前做好过量甲基氯化镁的分解工序，以保证下道操作安全。现代合成化工的目标产物的收率是可重现的、可预期的。
（2）甲基亚膦酸二乙酯于常压近其沸点（122℃）时会自动Arbuzov反应，该酯的纯度越高越容易发生；Arbusov反应会剧烈放热，所以使用甲基亚膦酸二乙酯的反应设备须有防爆和泄料装置。减压蒸馏甲基亚膦酸二乙酯时要严防失压。
（3）有条件的话，尽可能采用改进的Strecker反应，即利用丙烯腈副产氢氰酸，在管式反应器中连续化反应，不产生氰化钠废水。明治制菓对照过这步氰化钠和氢氰酸的Strecker反应，得到草铵膦的游离酸，用氰化钠时收率68.9%，改用氢氰酸提高至79.8%。
（4）为便于处理含氰废水，氨基腈的水解，可弃盐酸，改为30%氢氧化钠水溶液170℃加热50 min。氰化钠在碱性下加热便分解为甲酸和氨，氨逸出。
（5）现国内草铵膦Strecker工艺与拜耳的自由基加成路线，在水解前都是(3-氨基-3-氰-丙基)-甲基膦酸烷基酯。国内可参考拜耳的分离技术，Strecker反应完成后把氨基腈分离出来，减压精馏取塔顶产物。假如这样做了，后面的分离提纯就很容易进行，HPLC的主峰前是平坦的，无高沸点杂质。
3.6 甲基亚膦酸二乙酯的期望
目前国内制取甲基亚膦酸二乙酯，主要问题是工艺不稳定和成本太高，假如能解决这两个问题，把甲基亚膦酸二乙酯的原料成本降至￥2.5万元/吨，其后膦丙醛能采用“改进的Strecker反应”，则草铵膦的原料加能耗总成本就与拜耳的很接近。
L构型的草铵膦常用学名L-phosphinothricine，传统工艺把草铵膦用(-)奎宁折分。甲基亚膦酸二乙酯适合做L-草铵膦的不对称合成，国内有条件的企业可作技术储备。
最后，举例Hoechst 1995年的不对称合成，见图11，高丝氨酸内酯的氨基用对甲苯磺酰氯保护，再氯化氢开环和乙醇酯化，得(S)-2-对甲苯磺酰氨基-4-氯丁酸乙酯，甲基亚膦酸二乙酯做Arbuzov膦化。图11中仅给出主反应式。
图11 用甲基亚膦酸二乙酯制L-草铵膦
（全文续完）
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