CN103819397B - 一种杂环醇的高效催化合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种杂环醇的高效催化合成方法，尤其是3,5,6-三氯吡啶-2-醇的催化合成方法，所述方法包括：在惰性气体氛围下，通过引入新型催化体系实现了6-氯-2-吡啶醇钠与氯化试剂的高效催化氯化反应；同时，通过单因素实验对组分种类、工艺条件如温度、溶剂等进行优化而有效促进了物料的转化；此外，助剂的添加还显著加速了反应进程，从而使该方法最终表现出大幅提高反应收率、降低反应能耗的优异效果，具有广阔的规模化生产前景和市场应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种杂环醇的合成方法，更具体地涉及一种三氯吡啶醇的高效催化合成方法，属于有机化工中间体合成领域。
背景技术
杂环醇具有重要的化学用途，可用作多种化工原料、医药中间体、农药中间体等。例如，三氯吡啶醇便是一种重要的有机化工原料，其钠盐为类白色固体粉末，微溶于水。易溶于乙醇等有机溶剂，在酸性条件下可转化为3,5,6-三氯吡啶-2-醇，其作为一种重要的化工原料、性能优良的螯合浮选剂以及重要的农药中间体，被广泛应用于各个领域，例如用于杀螨剂毒死蜱和甲基毒死蜱的生产。
目前，现有技术中已经有诸多制备三氯吡啶醇或其钠盐的相关工艺或方法,主要分为下述几种方法[参见“3,5,6-三氯吡啶-2-醇钠的合成研究进展”,赵丹凤等,有机化学,2011,31(5),768-771]:吡啶或吡啶衍生物路线、丙烯酰氯路线、三氯乙酸苯酯路线和三氯乙酰氯路线。例如：
US4515953A的专利申请公开了一种采用吡啶低温液相氯化制备四氯吡啶，然后经酸化或水解合成三氯吡啶醇钾或三氯吡啶酚的方法。
张未星等(“3,5,6-三氯吡啶-2-醇钠的合成”,浙江化工,2008,39(9),13-15)报道了一种以三氯乙酰氯和丙烯腈为原料，在氯化亚铜催化剂作用下，经加成、环化、芳构化三步反应制备得到3,5,6-三氯吡啶-2-醇钠的方法，并分析了加料方式、反应温度、物料比例和催化剂用量对该反应的影响，确定了最佳工艺条件，其收率达到70%以上。
周健等(“3,5,6-三氯-2-羟基吡啶的合成新工艺”,天津师范大学学报(自然科学版),2006,26(1),12-13)公开了一种以2,6-二氯吡啶为原料，经碱性加压醇解再氯化制备3,5,6-三氯-2-羟基吡啶的工艺，其采用醇解代替水解避免了原料冷凝与反应器内壁而使搅拌难以进行的问题，且首次采用FeCl3/I2催化剂实现了反应的高收率和高选择性，两步收率均在80%以上。
CN101899000A的专利申请报道了一种液相常压直接催化氯化合成3,5,6-三氯吡啶酚钠的方法，其采用6-氯-2-吡啶酚钠为原料，在碱性条件下加入催化剂形成悬浮液，然后通入氯气进行氯化反应，经调节pH、过滤等后处理得到目标产品。该方法可在常温下进行，能耗较低，且具有对环境污染小的优点，收率在80%左右。
CN102643226A的专利申请公开了一种采用3,5,6-三氯-2-吡啶酚的制备方法，其采用漂白粉水溶液作为氯化试剂，以6-氯-2-羟基吡啶钠盐作为反应原料进行氯化反应，实现了低温、短时间内实现目标产物的目的，收率最高可达83%。
尽管现有技术中已存在多种三氯吡啶醇或其钠盐的合成工艺，然而，这些方法的产品收率仍不能够满足当前工业应用的需要，同时部门方法或工艺存在步骤繁琐的弊端。由此可见，开发一种新型、高效的三氯吡啶醇或其钠盐的合成工艺已成为科技发展的必然趋势。本发明人针对现有技术存在的诸多问题，旨在从实际的科学探究出发，结合大量文献调研，从而研发摸索出一种三氯吡啶醇钠的高效催化合成方法，从而达到大幅度提高产品收率、降低生产成本的目的，为当前农药、化工领域的研发和生产提供了一种有益途径，满足对产品用量和质量的双层需求。
发明内容
为了克服上述所指出的诸多缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而开发出一种三氯吡啶醇的高效催化合成方法，进而完成了本发明。
具体而言，本发明的技术方案和内容涉及一种3,5,6-三氯吡啶-2-醇的高效催化合成方法，所述方法包括如下步骤：在惰性气体氛围下，向反应釜中加入溶剂和6-氯-2-吡啶醇钠，再加入催化剂、次氯酸钙和反应助剂，搅拌反应；反应完毕后，调节pH至2.5-3，经过滤、水洗，取有机层浓缩、真空干燥得到3,5,6-三氯吡啶-2-醇。
反应方程式如下：
在本发明的所述合成方法中，所述催化剂为钯盐、路易斯酸和SmI2(二碘化钐)的混合物，其中钯盐、路易斯酸和SmI2的三者质量比为1:0.8-1.2:0.5-1，优选为1:1:0.8。
在本发明的所述合成方法中，所述钯盐为PdCl2、PdBr2、Pd(acac)2、Pd(TFA)2、Pd(OAc)2中的任意一种，优选为Pd(acac)2、Pd(TFA)2中的任意一种。
在本发明的所述合成方法中，所述路易斯酸为TiCl4、ZnCl2、FeCl3、SnCl4、FeCl2中的任意一种，优选为TiCl4或SnCl4。
在本发明的所述合成方法中，所述反应助剂为三乙基氯化铵、三乙基硝酸铵、三丁基六氟磷酸铵中的任意一种，优选为三乙基硝酸铵。
在本发明的所述合成方法中，所述6-氯-2-吡啶醇钠与催化剂的质量比为1:0.03-0.1，例如可为1:0.03、1:0.04、1:0.05、1:0.06、1:0.07、1:0.08、1:0.09或1:0.1，优选为1:0.05-0.08。
在本发明的所述合成方法中，所述6-氯-2-吡啶醇钠与次氯酸钙的质量比为1:3-4，非限定性地可为1:3.1、1:3.2、1:3.3、1:3.4、1:3.5、1:3.6、1:3.7、1:3.8、1:3.9或1:4，优选为1:3.5。
在本发明的所述合成方法中，所述6-氯-2-吡啶醇钠与反应助剂的质量比为1:0.1-0.2，优选为1:0.15-0.18。
在本发明的所述合成方法中，所述溶剂为苯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、正己烷、四氢呋喃(THF)、乙醚、乙腈、甲醇、乙醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等中的一种或多种，优选为甲醇、乙醇、二氯甲烷、甲苯或N-甲基吡咯烷酮。
在本发明的所述合成方法中，6-氯-2-吡啶醇钠与溶剂的质量体积比并没有特别的限定，例如可为1:5-10g/ml，即每1g6-氯-2-吡啶醇钠加入到5-10ml溶剂中，优选为1:8-10g/ml，例如可为1:8、1:8.5、1:9、1:9.5或1:10。
在本发明的所述合成方法中，反应温度为25-50℃，优选为25-35℃，非限定性地例如可为25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃，更优选为30℃。
在本发明的所述合成方法中，反应时间为50-100min，非限定性地可为50min、60min、70min、80min、90min或100min。
在本发明的所述合成方法中，所述惰性气体氛围为氮气、氩气中的任意一种。
在本发明的所述合成方法中，反应完毕后，可使用盐酸水溶液、硫酸水溶液或硝酸水溶液将反应体系的pH值调节至2.5-3，例如可调节至2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3。
本发明人通过实验的筛选构建了以钯盐、路易斯酸和SmI2为主要组分的催化剂体系，通过催化原料6-氯-2-吡啶醇钠与氯化试剂的反应历程实现了高效、快速地制备3,5,6-三氯吡啶-2-醇。与现有技术相比，本发明的有益效果为:
1、筛选出复合催化剂各个组分的种类，以该催化体系能够有效改善产品质量和收率，具有明显积极的效果。
2、助剂的添加能够起到协同促进催化的作用，显著加快了反应的进行，节约了生产的能耗。
3、本发明方法常压反应、无需强酸性的反应环境，避免高压设备的采用，有效保证了生产的安全性。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
制备例1
按照质量比为1:1:0.8的比例来称取Pd(TFA)2、TiCl4和SmI2三组分，并研磨混合均匀，即可得本发明的复合催化剂，具体应用于下述各个实施例中。
实施例1
在氮气气体氛围下，向反应釜中加入900ml乙醇溶剂和100g6-氯-2-吡啶醇钠，再向其中加入5g催化剂、350g次氯酸钙和15g三乙基硝酸铵，搅拌反应80min，反应温度为30℃。反应完毕后使用盐酸水溶液将反应体系调节pH至2.5，然后过滤、去离子水洗涤，收集有机层，并将其浓缩、真空干燥，便得到3,5,6-三氯吡啶-2-醇，收率为98.1%，纯度为98.9%(HPLC)。
实施例2
在氮气气体氛围下，向反应釜中加入900ml乙醇溶剂和100g6-氯-2-吡啶醇钠，再向其中加入6g催化剂、380g次氯酸钙和18g三乙基硝酸铵，搅拌反应70min，反应温度为30℃。反应完毕后使用盐酸水溶液将反应体系调节pH至3，然后过滤、去离子水洗涤，收集有机层，并将其浓缩、真空干燥，便得到3,5,6-三氯吡啶-2-醇，收率为97.4%，纯度为98.7%(HPLC)。
实施例3
在氮气气体氛围下，向反应釜中加入800ml乙醇溶剂和100g6-氯-2-吡啶醇钠，再向其中加入8g催化剂、360g次氯酸钙和16g三乙基硝酸铵，搅拌反应60min，反应温度为30℃。反应完毕后使用盐酸水溶液将反应体系调节pH至2.5，然后过滤、去离子水洗涤，收集有机层，并将其浓缩、真空干燥，便得到3,5,6-三氯吡啶-2-醇，收率为97.6%，纯度为98.5%(HPLC)。
实施例4
在氮气气体氛围下，向反应釜中加入1000ml乙醇溶剂和100g6-氯-2-吡啶醇钠，再向其中加入7g催化剂、370g次氯酸钙和17g三乙基硝酸铵，搅拌反应90min，反应温度为30℃。反应完毕后使用盐酸水溶液将反应体系调节pH至3，然后过滤、去离子水洗涤，收集有机层，并将其浓缩、真空干燥，便得到3,5,6-三氯吡啶-2-醇，收率为97.9%，纯度为98.7%(HPLC)。
实施例5-8
除将制备例1中的催化剂中的相应Pd(TFA)2替换为如下的组分外，以与实施例1-4相同的方式而分别实施了实施例5-8，组分与实验结果的对应关系如下表1所示。
表1
实施例9-12
除将制备例1中的催化剂中的相应TiCl4替换为如下的组分外，以与实施例1-4相同的方式而分别实施了实施例9-12，组分与实验结果的对应关系如下表2所示。
表2
由实施例1-4、表1和表2可见，钯盐组分和路易斯酸组分的种类对催化剂体系性能具有关键性影响，本发明人通过大量的实验筛选才得出了催化剂的最佳组成，该组成能够促使反应收率达90%以上；其中钯盐更优选Pd(acac)2、Pd(TFA)2中的任意一种，路易斯酸更优选为TiCl4或SnCl4中的任意一种。
实施例13-16
除采用不同的助剂外，分别以与实施例1-4相同的方式而分别实施了实施例13-16，实验结果如下表3所示。
表3
实施例17-20
除不添加助剂外，以与实施例1-4相同的方式而分别实施了实施例17-20，通过监测反应终点，并延长反应时间至3h探究反应进程，实验结果如下表3所示。
表4
“--”表示不添加。
由实施例1-4、表3和表4可见，反应助剂能够有效协同催化剂体系，显著促进反应的进行而缩短反应时间。而当缺少助剂的存在时，则难以快速且高收率的制备得到3,5,6-三氯吡啶-2-醇；同时反应助剂的种类对反应收率的影响也具有明显差异，实验结果显示三乙基硝酸铵是最为优选的反应助剂。
实施例21-26
除改变反应温度条件外，以与实施例1-4相同的方式而分别实施了实施例21-26，实验结果如下表5所示。
表5
实施例27-30
除采用不同的溶剂外，以与实施例1-4相同的方式而分别实施了实施例27-30，所得实验结果如下表6所示。
表6
由实施例1-4、表5和表6可见，本发明通过单因素实验研究了反应温度和溶剂种类对反应的影响。其中，反应温度的适合范围在25-35℃，最优选30℃。同时，溶剂可能会影响到物料的反应性而使得反应收率有所不同，其中溶剂优选乙醇、甲醇、二氯甲烷、甲苯，最优选为乙醇。
综上所述，本发明人通过大量的创造性劳动，探寻出了一种合成3,5,6-三氯吡啶-2-醇的工业催化催化，其能够大幅提高了反应收率、改善了产品质量，并且通过单因素实验等手段而实现了工艺参数的优化选择。本发明的方法具有收率高、反应快的优点，具有广阔的工业化前景和市场潜力。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种3,5,6-三氯吡啶-2-醇的催化合成方法，所述方法包括如下步骤：在惰性气体氛围下，向反应釜中加入溶剂和6-氯-2-吡啶醇钠，再加入催化剂、次氯酸钙和反应助剂，搅拌反应；反应完毕后，调节pH至2.5-3，经过滤、水洗，取有机层浓缩、真空干燥得到3,5,6-三氯吡啶-2-醇；
所述催化剂为钯盐、路易斯酸和SmI2的混合物，其中钯盐、路易斯酸和SmI2的三者质量比为1:0.8-1.2:0.5-1；
其中，所述钯盐为Pd(acac)2、Pd(TFA)2中的任意一种；
所述路易斯酸为TiCl4或SnCl4；
所述反应助剂为三乙基硝酸铵。
2.如权利要求1所述的催化合成方法，其特征在于：所述催化剂钯盐、路易斯酸和SmI2的三者质量比为1:1:0.8。
3.如权利要求1或2所述的催化合成方法，其特征在于：所述6-氯-2-吡啶醇钠与催化剂的质量比为1:0.03-0.1。
4.如权利要求3所述的催化合成方法，其特征在于：所述6-氯-2-吡啶醇钠与催化剂的质量比为1:0.05-0.08
5.如权利要求1或2所述的催化合成方法，其特征在于：所述6-氯-2-吡啶醇钠与次氯酸钙的质量比为1:3-4。
6.如权利要求5所述的催化合成方法，其特征在于：所述6-氯-2-吡啶醇钠与次氯酸钙的质量比为1:3.5。
7.如权利要求1或2所述的催化合成方法，其特征在于：所述6-氯-2-吡啶醇钠与反应助剂的质量比为1:0.1-0.2。
8.如权利要求7所述的催化合成方法，其特征在于：所述6-氯-2-吡啶醇钠与反应助剂的质量比为1:0.1-0.18。
9.如权利要求1或2所述的催化合成方法，其特征在于：所述溶剂为苯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、正己烷、四氢呋喃、乙醚、乙腈、甲醇、乙醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
10.如权利要求1或2所述的催化合成方法，其特征在于：反应温度为25-50℃，反应时间为50-100min。
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