CN104478794B - 一种2,6‑二氯吡啶的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2,6‑二氯吡啶的合成方法，其包括用2‑氯吡啶或者2‑氯吡啶盐酸盐和氯气在光引发下，在160‑190℃反应生成2,6‑二氯吡啶的步骤。本发明提供了一种简便高效的无催化剂、无溶剂、高转化率和高选择性合成2,6‑二氯吡啶的新方法；且反应到达终点后，所得到的产物无需任何分离，纯化或者精制。
Description
技术领域
本发明涉及化学技术领域，具体涉及2,6-二氯吡啶的合成方法。
背景技术
2,6-二氯吡啶是重要的精细化工中间体，广泛应用于医药与农药研究领域。以2,6-二氯吡啶为原料合成的吡扎地尔(Pirozadil)可用于降血脂、抗血小板凝结。还可以用来合成麝香吡啶以替代天然麝香。2,6-二氯吡啶进一步氯化生成的2,3,5,6-四氯吡啶则是合成目前全球广泛使用的高效、广谱、低残留杀虫剂毒死蜱的重要原料,具有广阔的市场前景。
目前，2,6-二氯吡啶主要的合成路线有：1)吡啶气相高温或者光催化氯化。吡啶直接氯化反应条件剧烈，容易结焦，需要控制反应深度。因此这种方法通常得到的主要产物是2-氯吡啶，而作为副产物的2,6-二氯吡啶的收率则较低。如美国专利US5,536,376公开的方法，通过吡啶的气相光催化氯化得到的2,6-二氯吡啶的收率不超过48％。这种方法另一个不利之处在于反应产物需要通过中和、萃取、浓缩和精馏等一系列步骤分离纯化2,6-二氯吡啶。2)2-氯吡啶液相氯化法。美国专利US3,557,124公开了一种紫外线存在下的2-氯吡啶的液相氯化反应制备2,6-二氯吡啶的方法。该方法获得大产品的收率比所希望的要低。美国专利US5,468,864(中国专利号CN1139923)也公开了一种紫外线作用下在液相中制备2,6-二氯吡啶的方法。该以2-氯吡啶或2-氯吡啶和2,6-二氯吡啶混合物为原料，无需催化剂，但是需要加入碳酸钙等作为氯化氢清除剂。碱的加入无疑对于产物的分离纯化带来了额外的工作。另外使用该方法的2-氯吡啶的转化率和2,6-二氯吡啶的选择性都不理想，通常2-氯吡啶转化率为32.9％，2,6-二氯吡啶的选择性为87.2％。
发明内容
本发明的目的是提供一种简便高效的无催化剂、无溶剂、高转化率和高选择性合成2,6-二氯吡啶的新方法。
本发明提供的技术方案为，一种2,6-二氯吡啶的合成方法，其包括步骤：用2-氯吡啶或者2-氯吡啶盐酸盐和氯气在光引发下，在160-190℃反应生成2,6-二氯吡啶。
本发明优选的一技术方案，所述原料为2-氯吡啶或者2-氯吡啶盐酸盐和2,6-二氯吡啶混合物，其质量比为19:1～10:10。
本发明优选的一技术方案，所述光为可见光。
本发明优选的一技术方案，所述光优选为蓝光，波长450～435nm，更优选420nm。
本发明优选的一技术方案，反应温度在4～10小时内从160℃逐渐升至190℃，优选在8～10小时内从160℃逐渐升至190℃。
本发明优选的一技术方案，反应压力为1～2个大气压，更优的反应压力为1～1.5个大气压。本发明反应过程中采用二级冷凝系统，即和反应瓶(或反应釜)直接相连的冷凝器用85～95℃的热水进行保温，以防止2,6-二氯吡啶凝结堵塞反应器出口。再在此冷凝管上端接另一个通入自来水(25～35℃)的冷凝管，以保证对沸点较低的2-氯吡啶的有效冷凝。
在本发明的方法条件下，使用的原料为2-氯吡啶或者2-氯吡啶盐酸盐，2,6-二氯吡啶不会进行深度氯化反应和其他副反应，因此一定比例的2-氯吡啶和2,6-二氯吡啶混合物可以作为原料，如95:5～50:50的2-氯吡啶和2,6-二氯吡啶混合物都可以有满意的转化率和选择性。此反应条件同样适用于吡啶气相光催化氯化所产生的未分离的混合物(其主要成分为2-氯吡啶盐酸盐和2,6-二氯吡啶)。从这一点来讲，此方法的工业应用价值在于提供了一种基于吡啶为原料的高产率合成2,6-二氯吡啶的工艺路线。
本发明方法采用对人体无害的蓝光或者可见光作为光源引发反应，具有能耗低，安全环保等优点，并且不会引发聚合，结焦等副反应。采用相同功率(40W)的紫外灯(波长范围200～365nm)，蓝光灯(主波长420nm)和普通日光灯进行对照试验，发现使用紫外灯和蓝光灯时，反应速度没有明显差别，但是前者产生了比较多的副产物。使用日光灯的反应虽然没有产生副产物，但其速度确有明显下降，反应时长延长20％～40％。
本发明方法反应温度采用程序升温控制，从反应初期的160℃逐渐升至190℃，即避免了反应初期由于温度过高引起的2-氯吡啶原料逸出和结焦碳化，又保证了反应始终能够快速的进行。精确的温度控制程序通过实施监控反应过程来确定，升温速度取决于反应原料的组成，氯气的流速等因素。例如在以2-氯吡啶为原料的反应中，反应温度可以在4～10小时内从160℃逐渐升至190℃。
本发明方法反应过程中采用二级冷凝系统，即和反应瓶(釜)直接相连的冷凝器用85～95℃的热水进行保温，以防止2,6-二氯吡啶凝结堵塞反应器出口。再在此冷凝管上端接另一个通入自来水(25～35℃)的冷凝管，以保证对沸点较低的2-氯吡啶的有效冷凝。
虽然高的压力虽然可以加快反应进行，但是也带来了副产物增多，设备复杂，操作繁琐等问题。本方法合适的反应压力为1～2大气压，更优的反应压力为1～1.5大气压。
氯气利用率随反应温度，反应器的型式或者形状以及反应进程而变化。氯气的流速由转子流量计控制。氯气流速越高，反应速度越快，但氯气的利用率会降低。反之，降低氯气流速，氯气的利用率会提高，但反应速度会有一定下降。在上述反应条件下，氯气的利用率一般在75～88％。
本发明方法反应到达终点后，所得到的产物无需任何分离，纯化或者精制，可以作为原料用于制备2,3,6-三氯吡啶或者2,3,5,6-四氯吡啶。因此，此发明的意义在于提供了一条以吡啶为原料合成2,3,6-三氯吡啶或者2,3,5,6-四氯吡啶的工艺路线。
本发明提供了一种高效、简便的2-氯吡啶液相氯化合成2,6-二氯吡啶的方法，从本质上来讲，提供了从吡啶到2,6-二氯吡啶的合成工艺路线；同样地，给出了一条以吡啶为原料合成2,3,5,6-四氯吡啶的工艺路线。
具体实施方式：
为进一步理解本发明，下面结合具体实施例对本发明优选方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例一
在装有回流冷凝管，导气管，温度计套管和机械搅拌的四口夹套玻璃反应釜中加入227克2-氯吡啶(2.0摩尔)。加热至160℃，在40W紫外灯照射下，以0.22mol/h的速度通入氯气约10小时常压下反应，
在此期间，通过Petite 油浴循环系统实现反应釜程序升温，使得反应瓶内温逐渐升至190℃。通入氯气结束后，反应液在氮气氛围下冷却至室温，取样，利用HPLC进行定量分析(分析结果见表一)。
实施例二
反应条件完全同实施例一，除了用40W蓝光灯作为光源(反应结果见表一)。
实施例三
反应条件完全同实施例一，除了用40W日光灯作为光源(反应结果见表一)。
表一、使用不同光源的氯化反应结果
a三氯吡啶为2,3,6-三氯吡啶和2,4,6-三氯吡啶等的混合物；b氯气利用率指生成2,6-二氯吡啶所消耗的氯气量和通入的氯气总量的比值
实施例四
454克2-氯吡啶(4.0mol)和296克2,6-二氯吡啶(2.0mol)混合物
在装有回流冷凝管(即前述二级冷凝系统)，导气管，温度计套管和机械搅拌的四口夹套玻璃反应釜中加入454克2-氯吡啶(4.0mol)和296克2,6-二氯吡啶(2.0mol)混合物。加热至160℃，在两只40W蓝光灯照射下，以0.45mol/h的速度通入氯气9小时，在此期间，通过Petite 油浴循环系统实现反应釜程序升温，使得反应瓶内温逐渐升至190℃。通入氯气结束后，反应液在氮气氛围下冷却至室温，反应物中加入500毫升水，88～90℃下用10％的NaOH水溶液调节混合物的pH值至7～7.5。混合物分层得到下层有机物料852g。利用HPLC进行定量分析，产物中有2-氯吡啶20.7克，2,6-二氯吡啶826.5g和三氯吡啶(含两种异构体)4.8g。2-氯吡啶的转化率95.5％，2,6-二氯吡啶的选择性93.7％，氯气的利用率为88％。
对比实施例A
重复实施例四，除了保持恒定的反应温度170℃
在装有回流冷凝管(即前述二级冷凝系统)，导气管，温度计套管和机械搅拌的四口夹套玻璃反应釜中加入454克2-氯吡啶(4.0mol)和296克2,6-二氯吡啶(2.0mol)混合物。加热至160℃，在两只40W蓝光灯照射下，以0.45mol/h的速度通入氯气9小时，在此期间，通过Petite 油浴循环系统保持反应釜内温为170℃。通入氯气结束后，反应液在氮气氛围下冷却至室温，反应物中加入500毫升水，88～90℃下用10％的NaOH水溶液调节混合物的pH值至7～7.5。混合物分层得到下层有机物料739g。利用HPLC进行定量分析，产物中有2-氯吡啶110.5克，2,6-二氯吡啶728.5g。2-氯吡啶的转化率75.8％，2,6-二氯吡啶的选择性96.3％，氯气的利用率为72％。
对比实施例B
重复实施例四，除了保持恒定的反应温度190℃
在装有回流冷凝管(即前述二级冷凝系统)，导气管，温度计套管和机械搅拌的四口夹套玻璃反应釜中加入454克2-氯吡啶(4.0mol)和296克2,6-二氯吡啶(2.0mol)混合物。加热至160℃，在两只40W蓝光灯照射下，以0.45mol/h的速度通入氯气9小时，在此期间，通过Petite油浴循环系统保持反应釜内温为190℃。通入氯气结束后，反应液在氮气氛围下冷却至室温，反应物中加入500毫升水，88～90℃下用10％的NaOH水溶液调节混合物的pH值至7～7.5。混合物分层得到下层有机物料822.7g。利用HPLC进行定量分析，产物中有2-氯吡啶9.5克，2,6-二氯吡啶786.7g和三氯吡啶(含两种异构体)26.5g。2-氯吡啶的转化率98％，2,6-二氯吡啶的选择性84.4％，氯气的利用率为81.7％。
实施例五
在装有回流冷凝管(即前述二级冷凝系统)，导气管，温度计套管和机械搅拌的四口夹套玻璃反应釜中加入吡啶光催化氯化反应产物的混合物(含300克2-氯吡啶盐酸盐，140克2,6-二氯吡啶和3.2克其他二氯吡啶)。加热至160℃，在两只40W蓝光灯照射下，以0.22mol/h的速度通入氯气10小时，在此期间，通过Petite 油浴循环系统实现反应釜程序升温，使得反应瓶内温逐渐升至190℃。通入氯气结束后，反应液在氮气氛围下冷却至室温，反应物中加入500毫升水，88～90℃下用10％的NaOH水溶液调节混合物的pH值至7～7.5。混合物分层得到下层有机物料427.4g。利用HPLC进行定量分析，产物中有2-氯吡啶10.6克，2,6-二氯吡啶412.0g和三氯吡啶(含两种异构体)4.8g。2-氯吡啶的转化率95.3％，2,6-二氯吡啶的选择性96.4％，氯气的利用率为83.5％。
实施例六
在装有回流冷凝管，导气管，温度计套管和机械搅拌的四口夹套玻璃反应釜中加入实施例五所得物料420g和氯化铁16.8g。在氮气下，物料加热至200℃，然后通入氯气进行反应。反应结束后，反应物料在氮气氛围下降温至冷却至90℃，分别用水、饱和碳酸钠水溶液清洗一次，得到下层有机物料610.5g。利用HPLC进行定量分析，产物中有2,3,6-三氯吡啶12.0g，2,3,5,6-四氯吡啶593.0g和五氯吡啶5.5g，四氯吡啶收率97％。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的启示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。
Claims (4)
1.一种2,6-二氯吡啶的合成方法，其包括步骤：用2-氯吡啶和氯气在光引发下，在160-190℃反应生成2,6-二氯吡啶，所述光为蓝光；反应温度在4～10小时内从160℃逐渐升至190℃，反应过程中采用二级冷凝系统，即和反应瓶或反应釜直接相连的冷凝器用85～95℃的热水进行保温，再在此冷凝管上端接另一个通入25～35℃自来水的冷凝管。
2.根据权利要求1所述的2,6-二氯吡啶的合成方法，其特征在于，所述原料为2-氯吡啶或者2-氯吡啶盐酸盐和2,6-二氯吡啶混合物，其质量比为19:1～10:10。
3.根据权利要求1所述的2,6-二氯吡啶的合成方法，其特征在于，反应压力为1～2个大气压。
4.根据权利要求1所述的2,6-二氯吡啶的合成方法，其特征在于，反应压力为1～1.5个大气压。
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