CN103145609A - 一种2,3-二氯吡啶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2,3-二氯吡啶的制备方法，该制备方法以2,3,6-三氯吡啶为起始原料，溶于溶剂中，以有机化合物为供氢体，在金属催化剂存在下加热至微回流反应，反应液经后处理得到目标产物2,3-二氯吡啶；溶剂为C1-C4的醇溶剂；供氢体如式（Ⅵ）所示结构，其中R为H⁺、Na⁺或NH₄ ⁺；金属催化剂为Pd/C催化剂。本发明CTH反应被成功地应用于多氯吡啶的脱氯加氢，催化剂可多次再生连续套用，供氢体相对廉价、易得、稳定、无毒并且容易从体系中除去，目标产物的收率好，少量的副产物也是用途广泛且经济价值较高的氯代吡啶，原料被充分利用，操作步骤简便，制备过程安全、绿色环保。

Description

一种2,3-二氯吡啶的制备方法

 

技术领域

本发明涉及一种2,3-二氯吡啶的制备方法。

背景技术

2,3-二氯吡啶是6种二氯吡啶异构体中用途较广、用量较大的一种氯代吡啶，是新型杀虫剂氯虫苯甲酰胺的重要中间体之一。

早在上世纪50年代初期，2,3-二氯吡啶就由H. J. den Hertog在实验室里通过3-氨基-2-氯吡啶的Gatterman反应获得，但是产率较低，没有工业应用价值。

    2,3-二氯吡啶可通过吡啶或吡啶盐酸盐的液相氯化得到（JP61249965），也可通过3-氯吡啶的液相氯化得到（US4515953），由于收率很低，因而实际上并无工业化生产的价值。

    最早出现的通过氯代吡啶的脱氯加氢制备2,3-二氯吡啶的专利技术是1989年公开的JP1193246。该专利提出以2,3,6-三氯吡啶为起始原料，以醋酸、乙醇或C6和C7烷烃等为溶剂，在Pd/C催化剂和诸如三乙胺、醋酸钠或碳酸钠之类的缚酸剂存在下，通气态氢还原得到产物。用易燃、易爆的氢气作反应原料之一，因存在较严重的潜在危害性即容易引起生产技术与安全方面的问题，导致该技术的应用受到限制。

     CN102153507 A /WO2012122746A1公开的技术也是以2,3,6-三氯吡啶为起始原料，在催化剂Pd/C和缚酸剂的存在下，通气态氢还原得到产物，但在产物的后处理上不同于JP1193246，即不是用精馏方法而是用浓盐酸从反应溶剂中萃取得到产物，由于浓盐酸的消耗量是产物的数倍之多，故除了用易燃、易爆的氢气作反应原料之一的不足外，还存在着废酸处理量较大的缺陷。

     US5380862 以2-氯吡啶为起始原料经丁氧基化、然后用氯气氯化、再以三氯氧磷氯化，经后处理可得到2,5-二氯吡啶和2,3-二氯吡啶。虽然2-氯吡啶是一种容易得到且价格相对低廉的原料，但反应过程冗长，三废处理量多，以副产物出现的2,3-氯吡啶的总收率低，因而该专利技术也不适宜用于工业化制备2,3-氯吡啶。

其它一些专门涉及2,3-二氯吡啶制备的专利诸如US20070161797 A1、US20100160641A1、WO2005070888、CN100357272和CN101302190等，皆以3-氨基吡啶为起始原料或通过其它原料先制备成3-氨基吡啶，然后经氯化反应得到2-氯-3-氨基吡啶，再经重氮化及水解氯代得到产物，此类反应工艺的优点是各中间产物无需纯化，可在同一反应釜中完成全部工序，比较适合于工业化生产，但由于制备过程复杂并且原料3-氨基吡啶的价格较高，因而导致2,3-二氯吡啶的制备成本偏高，另外，此类工艺过程中的三废处理量较大，因而生产过程不利于环境保护。

众所周知，氯代芳烃的加氢脱氯反应作为一种有效、经济、非破坏性地将氯原子从苯环上移除的方法，在有机合成上有着广阔的应用前景，同时还能用于环境保护，已经引起了世界各国科学家的极大关注。氯代芳烃脱氯加氢的供氢体通常用气态氢，无论是在实验室或者在工业生产中，都有较为广泛的应用，工艺亦日趋成熟。然而，由于氢气属易燃易爆物，对设备的要求较高，使用气态氢时，潜在的危害性比较严重，容易出现技术与安全方面的问题。最近几十年来，人们开始研究用有机物取代氢气用作反应的供氢体，这种在金属催化剂的存在下，用有机化合物代替气态氢作为反应中的供氢体进行的催化氢化反应被称之为催化转移氢化（Catalytic Transfer Hydrogenation ,略写作：CTH）反应。

    由于CTH反应在有机合成上具有诸如反应的催化剂能反复使用与再生，所用的有机物供氢体廉价、易得、稳定及无毒并且容易从体系中除去，产物的收率好，原料被充分利用，制备过程安全绿色环保等独特的优势，因此最近几十年来，业内人士对其作了大量的研究，在还原硝基、羧基、醛、酮的合成上已经有了广泛的应用。 

然而，CTH 反应用于氯代吡啶的脱氯加氢，却未见有报导的文献。而鉴于CTH反应的种种优点，有必要着手研究将CTH反应应用于2,3-二氯吡啶的制备上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用CTH反应制备2,3-二氯吡啶的方法，利用该反应具有原料廉价易得、工艺流程简明、产品收率较高、原料充分利用、制备操作安全、生产更利环保的优点。

本发明的技术方案：

具体制备方法如下：

A、在C1-C4的醇溶剂中，加入2,3,6-三氯吡啶及总添加量中的部分供氢体，搅拌，并缓慢加热至40-60℃，优选为50-55℃；

B、向反应液中加入金属催化剂，同时升温至微回流，保持微回流反应；

C、保持微回流反应若干小时后，在3-8小时内分批加入剩余的供氢体，至转化率达到要求；

D、趁热滤出催化剂，精馏回收溶剂，再趁热水洗经回收溶剂后的蒸余物以除去残留的盐并回收水相中的一氯吡，然后通过纯化得到目标产物2,3-二氯吡啶，

所述供氢体如式（Ⅵ）所示结构，

其中R为H⁺、Na⁺或NH₄ ⁺，优选为NH₄ ⁺；R为H⁺时，步骤A中同时加入总添加量中的部分固体氢氧化钠，步骤C中分批添加剩余供氢体时，同时分批加入剩余固体氢氧化钠；

所述金属催化剂为Pd/C催化剂。

整个反应一般在常压或加压下进行，最好是常压下进行。

进一步地，所述醇溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或丁醇，优选为乙醇。

进一步地，所述溶剂质量用量为2,3,6-三氯吡啶质量用量的6-15倍，优选为7-12倍。

进一步地，所述催化剂为活性炭负载质量百分含量为5-10%（优选5%）的Pb，Pd/C质量用量为2,3,6-三氯吡啶的4-20%（优选5-12%）。

进一步地，所述2,3,6-三氯吡啶与供氢体的摩尔比为1：0.5-4.5。

进一步地，所述2,3,6-三氯吡啶与供氢体的摩尔比优选为1：1.5-3.0。

进一步地，所述2,3,6-三氯吡啶与供氢体的摩尔最优选比为1：2。

进一步地，步骤A中所添加的供氢体的质量用量占总用量的10-50%，优选为30-40%。

进一步地，步骤B所述Pd/C催化剂一次性加入或分批加入。

进一步地，Pd/C催化剂的水基含量为30-80%，优选为55-65%。

本发明的有益效果在于：CTH反应被成功地应用于多氯吡啶的脱氯加氢，催化剂可多次再生连续套用，供氢体相对廉价、易得、稳定、无毒并且容易从体系中除去，目标产物的收率好，少量的副产物也是用途广泛且经济价值较高的氯代吡啶，原料被充分利用，操作步骤简便，制备过程安全、绿色环保。其中，预先加入部分供氢体，并在适当温度下投入催化剂可有效诱导反应进行，此后分批加入剩余的供氢体，有利于提高反应的选择率和目标产物的收率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但无意用这些实施例限制本发明的保护范围。各实施例中的百分率除收率以摩尔计，其余的皆以质量计。

本发明采用如式（Ⅵ）所示结构的化合物为供氢体，与起始原料2,3,6-三氯吡啶，溶于C1-C4的醇溶剂中，在金属催化剂Pd/C 催化剂的存在下缓慢加热至微回流反应，反应液经后处理得到目标产物2,3-二氯吡啶；

式（Ⅵ）中R为H⁺、Na⁺或NH₄ ⁺；

反应原理如下：

当R为Na⁺或NH₄ ⁺时，反应如式（1）所示：

其中R为H⁺时，反应式如式（2）所示：

所述反应式（1）和（2）中，

式（Ⅰ）为起始原料2,3,6-三氯吡啶；

式（Ⅱ）中R为Na⁺或NH₄ ⁺；

式（Ⅲ）为目标产物2,3-二氯吡啶；

式（Ⅳ）为3-氯吡啶、2-氯吡啶或3-氯吡啶与2-氯吡啶的混合

物；

式（Ⅴ）为2,5-二氯吡啶与2,6 –二氯吡啶的混合物。

实施例1：

     在一只装有搅拌器、温度计、回流冷凝器及加料器的500ml四口反应瓶中加入无水乙醇300ml、2,3,6-三氯吡啶0.125mol（23g，GC含量99.2%），再加入甲酸铵5.55g，开搅拌同时缓缓加热，当料液温度达到50-55℃时，开始加入5%Pd/C 催化剂2g（含水基65%），片刻后逸出密集的气泡，继续缓缓升温至微回流反应3小时，然后在6小时内分6批加入10.20g甲酸铵，加完后，在同样的温度下再反应约1小时，GC监控反应至转化率达到要求，趁热过滤，滤饼用水洗涤，除盐后回收的催化剂套用于下次反应。滤液的GC分析表明：

3-氯吡啶：4.95%，

2,5-二氯吡啶：1.99%，

2,3-二氯吡啶：39.91%，

2,6-二氯吡啶：2.53%，

2,3,6-三氯吡啶：50.51%。

    重复上述制备过程，得到数批反应滤液，将滤液精馏回收溶剂（套用于下次合成）后，趁热水洗蒸余物以除去残留的盐,分出有机相，减压精馏，综合处理后，相应于每批滤液可分别得到：

3-氯吡啶1.0g、2,5-二氯吡啶0.4g、2,3-二氯吡啶7.9g、2,6-二氯吡啶0.5g和未反应的2,3,6-三氯吡啶10g，以反应了的2,3,6-三氯吡啶计2,3-二氯吡啶的收率为76.03%。

   实施例2

   与实施例1同样操作，但改为用回收的催化剂2.5g，将首次加甲酸铵量改为8 g，然后在7小时内均匀分8批加完16g甲酸铵。滤液的GC分析表明：

3-氯吡啶：3.55%，

2,5-二氯吡啶：1.12%，

2,3-二氯吡啶：40.83%，

2,6-二氯吡啶：2.52%，

2,3,6-三氯吡啶：51.98%。

减压精馏，综合处理后，以反应了的2,3,6-三氯吡啶计2,3-二氯吡啶的收率为81.46%。

   实施例3

  与实施例1同样操作，但用甲醇为溶剂，反应结束时，反应混合物的GC分析结果为：

3-氯吡啶：7.56%，

2,5-二氯吡啶：2.01%，

2,3-二氯吡啶：34.61%，

2,6-二氯吡啶：3.01% %，

2,3,6-三氯吡啶：52.76%。

减压精馏，综合处理后，以转化了的2,3,6-三氯吡啶计， 2,3-二氯吡啶的收率为69.10%。

   实施例4

   与实施例1同样操作，但用异丙醇作溶剂，反应结束时，反应混合物的GC分析结果为：

3-氯吡啶:6.03%，

2-氯吡啶:3.02%，

2,5-二氯吡啶:2.51%，

2,3-二氯吡啶:32.66%，

2,6-二氯吡啶:2.01 %，

2,3,6-三氯吡啶:53.77%。

减压精馏，综合处理后，以转化了的2,3,6-三氯吡啶计， 2,3-二氯吡啶的收率为66.17%。

   实施例5

   与实施例1同样操作，但用正丙醇为反应溶剂，反应结束时，反应混合物的GC分析结果为：

3-氯吡啶:6.53%，

2-氯吡啶:3.52%，

2,5-二氯吡啶:1.99%，

2,3-二氯吡啶:28.35%，

2,6-二氯吡啶:3.48%，

2,3,6-三氯吡啶:54.73%。

减压精馏，综合处理后，以转化了的2,3,6-三氯吡啶计， 2,3-二氯吡啶的收率为60.01%。

   实施例6

   与实施例1同样操作，但改分批加入甲酸铵为一次加入，反应结束时，反应混合物的GC分析结果为：

3-氯吡啶: 7.43%，

2,5-二氯吡啶: 2.97%，

2,3-二氯吡啶:29.2%，

2,6-二氯吡啶:3.46%，

2,3,6-三氯吡啶:56.93%。

减压精馏，综合处理后，以转化了的2,3,6-三氯吡啶计， 2,3-二氯吡啶的收率为64.31%。

   实施例7

   与实施例1同样操作，但改为用正丁醇作反应溶剂，反应结束时，反应混合物的GC分析结果为：

3-氯吡啶：6.09%，

2-氯吡啶：5.08%，

2,5-二氯吡啶：2.03%，

2,3-二氯吡啶：31.97%，

2,6-二氯吡啶：3.05%，

2,3,6-三氯吡啶:51.77%。

以转化了的2,3,6-三氯吡啶计， 2,3-二氯吡啶的收率为61.59%。

   实施例8

   与实施例2同样操作，但改为用回收的乙醇，反应结束时，反应混合物的GC分析结果为：

3-氯吡啶:4.12%，

2,5-二氯吡啶:1.62%，

2,3-二氯吡啶:39.03%，

2,6-二氯吡啶:2.11%，

2,3,6-三氯吡啶:53.12%。

减压精馏，综合处理后，以转化了的2,3,6-三氯吡啶计， 2,3-二氯吡啶的收率为78.76%。

   实施例9

   在一只装有搅拌器、温度计、回流冷凝器及滴加漏斗的500ml四口反应瓶中加入无水乙醇300ml、2,3,6-三氯吡啶0.125mol（23.1g，GC含量98.8%）、甲酸3g、固体氢氧化钠3g，开动搅拌同时开始缓缓加热，当料液温度达到50-55℃时，开始加入5%Pd/C 催化剂1.5g（含水基59%）, 继续缓缓升温至微回流反应3小时，然后在4小时内滴加8.5g甲酸，并在滴加甲酸期间，将固体氢氧化钠7.5g分三批加入，再在同样的温度下反应至2,3,6-三氯吡啶的转化率达到所需要求，趁热过滤，滤饼用水洗涤，除盐后回收的催化剂套用于下次反应。滤液的GC分析表明：

3-氯吡啶:0.75%，

2,5-二氯吡啶:1.78%，

2,3-二氯吡啶:36.75%，

2,6-二氯吡啶:6.15%，

2,3,6-三氯吡啶:54.56%。

减压精馏，综合处理后，以转化了的2,3,6-三氯吡啶计， 2,3-二氯吡啶的收率为77.42%。

说明：各实施例中，反应在常压下进行，也可以适当加压。回流反应在工业上最容易实现的室温至回流的温度进行，以在微回流无难度下进行为佳。

Claims (10)

1.一种2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征在于该制备方法包括如下步骤：

A、在C1-C4的醇溶剂中，加入2,3,6-三氯吡啶及总添加量中的部分供氢体，搅拌，并缓慢加热至40-60℃；

B、向反应液中加入金属催化剂，同时升温至微回流，保持微回流反应；

C、保持微回流反应若干小时后，在3-8小时内分批加入剩余的供氢体，至转化率达到要求；

D、趁热滤出催化剂，精馏回收溶剂，再趁热水洗经回收溶剂后的蒸余物以除去残留的盐并回收水相中的一氯吡，然后通过纯化得到目标产物2,3-二氯吡啶，

所述供氢体如式（Ⅵ）所示结构，

其中R为H⁺、Na⁺或NH₄ ⁺；

R为H⁺时，步骤A中同时加入总添加量中的部分固体氢氧化钠，步骤C中分批添加剩余供氢体时，同时分批加入剩余固体氢氧化钠；

所述金属催化剂为Pd/C催化剂。

2.根据权利要求1所述的2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征在于所述醇溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或丁醇。

3.根据权利要求1所述的2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征在于所述醇溶剂质量用量为2,3,6-三氯吡啶质量用量的6-15倍。

4.根据权利要求1所述的2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征在于所述步骤A中将混合物缓慢加热至50-55℃。

5.根据权利要求1所述的2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征在于所述Pd/C催化剂为活性炭负载质量百分含量为5-10%的Pb，Pd/C质量用量为2,3,6-三氯吡啶的4-20%。

6.根据权利要求1所述的2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征在于所述2,3,6-三氯吡啶与供氢体的摩尔比为1：0.5-4.5。

7.根据权利要求6所述的2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征在于所述2,3,6-三氯吡啶与供氢体的摩尔比为1：1.5-3.0。

8.根据权利要求7所述的2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征在于所述2,3,6-三氯吡啶与供氢体的摩尔比为1：2。

9.根据权利要求1所述的2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征在于步骤A中所添加的供氢体的质量用量占总用量的10-50%。

10.根据权利要求1所述的2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征在于Pd/C催化剂的水基含量为30-80%。