CN101948424B - 2-氯-5-氯甲基吡啶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种2-氯-5-氯甲基吡啶的合成方法，尤其在氯化加成和环合反应两步进行了创新，通过下面反应步骤来实现：

Description

2-氯-5-氯甲基吡啶的制备方法
技术领域
本发明涉及2-氯-5-氯甲基吡啶的制备方法。
技术背景
2-氯-5-氯甲基吡啶是农药和药物的重要中间体。例如：2-氯-5-氯甲基吡啶是合成重要的新烟碱类杀虫剂吡虫啉、噻虫啉、啶虫脒、烯啶虫胺等重要中间体，如欧洲专利EP247477、EP296453、EP685477、EP235725、EP315826、EP192060、EP244777、EP0386565、EP580553、EP1031566，JP62292765、JP8259568、JP8291171、JP7242633等。合成2-氯-5-氯甲基吡啶有多种方法。比如，由3-甲基吡啶氧化、选择性氯化路线，苄胺-丙醛路线，吗啉-丙醛路线，环戊二烯-丙烯醛路线。目前国外主要采用3-甲基吡啶氧化、选择性氯化路线，国内绝大部分生产厂家主要采用环戊二烯-丙烯醛路线，这条路线为美国瑞利公司发明.通过环合反应直接制备2-氯-5-氯甲基吡啶，避免了氯化过程中产生副产物，产品纯度可达95％以上。这条路线的原材料国内都有生产，工艺简单，合成收率高，产品纯度高，经济效益显著。这条合成路线反应方程式如下：
Figure BSA00000292405800011
但这条合成工艺路线存在明显的缺点：1、在氯化加成和环合两步需要用到大量的N，N-二甲基甲酰胺，简称DMF，每吨2-氯-5-氯甲基吡啶需要消耗1-1.2吨DMF；2、产生大量废水，每吨2-氯-5-氯甲基吡啶产生高浓度废水10吨，废水中COD高达18-20万毫克/升。废水中含有大量DMF的分解产物和部分DMF，废水中还含有大量的含磷化合物；3、产生的废水无法处理或处理成本极高。
目前我国吡虫啉产量达2万吨/年，而且绝大部分都是采用环戊二烯-丙烯醛路线生产，每年有将近2万吨的DMF或其分解产物排向环境，每年有近20万吨高浓度含磷废水排向环境，对环境产生了极大的危害，中国政府特别重视，要求企业限期整改，国家也投入资金进行技术攻关。
发明内容
本发明的目的就是解决上面提到的环戊二烯-丙烯醛路线生产2-氯-5-氯甲基吡啶存在的不足，我们通过对该反应的机理进行了详细研究，研究了原材料和产品的性质，分析了杂质产生的过程，我们实现了在环合反应步骤用少量的DMF，用固体光气、二聚光气、光气、氯化亚砜替代三氯氧磷和其它的含磷氯化环合试剂，从而彻底解决了生产过程中大量的DMF的排放，大量的含磷废水排放，降低了生产成本，实现了清洁生产。
详细发明内容
本发明提供了一种合成2-氯-5-氯甲基吡啶的制备方法，尤其是改进了环戊二烯-丙烯醛路线合成2-氯-5-氯甲基吡啶中的环合反应方法。具体方法如下：
1、将上述反应方程式步骤中的中III加入带有搅拌的反应瓶中进行氯化加成，然后加入一定量的N，N-二甲基甲酰胺做溶剂，降温到-5℃-25℃，向反应瓶中通入氯气，控制反应温度在-5℃-25℃，通入计量的氯气，通氯完成后，继续在-5℃-25℃反应1小时左右，减压脱除多余的氯气，得到中IV的DMF溶液；
2、上面氯化加成步骤中提到的中III和DMF的摩尔比例为1∶0.05-1.7，最优比例在1∶0.1-0.5；
3、上面氯化加成步骤中提到的中III和氯气通入的量的摩尔比例为1∶1-1.2，最优比例在1∶1.05-1.1；
4、将上步氯化加成得到的中IV的DMF溶液加入另一带有搅拌的反应瓶中进行环合反应，加入一定量的溶剂，如甲苯、氯苯、二氯乙烷、石油醚等，加入常用的环合催化剂，如一些有机碱或卤化氢等，搅拌升温，升温到一定温度，开始滴加一定量的氯化环合试剂，如三氯氧磷、三氯化磷、五氯化磷、固体光气或称三聚光气、二聚光气、光气、氯化亚砜等，滴加完成后，继续在一定温度下反应，直到反应体系中检测中IV的含量小于0.5％，降温到一定温度，加入一定量的水淬灭反应，萃取、中和、水洗，然后脱除溶剂，得到2-氯-5-氯甲基吡啶的初品，将初品减压蒸馏，可得到95％以上的2-氯-5-氯甲基吡啶的精品；
5、上面环合步骤提到的中IV和DMF的摩尔比例为1∶0.05-1.7，最优比例为1∶0.1-0.5；
6、上面环合步骤提到的溶剂，最佳溶剂为甲苯或氯苯；
7、上面环合步骤提到的氯化环合试剂，最佳为固体光气、二聚光气、光气；
8、上面环合步骤提到的中IV和氯化环合试剂的摩尔比例为1∶0.2-1.1，最优比例为1∶0.3-0.8；
9、上面环合步骤提到的环合反应温度为60℃-110℃，最佳温度为70℃-80℃；
10、上面环合步骤提到的氯化环合试剂滴加时间为0.5-8小时，最优1.5-4小时；
11、上面环合步骤提到加水量为每摩尔中IV加100克-300克水；
12、上面环合步骤提到的加水淬灭温度为20℃-80℃。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，其目的是能更好的理解本发明的内容及体现本发明的实质性的特点。因此所举之例不应视为对本发明保护范围的限制：
实施例1氯化加成反应
中III与DMF，按摩尔比1∶0.1混合后，通入氯气，控制内温稳定在-5℃-0℃之间，直至体系温度不再升温，体系的颜色由无色变为黄绿色，通氯时间在5小时左右。升高外温到25℃，保温30分钟。升温至40℃，通入氮气把体系中溶解的氯气赶走，得到氯化物中IV的DMF溶液；
实施例2氯化加成反应
中III与DMF，按摩尔比1∶0.3混合后混合后，通入氯气，控制内温稳定在-5℃-0℃之间，直至体系温度不再升温，体系的颜色由无色变为黄绿色，通氯时间在5小时左右。升高外温到25℃，保温30分钟。升温至40℃，通入氮气把体系中溶解的氯气赶走，得到氯化物中IV的DMF溶液；
实施例3氯化加成反应
中III与DMF，按摩尔比1∶0.5混合后，通入氯气，控制内温稳定在-5℃-0℃之间，直至体系温度不再升温，体系的颜色由无色变为黄绿色，通氯时间在5小时左右。升高外温到25℃，保温30分钟。升温至40℃，通入氮气把体系中溶解的氯气赶走，得到氯化物中IV的DMF溶液；
实施例4氯化加成反应
中III与DMF，按摩尔比1∶1混合后，通入氯气，控制内温稳定在-5℃-0℃之间，直至体系温度不再升温，体系的颜色由无色变为黄绿色，通氯时间在5小时左右。升高外温到25℃，保温30分钟。升温至40℃，通入氮气把体系中溶解的氯气赶走，得到氯化物中IV的DMF溶液；
实施例5氯化加成反应
中III与DMF，按摩尔比1∶1.5混合后，通入氯气，控制内温稳定在-5℃-0℃之间，直至体系温度不再升温，体系的颜色由无色变为黄绿色，通氯时间在5小时左右。升高外温到25℃，保温30分钟。升温至40℃，通入氮气把体系中溶解的氯气赶走，得到氯化物中IV的DMF溶液；
实施例6氯化加成反应
中III与DMF，按摩尔比1∶0.4混合后，通入氯气，控制内温稳定在5℃-10℃之间，直至体系温度不再升温，体系的颜色由无色变为黄绿色，通氯时间在2小时左右。升高外温到25℃，保温30分钟。升温至40℃，通入氮气把体系中溶解的氯气赶走，得到氯化物中IV的DMF溶液；
实施例7环合反应
反应方程式如下：
取实施例6得到的氯化物中IV0.1摩尔的N，N-二甲基甲酰胺溶液，其中中III与DMF的摩尔比为1∶0.3，溶于20毫升甲苯中，加入0.1克催化剂哌嗪，油浴加热至70℃，滴加含9.90克(0.03摩尔)固体光气的40毫升甲苯溶液，保持温度在70-80℃之间，滴加2小时，在80℃保温30分钟，降温至55℃，加入10毫升水，剧烈搅拌30分钟，静置降温至室温，滤液分层，水层用10毫升甲苯萃取一次，合并有机层，用含1.5克碳酸钠的10毫升水洗涤一次，10毫升水洗涤一次，脱溶，得16.08克棕色液体，室温下静置析出晶体。GC定量检测含二氯72.48％。产率71.94％。
实施例8环合反应
取实施例6得到的氯化物中IV0.1摩尔的N，N-二甲基甲酰胺溶液，其中中III与DMF的摩尔比为1∶0.3，溶于20毫升甲苯中，溶于20毫升甲苯中，加入0.1克催化剂哌嗪，油浴加热至70℃，滴加含9.90克(0.1摩尔)光气的40毫升甲苯溶液，保持温度在70-80℃之间，滴加2小时，在80℃保温30分钟，降温至55℃，加入10毫升水，剧烈搅拌30分钟，静置降温至室温，滤液分层，水层用10毫升甲苯萃取一次，合并有机层，用含1.5克碳酸钠的10毫升水洗涤一次，10毫升水洗涤一次，脱溶，得16.3克棕色液体，室温下静置析出晶体。GC定量检测含二氯72％，产率72.44％。
实施例8环合反应
取实施例6得到的氯化物中IV0.1摩尔的N，N-甲基甲酰胺溶液，其中中III与DMF的摩尔比为1∶0.3，溶于20毫升甲苯中，溶于20毫升甲苯中，加入0.1克催化剂哌嗪，油浴加热至70℃，滴加含9.90克(0.1摩尔)光气的40毫升甲苯溶液，保持温度在70-80℃之间，滴加2小时，在80℃保温30分钟，降温至55℃，加入10毫升水，剧烈搅拌30分钟，静置降温至室温，滤液分层，水层用10毫升甲苯萃取一次，合并有机层，用含1.5克碳酸钠的10毫升水洗涤一次，10毫升水洗涤一次，脱溶，得15.9克棕色液体，室温下静置析出晶体。GC定量检测含二氯72.2％，产率70.86％。
实施例9环合反应
取氯化物中IV0.1摩尔的N，N-二甲基甲酰胺溶液，其中中III与DMF的摩尔比为1∶1，溶于20毫升甲苯中，溶于20毫升甲苯中，加入0.1克催化剂哌嗪，油浴加热至70℃，滴加含9.90克(0.1摩尔)光气的40毫升甲苯溶液，保持温度在70-80℃之间，滴加2小时，在80℃保温30分钟，降温至55℃，加入10毫升水，剧烈搅拌30分钟，静置降温至室温，滤液分层，水层用10毫升甲苯萃取一次，合并有机层，用含1.5克碳酸钠的10毫升水洗涤一次，10毫升水洗涤一次，脱溶，得16.2g棕色液体，室温下静置析出晶体。GC定量检测含二氯72.2％。产率72.2％。
实施例10环合反应
取实施例6得到的氯化物中IV0.1摩尔的N，N-二甲基甲酰胺溶液，其中中III与DMF的摩尔比为1∶0.3，溶于20毫升甲苯中，溶于20毫升甲苯中，加入0.1克催化剂哌嗪，油浴加热至70℃，滴加含9.2克(0.006摩尔)三氯氧磷的40毫升甲苯溶液，保持温度在70-80℃之间，滴加2小时，在80℃保温30分钟，降温至55℃，加入30毫升水，剧烈搅拌30分钟，静置降温至室温，滤液分层，水层用10毫升甲苯萃取一次，合并有机层，用含1.5克碳酸钠的10毫升水洗涤一次，10毫升水洗涤一次，脱溶，得12.9克棕色液体，室温下静置析出晶体。GC定量检测含二氯72％，产率54.7％。
实施例11环合反应
取实施例6得到的氯化物中IV0.1摩尔的N，N-甲基甲酰胺溶液，其中中III与DMF的摩尔比为1∶0.3，溶于20毫升甲苯中，溶于20毫升甲苯中，加入0.1克催化剂哌嗪，油浴加热至70℃，滴加含11.9克(0.1摩尔)氯化亚砜的40毫升甲苯溶液，保持温度在70-80℃之间，滴加2小时，在80℃保温30分钟，降温至55℃，加入10毫升水，剧烈搅拌30分钟，静置降温至室温，滤液分层，水层用10毫升甲苯萃取一次，合并有机层，用含1.5克碳酸钠的10毫升水洗涤一次，10毫升水洗涤一次，脱溶，得12.6克棕色液体，室温下静置析出晶体。GC定量检测含二氯65％，产率50.7％。
对现有公开技术比实施例12环合反应
取0.1摩尔氯化物中IV的N，N-二甲基甲酰胺溶液，其中中III与DMF的摩尔比为1∶1.74，溶于20毫升甲苯中溶于20毫升甲苯中，油浴加热至90℃，滴加含9.2克(0.006摩尔)三氯氧磷的40毫升甲苯溶液，保持温度在90-100℃之间，滴加5小时，在95℃保温3小时，降温至70℃，加入40毫升水，剧烈搅拌1小时，静置降温至室温，滤液分层，水层用10毫升甲苯萃取一次，合并有机层，用含3.5克碳酸钠的10毫升水洗涤一次，10毫升水洗涤一次，脱溶，得16.2克棕色液体，室温下静置析出晶体。GC定量检测含二氯72％，产率72％。

Claims (6)

1.一种2-氯-5-氯甲基吡啶的合成方法，通过下面反应步骤来实现：
Figure FSB00001105465200011
其特征在于：
1)氯化加成的步骤为：将中III加入带有搅拌的反应瓶中进行氯化加成，然后加入一定量的N，N-二甲基甲酰胺，简称DMF，降温到-5℃-25℃，向反应瓶中通入氯气，控制反应温度在-5℃-25℃，通入计量的氯气，通氯完成后，继续在-5℃-25℃反应1小时，减压脱除多余的氯气，得到中IV的DMF溶液；所述中III和DMF的摩尔比例为1∶0.1-0.5；
2)环合反应的步骤为：将氯化加成得到的中IV和DMF溶液加入到另一带有搅拌的反应瓶中进行环合反应，加入一定量的溶剂，所加溶剂为甲苯，加入常用的环合催化剂，所加常用的环合催化剂为一些有机碱，然后搅拌升温，升温到70℃-80℃，开始滴加一定量的氯化环合试剂，所用氯化环合试剂为：固体光气、光气，滴加完成后，继续在70℃-80℃反应，直到反应体系中检测中IV的含量小于0.5％，降温到一定温度，加入一定量的水淬灭反应，加水量为每摩尔中IV加100克-300克水，萃取、中和、水洗，然后脱除溶剂，得到2-氯-5-氯甲基吡啶的粗品，将粗品减压蒸馏，得到95％以上的2-氯-5-氯甲基吡啶的精品。
2.根据权利要求1所述的方法，所述中IV和氯化环合试剂的摩尔比例为1∶0.2-1.1。
3.根据权利要求2所述的方法，所述中IV和氯化环合试剂的摩尔比例为1∶0.3-0.8。
4.根据权利要求1所述的方法，氯化环合试剂滴加时间为0.5-8小时。
5.根据权利要求2所述的方法，氯化环合试剂滴加时间为1.5-4小时。
6.根据权利要求1所述的方法，所述环合反应步骤的加水淬灭温度为20℃-80℃。
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