本发明涉及有机合成领域，具体涉及一种甲基次磷酸单烷基酯的合成方法。
背景技术
1996年全球大规模商品化种植转基因作物以来，对世界农药工业与市场产生了巨大影响。由于全球转基因作物种植面积约90%为种植含有抗草甘膦性状的作物，草甘膦的大面积、大量重复使用，已经导致抗性杂草的发生与发展。仅次于草甘膦的全球第二大除草剂百草枯，由于没有解毒药，导致大量非生产性中毒死亡，其液剂面临限用，使百草枯将退出市场。为此，位于草甘膦、百草枯之后的第三大灭生性除草剂草铵膦获得了巨大发展空间。
国家知识产权局于2017年05月17日公开了申请号为cn201510767937.6，名称为甲基次磷酸酯的制备工艺、制备装置以及制备方法的发明专利，公开了一种更高效、更低污染以及更安全的甲基次磷酸酯的制备工艺、以及相应的制备装置和制备方法，属于甲基次磷酸酯的生产技术领域。通过在﹣0.095mpa～﹣0.001mpa的负压条件下，以及反应温度为35℃～90℃的条件下，进行甲基二氯化磷和醇roh的反应制得甲基次磷酸酯，一方面反应副产物氯代烃和醇可瞬间汽化吸热，快速带走反应放出的热量，使反应能够在较低的温度下平稳的进行；另一方面可快速的将氯化氢、氯代烃和醇等移除反应体系，避免氯化氢导致的副反应的发生，降低有毒物质的产生，提高生产的安全性。并且可连续化生产从而提高了生产效率，降低对环境的污染，节约成本；非常适合大规模工业化生产。目前国内企业基本都通过甲基亚磷酸二乙酯这个中间体生产草铵膦，但是甲基亚膦酸二乙酯合成难度大、生产技术要求高、工艺化过程复杂，我国甲基亚磷酸二乙酯生产技术尚不十分成熟。
国家知识产权局于2017年08年08日公开了申请号为cn201710232484.6，名称为一种甲基乙基次磷酸铝的制备方法，公开了一种甲基乙基次磷酸铝的制备方法，包括如下步骤，以甲基二氯化磷为原料，在酸性溶液中与水反应制备甲基次磷酸水溶液；甲基次磷酸水溶液和正丁醇进行脱水酯化反应，得到甲基次磷酸丁酯；甲基次磷酸丁酯与乙烯在催化剂的作用下反应，得到甲基乙基次磷酸丁酯；甲基乙基次磷酸丁酯与三氯化铝反应得到甲基乙基次磷酸铝。其制备的甲基乙基次磷酸铝的产率高，工艺过程易控制，且反应中产生的废气物能充分回收利用。
拜耳作物科学公司的单酯法虽然路线简单，而且总收率可达92%以上，但是此路线中单酯是甲基二氯化磷即mdp经过酯化得到的，即要走通此路线，必须先合成mdp。
明治制菓minowa1983年申请的美国专利us4510102中提到：第一，mdp大规模工业化生产时困难的；第二，mdp因腐蚀性和遇水燃烧，需要复杂的反应设备；第三，三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；第四，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。由此可见,mdp的合成十分困难,以下通过第三和第四点进行具体说明。
关于第三点，mdp生产还会产生大量的废渣，络合物法是氯化铝与mdp形成络合物，然后用盐把mdp顶下来，然后盐与氯化铝形成新的络合物，然后通过蒸馏收集mdp。不仅蒸馏时mdp收率低，因为mdp沸点较低约80℃，在高真空下很难把mdp冷却下来，从而造成mdp大量损失，同时蒸馏底部是盐与氯化铝形成的新络合物，这个络合物在高温下粘度很大，从而造成mdp被大量包夹在这个络合物中而很难被蒸出。蒸出mdp后，蒸馏底部残余大量的新络合物，这个就是副产的废渣，这个废渣腐蚀性很强，遇空气也会自燃，所以处理起来难度极大。
关于第四点，甲烷与三氯化磷进行气相反应直接得到mdp，需要600℃高温，在这么高温度下，不仅需要复杂的反应设备，mdp也容易分解，同时不可避免会产生副产物。
由上可知，用mdp路线合成草铵膦的最困难的就是mdp的合成，因此如果寻找一条不需要合成mdp的合成道路，十分有必要。
技术实现要素：
本发明旨在解决目前在甲基次磷酸单烷酯的合成过程中，需要先合成甲基二氯化磷才能生成甲基次磷酸单烷酯的问题。目前合成甲基二氯化磷的过程中，mdp的合成十分困难。通过本发明提出的甲基次磷酸单烷基酯的合成方法，不再需要合成mdp，即可稳定的生成甲基次磷酸单烷酯。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种甲基次磷酸单烷基酯的合成方法，包括以下步骤：
a.有机碱活化
将次磷酸盐与有活性的有机碱混合，于105～120℃搅拌1.5～2.5h，降温至0～10℃；得到活性溶液；
b.甲基化、水解
先步骤a中的活性溶液中加入溶剂；然后再加入甲基化试剂搅拌10～12h，过滤固体、回收溶剂和有机碱，得到甲基次磷酸；
c.酯化
将甲基次磷酸与roh混合，再加入催化剂，于105～120℃搅拌6～10h，减压精馏得到甲基次磷酸单烷酯；所述精馏的温度与压力和烷基链的长短有关。以甲基次磷酸单丁酯为例，压力为2kpa，顶温50～90℃。
所述roh为醇。
本发明所述步骤a中,将次磷酸盐与有活性的有机碱混合后加入气体保护；所述气体为氮气或者氩气；所述气体的压力为3～8cm汞柱。
本发明所述步骤a中，所述次磷酸盐为次磷酸锂、次磷酸钠、次磷酸钾或次磷酸铵。
本发明所述步骤a中，所述有机碱为二乙胺、dmap、哌啶或者吡啶。
本发明所述步骤b中，加入的溶剂为石油醚、正己烷、环己烷、三氯甲烷或甲苯；加入的甲基化试剂为卤甲烷或硫酸二甲酯。
本发明所述步骤c中，所述roh中的r取代基为c1～c8的烷基。
本发明所述步骤c中，所述酯化采用的催化剂为al2o3、zno、sio2、cuso4或者离子交换树脂。
本发明带来的有益效果有：
（一）本发明通过合成甲基次磷酸来生成甲基次磷酸单烷酯,避开了甲基亚磷酸二乙酯和mdp的合成，尤其是避开了mdp的合成。mdp的合成困难是众所周知的，本发明采用了常见的试剂，先进行甲基化，然后再进行酯化生成了甲基次磷酸单烷酯。整个生成过程控制点少，不会出现mdp合成过程中收率低等技术难题，开创了一种全新的甲基次磷酸单烷基酯的合成路线，更容易实现工业化生产。
（二）本发明先是采用了有活性的有机碱对次磷酸盐进行活化，让其h变得容易被取代。然后通过加入甲基化试剂，甲基取代h；然后生成的酸与被甲基取代后的次磷酸盐水解，生成甲基次磷酸。
（三）本发明采用了取代基为c1～c8的烷基，取代基太长不便于单烷酯衍生物的合成。容易生成其他的副产物，将其取代基控制在c1～c8，既能合成需要的物质，又可以有效减少副产物的生成。
（四）本发明采用了活性够，来源广泛，价格适中的甲基化试剂、催化剂等试剂，反应效率高，产出高，反应条件控制简单，能够扩大工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
首先将100g次磷酸铵（1.20mol）和253ml六甲基二硅氮烷（1.20mol）混合，氮气保护下，110℃搅拌2h后降温至0℃，往反应液中加入1200ml新蒸二氯甲烷，然后加入60.6g氯甲烷（1.20mol），室温搅拌12h后，过滤除去黄色沉淀后，滤液先常压蒸馏回收溶剂二氯甲烷，再减压蒸馏回收六甲基二硅氮烷，蒸馏底液即为91.2g甲基次磷酸（1.14mol）。
在1l三口瓶中加入91.2g（1.14mol）甲基次磷酸和313ml（3.42mol）正丁醇，再加入6.0g无水cuso4，110～120℃下搅拌反应，反应过程中不断分出反应产生的水，8h后将反应液减压精馏，得到147.3g甲基次磷酸单正丁酯（1.08mol），同时回收正丁醇（204ml，2.23mol）。
实施例2
首先将100g次磷酸钠（1.14mol）和105ml哌啶（1.14mol）混合，氮气保护下，110℃搅拌2h后降温至0℃，往反应液中加入1200ml新蒸甲苯，然后加入57.6g氯甲烷（1.14mol），室温搅拌12h后，过滤除去白色沉淀后，滤液先常压蒸馏回收溶剂二氯甲烷，再减压蒸馏回收哌啶，蒸馏底液即为86.4g甲基次磷酸（1.08mol）。
在1l三口瓶中加入86.4g（1.08mol）甲基次磷酸和297ml（3.24mol）正丁醇，再加入3.0g强酸性离子交换树脂，110～120℃下搅拌反应，反应过程中不断分出反应产生的水，8h后将反应液减压精馏，得到140.5g甲基次磷酸单正丁酯（1.03mol），同时回收正丁醇（193ml，2.11mol）。
实施例3
首先将100g次磷酸钾（0.96mol）和78ml吡啶（0.96mol）混合，氮气保护下，110℃搅拌2h后降温至0℃，往反应液中加入1200ml新蒸环己烷，然后加入48.5g氯甲烷（0.96mol），室温搅拌12h后，过滤除去白色沉淀后，滤液先常压蒸馏回收溶剂二氯甲烷，再减压蒸馏回收吡啶，蒸馏底液即为72.8g甲基次磷酸（0.91mol）。
在1l三口瓶中加入72.8g（0.91mol）甲基次磷酸和251ml（2.73mol）正丁醇，再加入6.0gzno，110～120℃下搅拌反应，反应过程中不断分出反应产生的水，8h后将反应液减压精馏，得到117.3g甲基次磷酸单正丁酯（0.86mol），同时回收正丁醇（163ml，1.78mol）。
实施例4
一种甲基次磷酸单烷基酯的合成方法，包括以下步骤：
a.有机碱活化
将次磷酸盐与有活性的有机碱混合，充入气体保护，所述气体可以为氮气或者氩气。
于105～120℃搅拌1.5～2.5h，降温至0～10℃；得到活性溶液；有机碱的作用是让次磷酸上的h更容易被取代。
所述次磷酸盐为次磷酸锂、次磷酸钠、次磷酸钾或次磷酸铵。对应生成的固体则为与加入的次磷酸盐对应。例如加入的是次磷酸钾，则生成的也是钾盐。
b.甲基化、水解
先步骤a中的活性溶液中加入溶剂；然后再加入甲基化试剂搅拌10～12h，过滤固体、回收溶剂和有机碱，得到甲基次磷酸。
如果次磷酸盐为次磷酸
c.酯化
将甲基次磷酸与roh混合，再加入催化剂，于105～120℃搅拌6～10h，减压精馏得到甲基次磷酸单烷酯；所述精馏的温度与压力和烷基链的长短有关；所述roh为醇。
本发明所述步骤a中，所述有机碱为二乙胺、dmap、哌啶或者吡啶。
本发明所述步骤b中，加入的溶剂为石油醚、正己烷、环己烷、三氯甲烷或甲苯。一般溶剂要求非极性，沸点尽量低，这样便于回收，三氯甲烷因为毒性较大，使用的较少。
加入的甲基化试剂为卤甲烷或者硫酸二甲酯。甲基化试剂一方面要取代h，另一方面要生成酸与盐进行水解。
本发明所述步骤c中，所述roh中的r取代基为c1～c8的烷基。
本发明所述步骤c中，所述酯化采用的催化剂为al2o3、zno、sio2、cuso4或者离子交换树脂。使用催化活性高，试剂来源广泛，能够更快的生产，利于工业化应用。
实施例5～实施例8
下表为本发明所述工艺的收率，包括分步骤的收率和总收率。
甲基化和酯化的收率大于95%，总收率为90%左右。本发明采用了常见的试剂，先进行甲基化，然后再进行酯化生成了甲基次磷酸单烷酯。且收率能够保持在90%以上，既能生产得到甲基次磷酸单烷基酯，又可以避开mdp的合成，适合于工业化扩大生产。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。