CN104402830A - 一种2-氯嘧啶的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种2-氯嘧啶的合成方法。本发明合成方法将双氰胺与在2～6℃下溶解于硫酸中，而后在50～60℃加热下使之水解反应4～6h，得到硫酸胍，接着与1-溴-1-乙酰基-3,3-二氯丙烷(式E)在质量浓度为94～96wt％硫酸存在下，于50～60℃下环化反应5～8h，得到2-氨基嘧啶和2-氨基-5-溴嘧啶，同时2-氨基-5-溴嘧啶在钯炭催化剂和氧化镁的催化下于55～65℃下加氢被还原成2-氨基嘧啶，最后将2-氨基嘧啶以NaNO2、HCl和ZnCl2为催化剂，在-10～5℃下被还原即得到产品。通过上述的制备路线，获得了纯度较高、收率较高的2-氯嘧啶。

Description

一种2-氯嘧啶的合成方法
技术领域
本发明涉及2-氯嘧啶制备的技术领域，尤其涉及一种备2-氯嘧啶的合成方法。
背景技术
2-氯嘧啶又名2-氯吡啶啉，分子式为C4H3ClN2，其分子量为114.53，CAS号为1722-12-9，其为一种白色或淡黄色粉末，熔点为63～66℃，沸点为75～76℃，闪点为98℃。现有技术2-氯嘧啶的合成方法存在物的收率较低和产品纯度较低的技术缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种备2-氯嘧啶的合成方法，该制备工艺的产物的纯度较高、收率较高。
一种制备2-氯嘧啶的工艺，包括以下步骤：
(1)将双氰胺(式A)与在2～6℃下溶解于硫酸中，而后在50～60℃加热下使之水解反应4～6h，得到硫酸胍(式B)，反应式如下，
(2)(2)将硫酸胍与1-溴-1-乙酰基-3,3-二氯丙烷(式E)在质量浓度为94～96wt％硫酸存在下，于50～60℃下反应5～8h，得到2-氨基嘧啶(式C)和2-氨基-5-溴嘧啶(式F)，反应式如下，
同时将2-氨基-5-溴嘧啶以混合有钯炭催化剂和氧化镁的催化下通入氢气，于55～65℃下反应13～20h，得到2-氨基嘧啶，反应式如下，
(3)将2-氨基嘧啶以NaNO2、HCl和ZnCl2为催化剂，在-10～5℃下被还原，得到2-氯嘧啶(式D)，反应式如下，
上述制备工艺的步骤(1)中，硫酸的质量浓度优选为94～96wt％，更好地为95wt％。双氰胺与硫酸的摩尔比优选为1：1.5～6，更好地为1：3。双氰胺溶解于硫酸的加料方式可以为，将双氰胺在搅拌的同时向硫酸中缓慢加入。
上述制备工艺的步骤(2)中，第一步水解产物可以无需从中分离出硫酸胍，只需将水解产物冷却至室温，便进行本步反应。硫酸胍与1,1-二乙酰基-3,3-二甲氧基丙烷两者在94～96wt％的浓硫酸的存在下发生环化反应进行，更好地为95wt％的浓硫酸。环化反应的加热方式可为恒温式，即全程均恒温在55～65℃，除此还可为阶梯式，即先将温度调节至50～55℃并维持1～2h，然后升温至55～60℃并维持3～7h，且总共反应时间控制在5～8h。本发明优选为阶梯式加热。。硫酸胍与1-溴-1-乙酰基-3,3-二氯丙摩尔比优选为1.1～2.3：1，更好地为1.8：1。所得的产物中还包含副产物2-氨基-5-溴嘧啶。可以采取本领域通用的对2-氨基嘧啶的分离方法来分离，例如用例如甲苯的萃取剂萃取，冰水冷却。
所得的副产物2-氨基-5-溴嘧啶通过钯炭催化剂和氧化镁进行催化加氢还原。钯炭催化剂是将金属钯负载到活性炭里形成负载型加氢精制催化剂。相比于采用锌粉还原，本发明催化加氢可较为显著提高还原产物2-氨基嘧啶的收率，此外减少了锌粉的消耗而避免了环境的污染。催化加氢的压力优选为0.05～0.2MPa下。钯炭催化剂、氧化镁和2-氨基-5-溴嘧啶的质量比优选为0.1～0.4：0.8～1.5：1，更好地为0.3：1.1：1。催化加氢反应可在由醇和水组成的溶剂中，优选为乙醇和水，乙醇和水的体积比优选为1：2～5，更好地为1：3。至于溶剂的用量，本发明无特殊限制。
上述制备工艺的步骤(3)中，2-氨基嘧啶、NaNO2、HCl和ZnCl2的摩尔比优选为1：2.4～2.8：2.5～3.5：3.2～4。还原反应在二氯甲烷的溶剂中进行。反应完毕后，可采用常规的手段对反应产物中的2-氯嘧啶进行分离提纯，例如，可以首选将反应产物用冷水使之形成水相和有机相，用二氯甲烷多次萃取水相而保留水相中的有机相，混合全部的有机相，对其加入干燥剂进行干燥和过滤，滤液蒸干即可得到产品2-氯嘧啶。
本发明将双氰胺与在2～6℃下溶解于硫酸中，而后在50～60℃加热下使之水解反应4～6h，得到硫酸胍，接着与1-溴-1-乙酰基-3,3-二氯丙烷(式E)在质量浓度为94～96wt％硫酸存在下，于50～60℃下环化反应5～8h，得到2-氨基嘧啶和2-氨基-5-溴嘧啶，同时2-氨基-5-溴嘧啶在钯炭催化剂和氧化镁的催化下于55～65℃下加氢被还原成2-氨基嘧啶，最后将2-氨基嘧啶以NaNO2、HCl和ZnCl2为催化剂，在-10～5℃下被还原即得到产品。通过上述的制备路线，获得了纯度较高、收率较高的2-氯嘧啶。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明的技术方案。
以下实施所涉及的化工原料均为市售或本领域技术人员所熟知的方式来制得。限于篇幅，以下省去了这些化工原料具体来源途径，对此不应视为对本发明方案实施方式的质疑。
实施例1
将溶质为1.5mol、质量浓度为96wt％硫酸中加入250ml四口瓶，将其温度调至2℃，在不断搅拌的同时向四口烧瓶中缓慢加入1mol双氰胺，升温至50℃使之水解反应6h。而后冷却至室温。向四口烧瓶中加入0.435mol 1-溴-1-乙酰基-3,3-二氯丙烷，先将温度调节至50℃并维持2h，然后升温至55℃并维持6h。从产物中甲苯的萃取剂萃取后冰水冷却，得到2-氨基嘧啶。
向经萃取后剩余的环化反应产物中加入体积比为1：2的乙醇和水的溶剂、钯炭催化剂、氧化镁，控制钯炭催化剂、氧化镁和2-氨基-5-溴嘧啶的质量比为0.1：0.8：1。在0.05MPa的氢气压力下，于于55℃下还原反应20h。反应结束后，待反应完全后过滤，将滤液蒸馏并将馏液加入盐酸调至pH值为6，加入过量的氯化汞溶液(500mL，5％)到馏液中，搅拌直至不再有沉淀生成，过滤，将沉淀加入到硫化钠溶液(50mL，15％)中，蒸馏，将所得馏液在5℃以下投加氢氧化钾至饱和，溶液分层，上层为2-氨基嘧啶层，下层为水层，分离出上层液体，将下层用乙醚(50mL)萃取3次，收集所得萃取液与上层液体，用氢氧化钾干燥，分馏，将分馏出的产品溶于50m L水中，冷却至0℃，加入氢氧化钾至饱和，重复几次上述操作，最后得到精细产品2-氨基嘧啶。合并环化反应和还原反应得的2-氨基嘧啶，以备后续反应之用。
向500mL的反应器中加入2.5mol盐酸和80g二氯甲烷，然后在搅拌下加入1mol 2-氨基嘧啶。在10～15℃下加入3.2mol ZnCl2，反应30min后，生成深黄色的悬浮物。然后冷却到-10℃，在氮气保护下在4h内缓慢加入2.4mol亚硝酸钠。继续通入氮气1h后，终止反应。将反应物倒入150mL水中冷却。分液，水相用40mL二氯甲烷萃取4～6次以收集其中的有机相，最后将所有的有机相用6～10g硫化钠干燥后过滤；在常压，45～50℃下浓缩滤液，回收二氯甲烷。然后减压(3.3kPa)浓缩，过滤后在40℃下干燥1～2h。最后得到淡黄色晶体，即为产品2-氯嘧啶。
实施例2
将溶质为6mol、质量浓度为94wt％硫酸中加入250ml四口瓶，将其温度调至6℃，在不断搅拌的同时向四口烧瓶中缓慢加入1mol双氰胺，升温至60℃使之水解反应4h。而后冷却至室温。向四口烧瓶中加入0.909mol 1-溴-1-乙酰基-3,3-二氯丙烷，先将温度调节至55℃并维持1h，然后升温至60℃并维持4h。从产物中甲苯的萃取剂萃取后冰水冷却，得到2-氨基嘧啶。
向经萃取后剩余的环化反应产物中加入体积比为1：5的乙醇和水的溶剂、钯炭催化剂、氧化镁，控制钯炭催化剂、氧化镁和2-氨基-5-溴嘧啶的质量比为0.4：1.5：1。在0.2MPa的氢气压力下，于于65℃下还原反应13h。反应结束后，待反应完全后过滤，将滤液蒸馏并将馏液加入盐酸调至pH值为6，加入过量的氯化汞溶液(500mL，5％)到馏液中，搅拌直至不再有沉淀生成，过滤，将沉淀加入到硫化钠溶液(50mL，15％)中，蒸馏，将所得馏液在5℃以下投加氢氧化钾至饱和，溶液分层，上层为2-氨基嘧啶层，下层为水层，分离出上层液体，将下层用乙醚(50mL)萃取3次，收集所得萃取液与上层液体，用氢氧化钾干燥，分馏，将分馏出的产品溶于50m L水中，冷却至0℃，加入氢氧化钾至饱和，重复几次上述操作，最后得到精细产品2-氨基嘧啶。合并环化反应和还原反应得的2-氨基嘧啶，以备后续反应之用。
向500mL的反应器中加入3.5mol盐酸和80g二氯甲烷，然后在搅拌下加入1mol 2-氨基嘧啶。在10～15℃下加入4mol ZnCl2，反应60min后，生成深黄色的悬浮物。然后冷却到5℃，在氮气保护下在3h内加入2.8mol亚硝酸钠。继续通入氮气0.5h后，终止反应。将反应物倒入150mL水中冷却。分液，水相用40mL二氯甲烷萃取4～6次以收集其中的有机相，最后将所有的有机相用6～10g硫化钠干燥后过滤；在常压，45～50℃下浓缩滤液，回收二氯甲烷。然后减压(3.3kPa)浓缩，过滤后在40℃下干燥1～2h。最后得到淡黄色晶体，即为产品2-氯嘧啶。
实施例3
将溶质为3mol、质量浓度为95wt％硫酸中加入250ml四口瓶，将其温度调至5℃，在不断搅拌的同时向四口烧瓶中缓慢加入1mol双氰胺，升温至55℃使之水解反应5h。而后冷却至室温。向四口烧瓶中加入0.556mol 1-溴-1-乙酰基-3,3-二氯丙烷，先将温度调节至52℃并维持1.5h，然后升温至58℃并维持5h。从产物中甲苯的萃取剂萃取后冰水冷却，得到2-氨基嘧啶。
向经萃取后剩余的环化反应产物中加入体积比为1：3的乙醇和水的溶剂、钯炭催化剂、氧化镁，控制钯炭催化剂、氧化镁和2-氨基-5-溴嘧啶的质量比为0.3：1.1：1。在0.14MPa的氢气压力下，于60℃下还原反应16h。反应结束后，待反应完全后过滤，将滤液蒸馏并将馏液加入盐酸调至pH值为6，加入过量的氯化汞溶液(500mL，5％)到馏液中，搅拌直至不再有沉淀生成，过滤，将沉淀加入到硫化钠溶液(50mL，15％)中，蒸馏，将所得馏液在5℃以下投加氢氧化钾至饱和，溶液分层，上层为2-氨基嘧啶层，下层为水层，分离出上层液体，将下层用乙醚(50mL)萃取3次，收集所得萃取液与上层液体，用氢氧化钾干燥，分馏，将分馏出的产品溶于50m L水中，冷却至0℃，加入氢氧化钾至饱和，重复几次上述操作，最后得到精细产品2-氨基嘧啶。合并环化反应和还原反应得的2-氨基嘧啶，以备后续反应之用。
向500mL的反应器中加入3mol盐酸和80g二氯甲烷，然后在搅拌下加入1mol 2-氨基嘧啶。在10～15℃下加入3.5mol ZnCl2，反应45min后，生成深黄色的悬浮物。然后冷却到0℃，在氮气保护下在3.5h内加入2.5mol亚硝酸钠。继续通入氮气40min后，将反应物倒入150mL水中冷却。分液，水相用40mL二氯甲烷萃取4～6次以收集其中的有机相，最后将所有的有机相用6～10g硫化钠干燥后过滤；在常压，45～50℃下浓缩滤液，回收二氯甲烷。然后减压(3.3kPa)浓缩，过滤后在40℃下干燥1～2h。最后得到淡黄色晶体，即为产品2-氯嘧啶。
实施例4
将溶质为3.5mol、质量浓度为95wt％硫酸中加入250ml四口瓶，将其温度调至4℃，在不断搅拌的同时向四口烧瓶中缓慢加入1mol双氰胺，升温至55℃使之水解反应5h。而后冷却至室温。向四口烧瓶中加入0.500mol 1-溴-1-乙酰基-3,3-二氯丙烷，先将温度调节至50℃并维持1h，然后升温至55℃并维持5.5h。从产物中甲苯的萃取剂萃取后冰水冷却，得到2-氨基嘧啶。
向经萃取后剩余的环化反应产物中加入体积比为1：2.5的乙醇和水的溶剂、钯炭催化剂、氧化镁，控制钯炭催化剂、氧化镁和2-氨基-5-溴嘧啶的质量比为0.2：1：1。在0.1MPa的氢气压力下，于60℃下还原反应14h。反应结束后，待反应完全后过滤，将滤液蒸馏并将馏液加入盐酸调至pH值为6，加入过量的氯化汞溶液(500mL，5％)到馏液中，搅拌直至不再有沉淀生成，过滤，将沉淀加入到硫化钠溶液(50mL，15％)中，蒸馏，将所得馏液在5℃以下投加氢氧化钾至饱和，溶液分层，上层为2-氨基嘧啶层，下层为水层，分离出上层液体，将下层用乙醚(50mL)萃取3次，收集所得萃取液与上层液体，用氢氧化钾干燥，分馏，将分馏出的产品溶于50m L水中，冷却至0℃，加入氢氧化钾至饱和，重复几次上述操作，最后得到精细产品2-氨基嘧啶。合并环化反应和还原反应得的2-氨基嘧啶，以备后续反应之用。
向500mL的反应器中加入2.8mol盐酸和80g二氯甲烷，然后在搅拌下加入1mol 2-氨基嘧啶。在10～15℃下加入3.6mol ZnCl2，反应40min后，生成深黄色的悬浮物。然后冷却到-5℃，在氮气保护下在3h内加入2.6mol亚硝酸钠。继续通入氮气50min后，终止反应。将反应物倒入150mL水中冷却。分液，水相用40mL二氯甲烷萃取4～6次以收集其中的有机相，最后将所有的有机相用6～10g硫化钠干燥后过滤；在常压，45～50℃下浓缩滤液，回收二氯甲烷。然后减压(3.3kPa)浓缩，过滤后在40℃下干燥1～2h。最后得到淡黄色晶体，即为产品2-氯嘧啶。
实施例5
将溶质为4.5mol、质量浓度为95wt％硫酸中加入250ml四口瓶，将其温度调至5℃，在不断搅拌的同时向四口烧瓶中缓慢加入1mol双氰胺，升温至55℃使之水解反应5h。而后冷却至室温。向四口烧瓶中加入0.700mol 1-溴-1-乙酰基-3,3-二氯丙烷，先将温度调节至55℃并维持2h，然后升温至60℃并维持4.5h。从产物中甲苯的萃取剂萃取后冰水冷却，得到2-氨基嘧啶。
向经萃取后剩余的环化反应产物中加入体积比为1：4的乙醇和水的溶剂、钯炭催化剂、氧化镁，控制钯炭催化剂、氧化镁和2-氨基-5-溴嘧啶的质量比为0.35：1.3：1。在0.16MPa的氢气压力下，于于60℃下还原反应16h。反应结束后，待反应完全后过滤，将滤液蒸馏并将馏液加入盐酸调至pH值为6，加入过量的氯化汞溶液(500mL，5％)到馏液中，搅拌直至不再有沉淀生成，过滤，将沉淀加入到硫化钠溶液(50mL，15％)中，蒸馏，将所得馏液在5℃以下投加氢氧化钾至饱和，溶液分层，上层为2-氨基嘧啶层，下层为水层，分离出上层液体，将下层用乙醚(50mL)萃取3次，收集所得萃取液与上层液体，用氢氧化钾干燥，分馏，将分馏出的产品溶于50m L水中，冷却至0℃，加入氢氧化钾至饱和，重复几次上述操作，最后得到精细产品2-氨基嘧啶。合并环化反应和还原反应得的2-氨基嘧啶，以备后续反应之用。
向500mL的反应器中加入3.2mol盐酸和80g二氯甲烷，然后在搅拌下加入1mol 2-氨基嘧啶。在10～15℃下加入3.7mol ZnCl2，反应30min后，生成深黄色的悬浮物。然后冷却到0℃，在氮气保护下在3h内加入2.65mol亚硝酸钠。继续通入氮气0.5h后，将反应物倒入150mL水中冷却。分液，水相用40mL二氯甲烷萃取4～6次以收集其中的有机相，最后将所有的有机相用6～10g硫化钠干燥后过滤；在常压，45～50℃下浓缩滤液，回收二氯甲烷。然后减压(3.3kPa)浓缩，过滤后在40℃下干燥1～2h。最后得到淡黄色晶体，即为产品2-氯嘧啶。
将实施例1～5得到的2-氯嘧啶进行转化率和收率进行测试，值得说明的是，这些测试为本领域技术人员所熟悉的测试手段，具体的测试工艺不在此赘述。其测试结果如下表：
表1
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种制备2-氯嘧啶的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将双氰胺(式A)与在2～6℃下溶解于硫酸中，而后在50～60℃加热下使之水解反应4～6h，得到硫酸胍(式B)，反应式如下，
(2)将硫酸胍与1-溴-1-乙酰基-3,3-二氯丙烷(式E)在质量浓度为94～96wt％硫酸存在下，于50～60℃下环化反应5～8h，得到2-氨基嘧啶(式C)和2-氨基-5-溴嘧啶(式F)，反应式如下，
同时将2-氨基-5-溴嘧啶以混合有钯炭催化剂和氧化镁的催化下通入氢气，于55～65℃下还原反应13～20h，得到2-氨基嘧啶，反应式如下，
(3)将2-氨基嘧啶以NaNO2、HCl和ZnCl2为催化剂，在-10～5℃下被还原，得到2-氯嘧啶(式D)，反应式如下，
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(1)中所述硫酸的质量浓度为94～96wt％。
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(1)中所述双氰胺与硫酸的摩尔比为1：1.5～6。
4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(2)中所述硫酸胍与1-溴-1-乙酰基-3,3-二氯丙烷的摩尔比为1.1～2.3：1。
5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(2)中所述钯炭催化剂、氧化镁和2-氨基-5-溴嘧啶的质量比为0.1～0.4：0.8～1.5：1。
6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(2)中所述还原反应在压力为0.05～0.2MPa下进行。
7.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(2)中所述还原反应在由体积比为1：2～5的乙醇和水的溶剂中进行。
8.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(3)中所述2-氨基嘧啶、NaNO2、HCl和ZnCl2的摩尔比为1：2.4～2.8：2.5～3.5：3.2～4。
9.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(3)中所述还原反应在二氯甲烷的溶剂中进行。
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