格氏试剂制备反应危险和可操作性研究

格氏试剂制备反应危险和可操作性研究

格氏试剂是一种金属有机化合物，其通式为 RMgX（R代表烃 基，X代表卤素）。格氏试剂广泛用于有机合成中，是目前有机 合成中应用最广泛的试剂之一。利用格氏试剂，可以制取

RH、

R-COOH R-CHO R-OH R-COH-R、R-CO-R等物质。

格氏试剂的制取是将卤代烃 （常用氯代烷或溴代烷） 乙醚溶 液或卤代烃四氢呋喃溶液缓缓加入被乙醚或四氢呋喃浸泡着的 镁屑中，直至镁屑消失，即得格氏试剂。

格氏试剂极为活泼， 能与水、二氧化碳、空气中的氧气反应； 能与活泼卤代烃发生偶联反应； 与醛、酮的羰基碳原子进行亲核 加成反应， 再经水解以制取醇。 而且在格氏试剂制备反应过程中 使用活泼金属元素Mg使用乙醚或四氢咲喃（THF）等易燃、易爆 的物质作溶剂；格氏反应为较强的放热反应。格氏反应 （格氏反 应包括格氏试剂的制备和格氏试剂与其它物质反应二部分 ）虽然 没有被列入危险岗位生产工艺， 但其危险性是显而易见的， 应该 引起我们的重视！

为确保格氏试剂制备生产过程安全运行， 对其工艺过程发生 偏差进行HAZO研究。为便于分析研究，首先以甲氧萘丙酸（萘 普生、消炎宁）的生产过程中的格氏试剂的制备过程作简单介绍， 然后进行HAZO研究。（注：甲氧萘丙酸生产过程有溴化、还原、

甲基化、格氏反应、水解等，本评价选择格氏反应中的格氏试剂 制备作

HAZO研究)。

1、甲氧萘丙酸格氏反应工艺过程 (1) 甲氧萘丙酸格氏反应过程：

■格氏试剂制取.：

-------------------- 3

Mg THF

Mg-ccooH CH3

(2) 甲氧萘丙酸格氏反应工艺流程方框图:

Mg、THF、I2

--------------- ►

6甲氧基2溴萘

的THF混合液

格氏试剂制备

(格氏反应釜；'

2我丙酸钠的THF混合液 格氏反应 (3) 格氏反应生产工艺过程简述：

①制取格氏试剂： 先对格氏釜装置用 N2 透空，再向格氏釜内 投入一定量的金属镁和四氢呋喃，加入少量引发剂 ( 碘或 1，2- 二溴乙烷 ) ，在搅拌状态下缓慢滴加少量 6-甲氧基 -2- 溴萘溶于 四氢呋喃的混合液， 严格控制滴加速度和反应温度： 然后缓慢滴 加剩余的 6-甲氧基 -2- 溴萘溶于四氢呋喃的混合液，保温搅拌一 定时间。

②格氏反应：控制一定温度，向格氏釜内缓慢滴加 2-溴丙 酸钠的四氢呋喃混合液， 保温搅拌； 保温搅拌结束后逐渐升温回 流一定时间后，冷却。

2、甲氧萘丙酸格氏反应主要生产设备 (1) 主要设备：格氏反应釜；

(2) 辅助设备：THF溶剂高位槽、6-甲氧基-2-溴萘的THF混 合液

高位槽、格氏釜釜顶冷凝器、2-溴丙酸钠的THF混合液高位 槽；

(3) 辅助管线：回流、真空、蒸汽、冷冻盐水、冷却水等。 3、物质危险辨识

物质危险性见表 1。

表1

闪 物质 名称 物质危险性

爆炸极 占 危险 性限 物质形 态 八、、 度 类 别 （体积 百分厂C / C 数） 引燃 温危险特性 其烝气与空气可形成爆炸 性混合物。遇明火、高热及强 氧化剂易引第3.1 四氢 呋类低 闪喃 点 易燃 液体 无色易 挥发液 体，有 类似乙 -20 醚的气 味 230 起燃烧爆炸。 接触 空气或在光照条件下可生成 具有潜在爆炸危险性1.5〜 12.4 的过氧 化物。与酸类接触能发生反 应。与氢氧化钾、氢氧化钠反 应剧烈。其蒸气比空气重，能 在较低处扩散到相当远的地 方，遇明火会引起回燃。 易燃，燃烧时产生强烈的白 光并放出咼热。遇水或潮气猛 烈反应放出氢气。大量放热， 引起燃第4.3 镁 类遇湿 易燃物 品 银白色有 金属光泽 的粉末 烧或爆炸。遇氯、溴、 碘、硫、一 550 一 磷、砷、和氧化剂剧 烈反应，有燃烧、爆炸危险。 粉体与空气可形成爆炸性混 合物，当达到一定的浓度时， 遇火星会发生爆炸。 2-溴 -6- 甲氧 基 固态（熔 一 占 八、、 105 〜 111 C） 一 一 一 可燃、有刺激性 萘 4、甲氧萘丙酸生产过程中格氏试剂制备工艺偏差

格氏试剂制备工艺偏差HAZOP研究见表2：

表2 格氏试剂制备过程HAZOP研究

引导词 偏差 槽、 空白 无物 料 HAZOP研究

可能原因 泄漏； 后果 易造成假象 而发生事故； 2、 物料泄漏，易发 生火灾、爆炸事 故。 建议措施 线、阀门； 2、 对中间高位贮槽定 期检查，液位计定 期检查或更换，确 保正确有效； 1、 中间咼位贮槽开 裂1、 无物料空车运 行，1、 巡回检查输送系统 管釜内 2、 中间咼位贮槽阀 门关闭或打不 开； 3、 中间咼位贮槽放

料管堵塞或泄 3、 格氏釜定期检测、 漏； 检验； 4、 生产场所安装可燃 4、 中间咼位贮槽放 空管阀门未打开 气体检测报警装 置。 或打不开； 5、 格氏釜腐蚀破 裂，物料泄漏。 N2瓶阀关闭或打: 1、 检查气瓶阀门、压 1、 不开； 无N2透空，生成 力表，确保完好无 损； 2、 检查进气管安装、 进气管堵塞； 无N2 2、 3、 进气管破裂泄 诱空 漏; 的格氏试剂与釜内 空气中的氧发生副 反应，而发生火灾、 爆炸事故； 使用是否正确； 3、 用N2置换，不得用 CO置换。 添加引发剂可去除 1、 镁表面钝化层来加 快反应； 4、 氮气瓶压力低； 5、 未用氮气置换。 无引发剂，反应 无引 发剂 未添加引发剂； 1、 2、 添加的引发剂错 误。 迟滞，造成大量物 料积聚，一旦反应， 因反应剧烈而发生 火灾、爆炸事故； 2、 添加前认真检查、 确认。 1、 投料阀门失灵， 不能调控； 格氏试剂制备反 1、 生产前检查投料阀 2、 投料阀门开度过 滴加 大，违反工艺规 应为放热反应，滴 加过快会造成反应 温度失控，温度过 门、液位计、视镜， 确保有效； 2、 安装自控阀门或双 物料 程; 过快 3、 中间贮槽液位计 高导致反应釜内压 阀门控制； 3、 加强工艺纪律安全 教育。 1、 选择合适泵机输送 失灵或不清； 增大而引发冲料或 4、 加料管视镜模糊 不火灾、爆炸事故。 清。 1、物料流速过 快，对管线造成冲 击，有可能造成管 1、 泵机选择不当， 输送物料速度太 物料； 2、 生产系统装设防静 电跨接、接地装置； 3、 检修维护液位计， 多 流里 快； 过大 2、 贮槽液位计失灵 线破裂； 2、流速过快，易 产生静电积聚，有 可能引起火灾、爆 炸； 3、易燃物质泄 漏，遇明火发生火 或物 或模糊不清，造 确保清楚、有效； 4、 贮槽应装设溢流管 或高液位报警装 置； 5、 教育工人，加强责 任性。 1、 关严阀门；检查、: 料过 成超装溢料； 多 3、 工人责任性不 强，误操作造成 溢料。 灾爆炸事故。 1、 蒸汽阀门未关闭 温升速度过快， 会使反应剧烈，釜 内压增大而发生冲 料或火灾、爆炸事 升温 或泄漏； 维护阀门，确保其 完好; 2、 按工艺规程要求控 制投料速度； 速度 2、 投料速度过快； 过快 3、 冷却系统故障； 4、冷却介质温度 故。

高； 3、检查、维护冷却装 置，确保冷却系统 完好、有效。 1、 严格控制蒸汽压 力，控制好保温温 度； 保温 阶段 温度 高 1、 蒸汽压力控制不 好，压力大； 2、 蒸汽阀门泄漏。 温度高，釜内压 大，有引发冲料、 火灾的危险。 2、 维修或更换阀门， 确保蒸汽阀门完 好； 3、 安装超温报警装 置。 1、 格氏试剂存放 时间长，弓1起变化， 存放 1、 未按工艺要求操 时间 长 作； 2、 转移路径太长。 产生副反应而发生 事故。； 2、 格氏试剂在转 移过程中接触空气 或水引起变化。 1、 格氏试剂必须现用 现制。 2、 在同一釜内制取格 氏试剂和进行格氏 反应。 3、 格氏试剂尽可能不 转移，在同一釜内 生产使用； 1、 检查、打开蒸汽阀 门； 1、 蒸汽阀门未打 开； 起始 温度 起始温度过低， 导一旦反应温度 适宜，引发剧烈反 应而发生2、 维护或更换蒸汽阀 门； 3、 检查蒸汽管道系 统，排除故障，确 保蒸汽供给； 4、 反应釜定期检测， 确保反应釜完好。 2、 蒸汽阀门损坏， 不致大量反应物积 聚，能开启； 过低 3、 蒸汽压力太小； 少 4、 釜夹套开裂泄 漏。 火灾、爆 炸事故。 保温 阶段 保温 时间 不足 1、 投料前对釜烘干； 1、 格氏釜内有水； 釜内 物料 有水 伴随 惰性 气体 1、 选用情性气体 CO透空； 诱空 选择 2、 错用CO气瓶。 1、违反工艺操作规 程。 制取格氏试剂的 反应不完全。 1、对工人进行安全教 育，要求严格按工 艺规程操作。 2、 格氏釜夹套开裂 泄漏； 3、 冷凝器泄漏； 4、 物料中含有水 份。 水与镁或格氏试 剂反应发生火灾、 爆炸事故； 2、 釜定期检测检验； 3、 冷凝器定期检查， 防穿孔，防结圬； 4、 投料前对溶剂、原 料进行分析。 格氏试剂与二氧 化碳发生副反应而 发生事故； 1、 严禁使用二氧化碳 透空； 2、 加强管理，加强对 工人安全教育。 错误

1、选择的溶剂错 误。溶剂 异常 选择 错误 （选择的溶剂 与格较稳定的 络合物）。 导致格氏试剂不 稳生火灾、爆 炸事故。 氏试剂不能 形成比定，发生其他反 应而发1、应选择乙醚或四氢 呋喃等与格氏试剂 能形成比较稳定络 合物的溶剂。 1、 按工艺指标要求米 购原辅材料； 原辅 1、 原辅材料含量 低； 反应过程中产生 副材料 2、 投料或输送物料 过产物，由于副产 物增2、 投料前检验原辅材 料不纯 程中混入其它 物质。 1、 冷凝面积不足； 叭牛 器3、 冷却水水温过 失 高； 效 多，有可能形 成爆炸性物质而发 生事故。 是否合格； 3、 加强操作，防止混 入其它原辅材料。 1、 更换冷凝器； 冷凝 2、 冷却水不足； 弓1发冲料，高温 易燃气体逸出，有 发生火灾、爆炸的 危险。 2、 确保冷却水的供给 和冷却水温度； 3、 定期清除冷凝器污 垢，并确保冷却水 质量。 4、 冷凝器结垢严 重。 1、 搅拌器电机温 升过咼而起火； 2、 导致反应物 接，造成物料触面 不其他 搅拌 1、 搅拌器卡死； 叭牛 2、 搅拌器损坏； 器失 3、 搅拌器脱落。 灵 够，产生局部过 热而引发冲料或爆 炸事故。 3、 由于物料混合 不匀，当搅拌恢复 时，大量未反应的 物料迅速混合，反 应剧烈而发生冲 料、火灾、爆炸事 故。 1、 选用不锈钢反应 釜； 2、 釜底部出口用下 釜选 择不 1、选用搪玻璃釜。 当 镁屑与釜产生摩 擦，导致搪玻璃釜 受损，降低使用寿 命。 1、 搅拌器应有足够的 强度，防止其变形 与器壁撞击、摩擦； 2、 定期检查搅拌器， 防止损坏、脱落。 展式放料阀，避 免镁的存积结 块。 总之，禾＞1用格氏反应可以生产许多不同种产品，但格氏试剂 制备过程具有同样的危险性，应该引起我们的重视。只要我们深 入地去了解它、掌握它，就能控制它，确保生产安全。

作者：施永福

江苏省南通市老安全工作者、评价师