CN103980190B - 一种制备2,6-双-(苦氨基)吡啶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有机中间体制备技术领域，具体涉及一种制备2,6-双-(苦氨基)吡啶的方法。包括：以苦基氯和2,6-二氨基吡啶为原料，以水为媒介，以NaHCO3为反应促进剂，在相转移催化剂作用下，83～90℃反应2～6h。过滤，热水洗涤、甲醇重结晶，得到2,6-双-(苦氨基)吡啶。本发明以单一的水为反应媒介，替代现有技术采用的有机溶剂；采用相转移催化剂，降低了界面张力，提高了反应活性；苦基氯和2,6-二氨基吡啶在接近理论料比的条件下反应，减少了原料的消耗，降低了原材料成本；简化了溶剂回收和分离工艺，减少了环境污染。

Description

一种制备2,6-双-(苦氨基)吡啶的方法
技术领域
本发明涉及有机中间体制备技术领域，确切地说是一种制备2,6-双-(苦氨基)吡啶的方法。
背景技术
2,6-双-(苦氨基)吡啶(PAP)，英文名称：2,6-bis-(picrylamino)pyridine，分子式：C17H9N9O12，结构式：
分子量531.31，熔点300℃，是制备耐热炸药2,6-双-(苦氨基)-3,5-二硝基吡啶(PYX)(2,6-bis-(picrylamino)-3,5-dinitropyridine)的重要中间体。2,6-双-(苦氨基)-3,5-二硝基吡啶的耐热性能比六硝基二苯基乙烯好，在石油深井射孔弹和宇宙爆炸勘探及核技术等领域有较好的应用前景。
现有的2,6-双-(苦氨基)-3,5-二硝基吡啶合成技术多数都是以2,6-双-(苦氨基)吡啶为前体的。
目前，合成2,6-双-(苦氨基)吡啶的相关文献报道主要有：
1972年，美国专利[US3678061]提供的方法：以苦基氯(2,4,6-三硝基氯苯)和2,6-二氨基吡啶为原料，以无水二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，氟化钠为反应促进剂，反应温度115℃，反应时间5h。反应完毕，将反应混合液倒入水中，过滤、水洗后用甲醇煮洗，再过滤、用甲醇洗涤，得到2,6-双-(苦氨基)吡啶(PAP)，得率87～90％。用丙酮和乙醇重结晶可以得到分析纯的产品，熔点300℃。该方法存在的问题：以DMF作溶剂，用量较大，成本高；反应温度高，副产物多，相对不安全；反应过程中产生有毒、腐蚀性强的氟化氢气体，不利于环保；后处理过程繁琐。
1983年，欧洲专利[EP0104717A1]改进了美国专利[US3678061]的方法，将2,6-二氨基吡啶加入到水中，苦基氯和碳酸镁加入到异丙醇中，两种混合物分别升温到27℃，使其固相完全溶解。之后，30min内将两种溶液混合。将混合液加热到异丙醇的沸点，反应制得PAP，得率96％。该方法用异丙醇和水代替了DMF作溶剂，用碳酸镁代替了氟化钠，避免了氟化氢气体的产生。但是，加入的碳酸镁在后续分离中很难从反应物中去除干净，使产品纯度受到影响。
2008年，中国工程物理研究院王军等报道了改进的方法：以乙醇为溶剂，将2,6-二氨基吡啶、苦基氯、氟化钠加入其中，45～50℃反应1h，75～80℃反应3h。之后，将反应混合液倒入水中，过滤，水洗，55～65℃烘干，得到粗品PAP，得率81.0％，纯度大于95％。该方法进一步改进了溶剂，降低了反应温度，简化了操作过程，使制备成本降低，并且过程更安全。但是，促进剂仍采用氟化钠，产生的氟化氢对环境不利，且PAP得率偏低。
2012年，南京理工大学李永强以乙醇为溶剂、等摩尔的氟化钾和碳酸钾为促进剂，2,6-二氨基吡啶和苦基氯45℃左右反应lh，75℃左右反应3h，抽滤，用水洗涤，烘干制得PAP，得率97.26％。该方法采用了混合钾盐为促进剂，提高了PAP得率，但是氟化氢的环境问题没有得到解决，后续处理相对复杂。
2013年，国内西安近代化学研究所邓明哲等采用廉价的有机混合溶剂，以碱金属酸式碳酸盐NH为促进剂，苦基氯和2,6-二氨基吡啶35℃左右反应0.5h，回流反应3h，降温、过滤、洗涤、干燥，得到PAP，得率99.1％，纯度99％。该方法产品得率与纯度均高，但是采用的是有机混合溶剂。
上述研究采用的原料路线均一样，都是以苦基氯和2,6-二氨基吡啶为原料，缩合制备2,6-双-(苦氨基)吡啶。存在的问题主要有：
采用的溶剂均为有机溶剂，溶剂使用量大，回收成本高，制备过程有的采用了氟酸盐或碳酸盐或两者的混合物作为促进剂，溶剂和促进剂的选择均不利于环保。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种制备2,6-双-(苦氨基)吡啶的方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种制备2,6-双-(苦氨基)吡啶的方法。
包括以下步骤：
(1)将2,6-二氨基吡啶和水按质量比1:10～25混合升温至溶解，得到第一溶液；
(2)将苦基氯升温至熔化，得到苦基氯液体；
(3)在第一溶液中加入相转移催化剂，得到第二溶液；
(4)搅拌苦基氯液体，同时将第二溶液加入其中，得到第三溶液；
(5)将第三溶液，在83～90℃条件下反应2～6h，并在反应期间加入反应促进剂，得到含2,6-双-(苦氨基)吡啶的悬浮液；
(6)将悬浮液进行过滤、热水洗涤、甲醇重结晶，得到2,6-双-(苦氨基)吡啶。
进一步，步骤(1)中2,6-二氨基吡啶和水的质量比为1:15～20；
进一步，步骤(2)中苦基氯与步骤(1)中第一溶液中2,6-二氨基吡啶的摩尔比为2.0～2.5:1；
进一步，步骤(3)中相转移催化剂为AEO10、AEO9、AEO9、AEO5或AE2S；
进一步，步骤(3)中相转移催化剂与步骤(1)中2,6-二氨基吡啶的质量比为0.01～0.05:1；
进一步，步骤(5)中反应促进剂为NaHCO3，NaHCO3与步骤(1)中2,6-二氨基吡啶的质量比为1.5～2.5:1；
进一步，步骤(5)中，在反应期间加入反应促进剂，包括：
将反应促进剂制成浓度为0.2～0.6mol/L水溶液，以均匀滴入的方式在2.5～4h内完成。
与现有技术相比，该工艺是一种真正的绿色工艺，本发明的有益效果是：
(1)以单一的水为反应媒介，替代现有技术采用的有机溶剂，省去了溶剂回收过程，简化了分离工艺，减少了环境污染；
(2)采用相转移催化剂，降低了界面张力，提高了反应活性，缩短了反应时间；
(3)苦基氯和2,6-二氨基吡啶在接近理论料比的条件下反应，减少了原料的消耗，降低了原材料成本。
具体实施方式
本实施方式提供了一种制备2,6-双-(苦氨基)吡啶的方法，该方法以苦基氯(2,4,6-三硝基氯苯)Ⅰ和2,6-二氨基吡啶Ⅱ为原料，反应过程用单一的水完全替代有机溶剂作为反应媒介，以NaHCO3为反应促进剂，采用相转移催化剂，合成2,6-双-(苦氨基)吡啶Ⅲ。
该工艺具有以下显著特点：
以单一的水为反应媒介，替代现有技术采用的有机溶剂；采用相转移催化剂，降低了界面张力，提高了反应活性；苦基氯和2,6-二氨基吡啶在接近理论料比的条件下反应，减少了原料的消耗，降低了原材料成本；简化了溶剂回收和分离工艺，减少了环境污染。
该方法包括以下过程：
采用与传统方法相同的原料苦基氯和2,6-二氨基吡啶，以水为媒介，以NaHCO3为反应促进剂，在相转移催化剂作用下，83～90℃反应2～6h。过滤，热水洗涤、甲醇重结晶，得到2,6-双-(苦氨基)吡啶(PAP)。反应液体经简单分离之后，水与相转移催化剂循环使用。反应方程式为：
下面是本发明的具体步骤：
(1)称取一定量的2,6-二氨基吡啶加入到一个容器中，加入适量的水，升温搅拌溶解；
其中，2,6-二氨基吡啶和水的质量比为1:10～25，优选为：1:15～20；
(2)按一定比例称取苦基氯，加入到另一个容器中，升温熔化得到苦基氯液体；
其中，苦基氯与步骤(1)溶液中2,6-二氨基吡啶的摩尔比为2.0～2.5:1；
(3)将一定量的相转移催化剂加入到步骤(1)溶液中；
其中，相转移催化剂为AEO10、AEO9、AEO7、AEO5、AE2S，相转移催化剂与2,6-二氨基吡啶的质量比为0.01～0.05:1；
(4)在搅拌的同时，将步骤(3)溶液加入到步骤(2)液体中；
(5)83～90℃反应一定时间，期间分批加入反应促进剂NaHCO3；
其中，反应时间为2～6h，反应促进剂与2,6-二氨基吡啶的摩尔比为1.5～2.5:1，反应促进剂配制成浓度为0.2～0.6mol/L的水溶液，在2.5～4h内匀速滴入。
(6)过滤、热水洗涤、甲醇重结晶，得到PAP，熔点299～300℃。
以下为制备2,6-双-(苦氨基)吡啶的具体实施例：
实施例1
称取5.4g2,6-二氨基吡啶加入到100mL水中，搅拌升温，将0.135gAEO9加入其中，升温到84℃，固体物质全部溶解；称取25.7g苦基氯，升温到84℃熔化；配制160mL浓度为0.6mol/L的NaHCO3水溶液。将含有2,6-二氨基吡啶的混合液缓慢加入到苦基氯液体中，保持温度在84℃，回流搅拌反应3h，从反应计时起，2.5h内均匀滴加配制好的NaHCO3水溶液到反应液中。反应完毕，过滤、热水洗涤、甲醇重结晶，得到21.84gPAP，得率83.04％。
实施例2
称取5.4g2,6-二氨基吡啶加入到200mL水中，搅拌升温，将0.162gAEO9加入其中，升温到85℃，固体物质全部溶解；称取30.84g苦基氯，升温到85℃熔化；配制480mL浓度为0.2mol/L的NaHCO3水溶液。将含有2,6-二氨基吡啶的混合液缓慢加入到苦基氯液体中，保持温度在85℃，回流搅拌反应3h，从反应计时起，2h内均匀滴加配制好的NaHCO3水溶液到反应液中。反应完毕，过滤、热水洗涤、甲醇重结晶，得到17.71gPAP，得率67.34％。
实施例3
称取5.4g2,6-二氨基吡啶加入到100mL水中，搅拌升温，将0.19gAEO9加入其中，升温到85℃，固体物质全部溶解；称取25.7g苦基氯，升温到85℃熔化；配制240mL浓度为0.4mol/L的NaHCO3水溶液。将含有2,6-二氨基吡啶的混合液缓慢加入到苦基氯液体中，保持温度在85℃，回流搅拌反应4h。从反应计时起，3h内均匀滴加配制好的NaHCO3水溶液到反应液中。反应完毕，过滤、热水洗涤、甲醇重结晶，得到21.89gPAP，得率83.23％。
实施例4
称取5.4g2,6-二氨基吡啶加入到100mL水中，搅拌升温，将0.135gAEO7加入其中，升温到85℃，固体物质全部溶解；称取25.7g苦基氯，升温到85℃熔化；配制160mL浓度为0.6mol/L的NaHCO3水溶液。将含有2,6-二氨基吡啶的混合液缓慢加入到苦基氯液体中，保持温度在85℃，回流搅拌反应3h。从反应计时起，2.5h内均匀滴加配制好的NaHCO3水溶液到反应液中。反应完毕，过滤、热水洗涤、甲醇重结晶，得到19.86gPAP，得率75.50％。
实施例5
称取5.4g2,6-二氨基吡啶加入到100mL水中，搅拌升温，将0.135gAE2S加入其中，升温到85℃，固体物质全部溶解；称取25.7g苦基氯，升温到85℃熔化；配制160mL浓度为0.6mol/L的NaHCO3水溶液。将含有2,6-二氨基吡啶的混合液缓慢加入到苦基氯液体中，保持温度在85℃，回流搅拌反应4h。从反应计时起，2.5h内均匀滴加配制好的NaHCO3水溶液到反应液中。反应完毕，过滤、热水洗涤、甲醇重结晶，得到14.84gPAP，得率56.42％。
本发明提供了一种制备2,6-双-(苦氨基)吡啶的方法，具有以下有益效果：
(1)以单一的水为反应媒介，代替了现有技术采用的有机溶剂，省去了溶剂回收过程，简化了分离工艺，减少了环境污染；
(2)采用相转移催化剂，降低了界面张力，提高了反应活性，缩短了反应时间；
(3)苦基氯和2,6-二氨基吡啶在接近理论料比的条件下反应，减少了原料的消耗，降低了原材料成本。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

Claims (5)

1.一种制备2,6-双-(苦氨基)吡啶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将2,6-二氨基吡啶和水按质量比1:10～25混合升温至溶解，得到第一溶液；
(2)将苦基氯升温至熔化，得到苦基氯液体；
(3)在所述第一溶液中加入相转移催化剂，得到第二溶液；
(4)搅拌所述苦基氯液体，同时将所述第二溶液加入其中，得到第三溶液；
(5)将所述第三溶液，在83～90℃条件下反应2～6h，并在反应期间加入反应促进剂，将所述反应促进剂制成浓度为0.2～0.6mol/L水溶液，以均匀滴入的方式在2.5～4h内完成，得到含2,6-双-(苦氨基)吡啶的悬浮液；其中，所述反应促进剂为NaHCO3，所述NaHCO3与步骤(1)中所述2,6-二氨基吡啶的质量比为1.5～2.5:1；
(6)将所述悬浮液进行过滤、热水洗涤、甲醇重结晶，得到2,6-双-(苦氨基)吡啶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述2,6-二氨基吡啶和水的质量比为1:15～20。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述苦基氯与步骤(1)中所述第一溶液中所述2,6-二氨基吡啶的摩尔比为2.0～2.5:1。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(3)中所述相转移催化剂为AEO10、AEO9、AEO7、AEO5或AE2S。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述相转移催化剂与步骤(1)中所述2,6-二氨基吡啶的质量比为0.01～0.05:1。
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