CN100500945C

CN100500945C - 3,6-二氯吡啶甲酸的电解合成方法

Info

Publication number: CN100500945C
Application number: CNB2007100505241A
Authority: CN
Inventors: 范谦; 姚理; 任杰; 李燕飞; 石明珠
Original assignee: Lier Chemical Co Ltd
Current assignee: Lier Chemical Co Ltd
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2027-11-16
Also published as: CN101235512A

Abstract

3，6-二氯吡啶甲酸的电解合成方法，以碱性水溶液为反应介质，将3，4，5，6-四氯吡啶甲酸或其盐溶解于其中，进行电解还原反应，电解反应结束并酸化后，得到目标化合物(II)，其中的电解反应先在pH8.5～11的碱性水溶液体系中进行，得到三氯吡啶甲酸盐中间体(I)后，继续在pH13～13.5的碱性范围条件下完成电解反应。该方法操作简单、安全，对环境友好，第一阶段反应的温度可达到80℃以上，有效提高了反应物溶解度，加快了反应速度，增加了产品一次性产出量，并有效避免了泡沫产生和羟基化副反应。

Description

3，6-二氯吡啶甲酸的电解合成方法

技术领域

本发明涉及一种制备3，6-二氯吡啶甲酸(毕克草)的电解合成方法。

背景技术

3，6-二氯吡啶甲酸，商品名为毕克草，1975年由T.Haagsma报道有除草活性，目前在全球被广泛用于麦谷类作物、玉米、油菜、甜菜、十字花科蔬菜、草坪牧场和草原有效防除一年生和多年生阔叶杂草，特别是菊科、豆科杂草，具有高度选择性。

电解还原法是目前最有效的3，6-二氯吡啶甲酸合成的方法。美国专利US4217185首次公布使用电解还原四氯吡啶甲酸制备3，6-二氯吡啶甲酸的方法。在强碱性NaOH溶液和不高于60℃条件下，以银板或银粉为阴极，石墨为阳极，碱液和反应液加四氯吡啶甲酸调浆后投料，电解还原四氯吡啶甲酸，即可制取3，6-二氯吡啶甲酸。该方法的主要合成路线如下：

但实践中发现，该电解方法的主要缺点是反应过程中会产生泡沫和羟基化现象，投料速度慢，反应时间长；而且由于反应物四氯吡啶甲酸在反应液中的溶解度低，产品一次性产出率低，并由此导致了后处理中萃取用的二氯甲烷等有机溶剂的消耗量大，能耗高，三废处理量大。

为此，虽然US 4334074介绍了对电解反应制取3，6-二氯吡啶甲酸的后处理工艺进行了改进，以降低溶剂二氯甲烷使用量，降低能耗，减少污染。US 4497697对该反应的原料做出了改进，以三氯吡啶甲酸(3，4，6-T或3，5，6-T)及四氯吡啶甲酸混合物为原料，电解还原制取3，6-二氯吡啶甲酸，以提高产品3，6-二氯吡啶甲酸在单位体积，单位极板面积内的一次性产出率。但是对于反应过程中出现的难以避免的泡沫和产生羟基化的问题，却始终未能得到满意的解决。例如美国专利US4217185中提出了将碱液和反应液加四氯吡啶甲酸调浆后持续投料的方式，这种调浆后投料的方式，提高了分子分散性，加快溶解速度，使泡沫和羟基化问题在一定程度上得到了控制，但是在相同的反应温度条件下物料的溶解度不会改变，因此泡沫和羟基化问题仍然存在。

实践显示，在温度低于40℃的条件下，由于反应物3，4，5，6-四氯吡啶甲酸在NaOH溶液中的溶解度很低(一般不高于2％)，从而使所投入的物料在反应体系呈悬浮状，电解过程中产生的气体很容易将未溶解的物料带出体系，导致在电解液表面形成大量夹杂反应物的泡沫，影响了反应物的溶解，降低了反应效率。同时部分未溶解的物料粘附在电极表面，也会降低电极的有效电解面积，从而使生产效率降低。当反应温度超过40℃时，反应物3，4，5，6-四氯吡啶甲酸在体系中的溶解度可随温度升高而增大，但在强碱条件下(如文献所报道的pH≥13)，3，4，5，6-四氯吡啶甲酸易与反应体系中的OH^-作用，发生4-位的羟基化反应而形成3，5，6-三氯-4-羟基吡啶-2-甲酸副产物，导致正常的电解脱氯反应不能进行。温度、高碱度或长时间反应，还会发生6-位的羟基化。如在60℃以上的反应温度下，1小时内发生的羟基化率接近20～30％。因此，为控制泡沫的产生，反应原料3，4，5，6-四氯吡啶甲酸的投料速度不能过快，且一次性量不能过多，从而使反应的投料时间长、反应耗时多、单位面积电极的产出率降低。同时由于温度低，反应物浓度不能有效提高，也使得三废量相应增加，这些都不利于工业化生产。

发明内容

针对上述情况，本发明将提供一种改进的、并更具工业化价值的电解合成3，6-二氯吡啶甲酸的方法，以解决上述问题。

本发明3，6-二氯吡啶甲酸的电解合成方法的基本过程，同样是以碱性水溶液为反应介质，将3，4，5，6-四氯吡啶甲酸或其盐溶解于其中，进行电解还原反应，反应结束后经过滤并酸化等后处理，得到所说的3，6-二氯吡啶甲酸目标化合物。其中，本发明所说的该电解反应分两步进行，第一步先在pH8.5～11的碱性水溶液体系中进行，得到三氯吡啶甲酸盐中间体(I)后，继续在pH13～13.5的碱性范围条件下完成反应，最后得到目标化合物(II)。反应过程如下：

本发明上述的电解合成方法中，所说第一步反应的碱性水溶液体系，可以采用单一形式的水溶性的碳酸盐、磷酸盐或硼酸盐等多种强碱弱酸盐体系；也可以采用由水溶性的碳酸盐、磷酸盐或硼酸盐等与碱金属氢氧化物溶液混合组成的复合体系。

本发明上述电解合成方法中，所说第一步电解还原反应在室温或一般加热条件下都可以进行。例如，在20℃～95℃条件下都可以顺利进行和完成，其中更好的是在稍加热的50℃～90℃条件下进行，特别优选的是60℃～80℃的温度条件。试验显示，在本发明所说的将电解反应体系的碱度控制在pH8.5～11范围时，即使反应温度升高至60℃以上时，电解反应过程中也极少有泡沫产生，且羟基化率低，例如反应温度在不超过80℃时，羟基化率一般<0.5％，而此时反应物的溶解速度却能明显加快，溶解度显著提高，有效避免了泡沫的产生。

此外，试验结果也显示，采用三氯吡啶甲酸(3，5，6-三氯吡啶甲酸或与少量3，4，6-三氯吡啶甲酸组成的混合物)为原料，因其溶解度较四氯吡啶甲酸大，可提高反应物浓度，在上述反应条件下也不易发生羟基化，产物中的副产物较少，羟基化产物一般低于0.5％。

所说的第二步电解反应，按目前的常规方式，例如可在在pH13～13.5碱性条件和/或5℃～50℃的温度条件下可以顺利进行和完成，其中优选的温度条件是20℃～35℃。

本发明上述电解反应在四氯吡啶甲酸或其盐的浓度为1％～18％条件下可以顺利进行和完成。根据原料3，4，5，6-四氯吡啶甲酸或其盐的投料量，和/或电解反应的进程，在电解反应第一步过程中可通过随时补充碱性物质的方式维持所说体系的碱性范围条件。在电解反应第二步过程中可以随时补充碱金属氢氧化物水溶液如氢氧化钠、氢氧化钾等以维持所说电解反应碱性条件。

试验结果显示，由于本发明方法可以显著提高第一步电解反应过程的温度，原料3，4，5，6-四氯吡啶甲酸或其盐在pH8.5～11水溶液中的溶解性能相应大幅提高，甚至可以采用将其一次性投入电解池中的方式投料，即使物料浓度高达18％，也不会导致难以控制的泡沫产生。反应物的浓度越高，就越易使其扩散到电极表面，从而使电极反应更易进行，反应时间更短，反应效率更高，电解反应的时间相应可大为缩短，在4～11小时内反应即可完成，产物收率可>90％，含量>98％，并可简化后处理工艺，也减少了有机萃取溶剂的用量。

以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

具体实施方式

实施例1

在500ml的烧杯中，将含量98％的TCPANa(四氯吡啶甲酸钠)36.9g(0.128mol)和20.5g(0.19mol)碳酸钠于65℃溶于270ml蒸馏水中，安装电极在同样温度条件下进行电解反应，过程中缓慢滴入2.5ml 10mol/L NaOH(氢氧化钠)溶液，维持体系碱性范围pH9.5～11，反应约1.5小时后，TCPA Na含量低于1％(HPLC检测)。降温至25℃，并分批加入26.5ml10mol/L的NaOH溶液，维持反应体系的碱度至pH13～13.5，控制阴极电位相对于甘汞电极为-1.30v，继续反应4小时结束。电解液冷却、过滤后，用浓盐酸调节电解液pH1.0，冷却、结晶、过滤、干燥，得到3，6-二氯吡啶甲酸的白色针状晶体21.6g，滤液浓缩后，二氯乙烷萃取三次，脱溶、烘干，得到萃取物0.9g，将过滤产品和萃取产品混合，收率90.7％，3，6-二氯吡啶甲酸的含量为99.1％(其它为TCPA、3，5，6-三氯吡啶甲酸、3，5，6-三氯-4-羟基吡啶甲酸等成分)。

产物的核磁氢谱检测数据为：9.9553-9.8754(1H，s)；7.91243-7.884129(1H，d)；7.56185-7.53360(1H，d)。

实施例2

在500ml的烧杯中，将含量98％的TCPANa(四氯吡啶甲酸钠)45.3g(0.157mol)和2.65g(0.025mol)碳酸钠和270ml蒸馏水于65℃下溶解，安装电极进行电解反应，分批次投入碳酸钠24.5g，半小时内投完，维持体系碱性范围pH8.5～9.5，反应约2小时后，TCPANa含量低于1％(HPLC检测)。降低温度到30℃，分批加入33ml 10mol/L的NaOH溶液，维持反应体系的碱度至pH13～13.5，控制阴极电位相对于甘汞电极为-1.30v，继续反应4小时结束。电解液冷却、过滤后，用浓盐酸调节电解液pH1.0，再冷却、结晶、过滤、干燥，得到3，6-二氯吡啶甲酸的白色针状晶体26.5g，滤液浓缩后，二氯乙烷萃取三次，脱溶、烘干，得到萃取物1.2g，将过滤产品和萃取产品混合，收率为91.3％，3，6-二氯吡啶甲酸含量为99.3％。

实施例3

在500ml的烧杯中，将含量98％的TCPA(四氯吡啶甲酸)26.6g(0.1mol)和26.5g(0.25mol)碳酸钠于65℃下溶解于270ml蒸馏水中，安装电极进行电解反应，过程中可持续缓慢滴入2ml10mol/L的NaOH溶液，维持反应体系pH9.5～11的碱性，反应约1.5小时后，TCPANa含量低于1％(HPLC检测)。降温至℃，并分批加入20ml10mol/L的NaOH溶液，维持反应体系的碱度至pH13～13.5，控制阴极电位相对于甘汞电极为-1.30v，继续反应4小时结束。电解液冷却、过滤后，用浓盐酸调节电解液pH1.0，冷却、结晶、过滤、干燥，得到3，6-二氯吡啶甲酸的白色针状晶体16.8g，滤液浓缩后，二氯乙烷萃取三次，脱溶、烘干，得到萃取物0.8g，将过滤产品和萃取产品混合，收率90.6％，3，6-二氯吡啶甲酸含量98.9％。

实施例4

按实施例2的方式操作，在80℃温度条件下，用硼酸钠溶液调节第一步的反应体系碱性。最后所得产品3，6-二氯吡啶甲酸的收率87.2％，含量为97.6％。

实施例5

按实施例2的方式操作，在60℃温度条件下，用磷酸纳溶液调节第一步的反应体系碱性。最后所得产品3，6-二氯吡啶甲酸的收率88.6％，含量为98.4％。

实施例6

在500ml的烧杯中，将含量98％的TCPA Na 30.5g(0.1mol)和2.65g(0.025mol)碳酸钠于70℃下溶解于270ml蒸馏水中，安装电极进行电解反应，并分批次加入28.07g(0.097mol)98％的TCPA Na，同时持续投碳酸钠39.25g(0.37mol)，在3小时内投完，维持体系碱性范围pH8.5～9.5，电解3小时后，TCPA Na含量低于1％(HPLC检测)。降低温度到25℃，在1小时内持续加入40ml10mol/L的NaOH溶液，维持反应体系的碱度至pH13～13.5，控制阴极电位相对于甘汞电极为-1.30v，继续反应4.5小时结束。电解液冷却、过滤后，用盐酸调节电解液pH1.0，冷却、结晶、过滤、干燥，得到3，6-二氯吡啶甲酸的白色针状晶体33.93g，滤液浓缩后，二氯乙烷萃取三次，脱溶、烘干，得到萃取物1.35g，将过滤产品和萃取产品混合，收率92.3％，3，6-二氯吡啶甲酸含量99％。

实施例7

本实施例与其它实施例不同在于原料TCPA Na和碱均是一次性投料，操作简单，反应时间极短。

在500ml的烧杯中，将含量98％的TCPANa 21.2g(0.073mol)和15.9g(0.15mol)碳酸钠和270ml蒸馏水于65℃下溶解，安装电极进行电解反应，反应约1小时后，TCPA Na含量低于1％(HPLC检测)。降温至35℃，一次性加入15ml10mol/L的NaOH溶液，pH值达13～13.5，控制阴极电位相对于甘汞电极为-1.30v，继续反应3小时结束。电解液冷却、过滤后，用浓盐酸调节电解液至pH1.0，冷却、结晶、过滤、干燥，得到3，6-二氯吡啶甲酸的白色针状晶体12.2g，滤液浓缩后，二氯乙烷萃取三次，脱溶、烘干，得到萃取物0.8g，将过滤产品和萃取产品混合，收率91.3％，3，6-二氯吡啶甲酸含量98.5％。

实施例8

本实施例是将实施例2的反应量放大100倍。

在电解槽中，将含量98％的TCPA Na 4.53Kg(15.7mol)和0.265Kg(2.5mol)碳酸钠和27L蒸馏水于65℃下溶解，安装电极进行电解反应，过程中持续投入碳酸钠2.45Kg，维持体系碱性范围pH8.5～9.5，电解3小时后，TCPA Na含量低于1％(HPLC检测)。降低温度到25℃，持续加入4.5Kg 30％的NaOH溶液，维持反应体系的碱度至pH13～13.5，控制阴极电位相对于甘汞电极为-1.30v，继续反应5小时结束。电解液冷却、过滤后，用浓盐酸调节电解液至pH1.0，再冷却、结晶、过滤、干燥，得到3，6-二氯吡啶甲酸的白色针状晶体2.63Kg，滤液浓缩后，二氯乙烷萃取三次，脱溶、烘干，得到萃取物0.11Kg，将过滤产品和萃取产品混合，收率90％，3，6-二氯吡啶甲酸含量99.05％。

Claims

1.3，6-二氯吡啶甲酸的电解合成方法，以碱性水溶液为反应介质，将3，4，5，6-四氯吡啶甲酸或其盐溶解于其中，进行电解还原反应，电解反应结束并酸化后，得到目标化合物(II)，其特征是电解反应先在pH8.5～11的碱性水溶液体系中在20℃～95℃条件下进行，得到三氯吡啶甲酸盐中间体(I)后，继续在pH13～13.5的碱性范围和5℃～50℃温度条件下完成电解反应，反应过程如下：

2.如权利要求1所述的3，6-二氯吡啶甲酸的电解合成方法，其特征是所说第一步电解反应的pH8.5～11的碱性水溶液体系为至少含有碳酸盐的水溶液体系。

3.如权利要求1所述的3，6-二氯吡啶甲酸的电解合成方法，其特征是所说第一步电解反应的pH8.5～11的碱性水溶液体系为至少含有磷酸盐的水溶液体系。

4.如权利要求1所述的3，6-二氯吡啶甲酸的电解合成方法，其特征是所说第一步电解反应的pH8.5～11的碱性水溶液体系为至少含有硼酸盐的水溶液体系。

5.如权利要求1所述的3，6-二氯吡啶甲酸的电解合成方法，其特征是在电解反应过程中以补充碱金属氢氧化物的方式维持所说反应体系的碱性条件。

6.如权利要求1至5之一所述的3，6-二氯吡啶甲酸的电解合成方法，其特征是第一步电解反应在50℃～90℃条件下进行。

7.如权利要求1至5之一所述的3，6-二氯吡啶甲酸的电解合成方法，其特征是第一步电解反应在60℃～80℃条件下进行。

8.如权利要求1至5之一所述的3，6-二氯吡啶甲酸的电解合成方法，其特征是第二步电解反应在温度20℃～35℃条件下进行。