CN106800530A - 一种2，2’-联吡啶制备方法 - Google Patents

一种2，2’-联吡啶制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种联吡啶的制备方法，具体涉及一种2,2'-联吡啶制备方法。该方法以吡啶为原料，以负载型镍作为催化剂，在一定条件下使吡啶发生脱氢偶联反应，再经过过滤、蒸馏、洗涤、层析、重结晶等分离步骤对产物进行纯化，制得2,2'-联吡啶产品。与传统的直接偶联法和卤素法相比，本发明所提供的方法操作安全、方便，环境友好。

Description

一种2，2’-联吡啶制备方法
技术领域
本发明涉及一种联吡啶的制备方法，具体涉及一种2,2'-联吡啶的制备方法。
背景技术
联吡啶有六种异构体，分别为2,2'-，3,3'-，4,4'-，2,3'-，2,4'-和3,4'-联吡啶。其中，较为常见、用途较广的的为2,2'-和4,4'-联吡啶。其主要用途包括以下两个个方面：一、用于有机合成、医药中间体；二、用作分析试剂，用于检定亚铁、银、镉、钼离子。目前，其主要用途是用作生产除草剂的中间体，如2,2'-联吡啶和4,4'-联吡啶分别为“敌草快”()和“百草枯”()的中间体。
除草剂一直是世界农药市场中最为活跃的部分。百草枯是目前世界除草剂市场占有率第二的品种，但由于其误服无有效解药的特性，农业部等部署安排，自今年7月1日起，撤销百草枯水剂登记和生产许可，并于2016年7月1日起，停止百草枯水剂在国内销售和使用。百草枯禁用后带来巨大的市场空缺，使得同属于吡啶碱类季铵盐的除草剂敌草快受到广泛关注，需求量有望在短期内剧增，市场潜力巨大。
敌草快(1,1'-乙撑-2,2'-双联吡啶二溴盐)由2,2'-联吡啶和1,2-二溴乙烷反应制备。其中，重要中间体2,2'-联吡啶的合成是制备敌草快的关键过程。2,2'-联吡啶的合成方法包括：直接偶联法、脱羧法、氧化法、氨钠法、炔胺环合法、炔腈环合法、吡喃氨化法和Ullmann法等。
图式1 Ullmann法合成2,2'-联吡啶
图式2 直接偶联法合成2,2'-联吡啶
上述方法中，适合工业生产的制备方法为直接偶联法和Ullmann法：前者是以金属镍(雷尼镍)为催化剂，在适当条件下，使吡啶发生直接偶联反应生成产物；后者是以2-卤代吡啶为原料，在金属铜催化剂的作用下，发生偶联反应生成2,2'-联吡啶。目前工业上主要采用后一种方法生产2,2'-联吡啶。该过程较为简单，反应温度在100℃左右。但存在以下问题：原材料价格昂贵(2-氯吡啶的合成比较困难)；此外，由于含卤素反应物的高腐蚀性，须使用特殊反应设备，并带来环境隐患。至于前一种以雷尼镍为催化剂的制备方法，由于雷尼镍极易自燃，在制备过程中，操作上不易控制，存在安全隐患。因此，开发安全、高效的2,2'-联吡啶生产方法十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种联吡啶的制备方法。
具体而言，提供一种2,2'-联吡啶的制备方法。
本发明所述的2,2'-联吡啶的制备方法包括以下步骤：
A)以负载型镍作为催化剂，经还原使之转化为负载型活性镍；
B)向上述步骤A)生成的体系中加入反应原料，在一定条件下，使反应原料在催化剂作用下发生脱氢偶联反应，生成2,2'-联吡啶产物；
C)采用过滤、蒸馏、洗涤、层析、重结晶等分离步骤对产物进行纯化，制得2,2'-联吡啶产品。
所述的方法，步骤A)中，负载型镍催化剂的载体为多孔氧化铝、二氧化硅、活性炭或分子筛中的一种或几种。
所述的方法，步骤A)中，该负载型镍催化剂的镍负载量为2～50wt％。
所述的方法，步骤A)中，该负载型镍催化剂在100～500℃下还原1～24h。
所述的方法，步骤A)中，所述还原反应在还原气气氛下进行，还原气为氢气或氢气与惰性气体的混合气。
所述的方法，步骤A)中，还原气为氢气与惰性气体的混合气时，氢气体积含量不低于10％。
所述的方法，步骤A)中，还原时气压为1～5个大气压。
所述的方法，步骤B)中，反应原料为吡啶。
所述的方法，步骤B)中，催化剂与吡啶的质量比为0.05～5。
所述的方法，步骤B)中，反应温度为80～150℃。
所述的方法，步骤B)中，反应时通冷凝水使未反应的原料回流、循环反应。
所述的方法，步骤B)中，反应时间为12～96h。
所述的方法，步骤C)中，采用如下操作步骤分离、纯化产品：
a)采用过滤、抽滤、压滤等操作将液体产物和未反应的原料与固体催化剂分离，收集滤液；
b)对所有滤液进行减压蒸馏，收集蒸馏残留物；
c)洗涤蒸馏残留物，过滤，收集滤液；
d)对滤液进行层析分离，收集前半部分洗脱液，再将洗脱液加热浓缩，在冰箱中静置过夜，产物析出，过滤，得粗产物；
e)将粗产物溶于石油醚中进行重结晶处理，制得纯产物。
所述的方法，步骤a)中，液体产物和未反应的原料与固体催化剂经过滤分离，收集滤液。
所述的方法，步骤b)中，对所有滤液进行减压蒸馏，蒸馏时真空度保持10～50mmHg。
所述的方法，步骤b)中，对所有滤液进行减压蒸馏，温度30～80℃。
所述的方法，步骤b)中，蒸馏完成后，收集蒸馏残留物。
所述的方法，步骤c)和步骤e)中，用于洗涤蒸馏残留物和进行重结晶所使用的试剂为石油醚、乙醇、丙酮、正己烷中的一种或几种。
所述的方法，步骤c)中，用于洗涤蒸馏残留物所使用的试剂最好为石油醚。
所述的方法，步骤d)中，使用石油醚在中性氧化铝柱上对滤液进行层析分离。
所述的方法，步骤d)中，收集分离后的前半部分洗脱液，并将洗脱液加热浓缩。
所述的方法，步骤d)中，洗脱液加热浓缩温度为50～150℃。
所述的方法，步骤d)中，浓缩液在冰箱中静置过夜，产物析出，过滤，得粗产物。
所述的方法，步骤e)中，将粗产物溶于石油醚、乙醇、丙酮、正己烷中的 一种或几种中进行重结晶处理，最好为石油醚。
所述的方法，步骤e)中，粗产物进行重结晶1～3次。
由于本发明使用安全无毒的负载型镍为催化剂，与卤素法(Ullmann法)相比，本发明提供的方法无毒害，对设备要求低；与直接偶联法相比，本发明提供的方法操作安全、环境友好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但需要指出的是，本发明内容并不局限于此。
实施例1
称取100g 5wt％Ni/γ-Al2O3催化剂置于石英管中，在450℃下，通氢气还原6h，完毕在相同温度下通氮气吹扫3h，继续通氮气并降至室温。将还原后的催化剂加入至500mL玻璃三口烧瓶中，其一侧开口连接200mL分液漏斗，中间开口闭合，另一侧开口连接水泵抽真空。抽真空2h，完毕将连接三口烧瓶与水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，将吡啶加入至三口烧瓶内。加入完成之后，将三口烧瓶的中间开口连接冷凝回流管。加热三口烧瓶至110℃，回流反应12h后将三口烧瓶冷却至60℃。将反应后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，过滤，收集滤液；继续加入吡啶至三口烧瓶内，提取剩余产物(每次加入50mL吡啶，加热回流10min后，冷却至60℃，过滤，收集滤液；重复该提取步骤2次以上。对收集到的所有滤液进行减压蒸馏，减压蒸馏压力保持20mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸腾石油醚洗涤减压蒸馏残留物，过滤，收集滤液；继续用沸腾石油醚洗涤滤出不溶物三次，每次用量25mL，过滤，收集滤液。使用石油醚在中性氧化铝柱上对所有滤液进行层析分离，收集前2L洗脱液，并将洗脱液加热浓缩至100mL，在冰箱中静置过夜，产物析出，过滤，得粗产物10g。将粗产物置于80mL石油醚中重结晶1次，制得白色结晶纯产物2,2'-联吡啶8g。收率4.1％。反应结果汇总于表1。
实施例2
称取100g 10wt％Ni/γ-Al2O3催化剂置于石英管中，在480℃下，通氢气还原6h，完毕在相同温度下通氮气吹扫3h，继续通氮气并降至室温。将还原后的催化剂加入至500mL玻璃三口烧瓶中，其一侧开口连接200mL分液漏斗，中间开口闭合，另一侧开口连接水泵抽真空。抽真空2h，完毕将连接三口烧瓶与水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，将吡啶加入至三口烧瓶内。加入完成之后，将三口烧瓶的中间开口连接冷凝回流管。加热三口烧瓶至115℃，回流反应24h后将三口烧瓶冷却至60℃。将反应后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，过滤，收集滤液；继续加入吡啶至三口烧瓶内，提取剩余产物(每次加入50mL吡啶，加热回流10min后，冷却至60℃，过滤，收集滤液；重复该提取步骤2次以上。对收集到的所有滤液进行减压蒸馏，减压蒸馏压力保持20mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸腾石油醚洗涤减压蒸馏残留物，过滤，收集滤液；继续用沸腾石油醚洗涤滤出不溶物三次，每次用量25mL，过滤，收集滤液。使用石油醚在中性氧化铝柱上对所有滤液进行层析分离，收集前2L洗脱液，并将洗脱液加热浓缩至100mL，在冰箱中静置过夜，产物析出，过滤，得粗产物14g。将粗产物置于80mL石油醚中重结晶1次，制得白色结晶纯产物2,2'-联吡啶13g。收率6.7％。反应结果汇总于表1。
实施例3
称取100g 20wt％Ni/γ-Al2O3催化剂置于石英管中，在480℃下，通氢气还原8h，完毕在相同温度下通氮气吹扫3h，继续通氮气并降至室温。将还原后的催化剂加入至500mL玻璃三口烧瓶中，其一侧开口连接200mL分液漏斗，中间开口闭合，另一侧开口连接水泵抽真空。抽真空2h，完毕将连接三口烧瓶与水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，将吡啶加入至三口烧瓶内。加入完成之后，将三口烧瓶的中间开口连接冷凝回流管。加热三口烧瓶至120℃，回流反应48h后将三口烧瓶冷却至60℃。将反应后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，过滤，收集滤液；继续加入吡啶至三口烧瓶内，提取剩余产物(每次加入50mL吡啶，加热回流10min后，冷却至60℃，过滤，收集滤液；重复该提取步骤2次以上。对收集到的所有滤液进行减压蒸馏，减压蒸馏压力保持20mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸腾石油醚洗涤减压蒸馏残留物，过滤，收集滤液；继续用沸腾石油醚洗涤滤出不溶物三次，每次用量25mL，过滤，收集滤液。使用石油醚在中性氧化铝柱上对所有滤液进行层析分离，收集前2L洗脱液，并将洗脱液加热浓缩至100mL，在冰箱中静置过夜，产物析出，过滤，得粗产物17g。将粗产物置于80mL石油醚中重结晶1次，制得白色结晶纯产物2,2'-联吡啶16g。收率8.2％。反应结果汇总于表1。
实施例4
称取100g 10wt％Ni/MCM-41催化剂置于石英管中，在450℃下，通氢气还原6h，完毕在相同温度下通氮气吹扫3h，继续通氮气并降至室温。将还原后的催化剂加入至500mL玻璃三口烧瓶中，其一侧开口连接200mL分液漏斗，中间开口闭合，另一侧开口连接水泵抽真空。抽真空2h，完毕将连接三口烧瓶与水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，将吡啶加入至三口烧瓶内。加入完成之后，将三口烧瓶的中间开口连接冷凝回流管。加热三口烧瓶至120℃，回流反应36h后将三口烧瓶冷却至60℃。将反应后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，过滤，收集滤液；继续加入吡啶至三口烧瓶内，提取剩余产物(每次加入50mL吡啶，加热回流10min后，冷却至60℃，过滤，收集滤液；重复该提取步骤2次以上。对收集到的所有滤液进行减压蒸馏，减压蒸馏压力保持30mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸腾石油醚洗涤减压蒸馏残留物，过滤，收集滤液；继续用沸腾石油醚洗涤滤出不溶物三次，每次用量25mL，过滤，收集滤液。使用石油醚在中性氧化铝柱上对所有滤液进行层析分离，收集前2L洗脱液，并将洗脱液加热浓缩至100mL，在冰箱中静置过夜，产物析出，过滤，得粗产物23g。将粗产物置于80mL石油醚中重结晶2次，制得白色结晶纯产物2,2'-联吡啶22g。收率11.3％。反应结果汇总于表1。
实施例5
称取100g 20wt％Ni/MCM-41催化剂置于石英管中，在480℃下，通氢气还原6h，完毕在相同温度下通氮气吹扫3h，继续通氮气并降至室温。将还原后的催化剂加入至500mL玻璃三口烧瓶中，其一侧开口连接200mL分液漏斗，中间开口闭合，另一侧开口连接水泵抽真空。抽真空2h，完毕将连接三口烧瓶与水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，将吡啶加入至三口烧瓶内。加入完成之后，将三口烧瓶的中间开口连接冷凝回流管。加热三口烧瓶至123℃，回流反应48h后将三口烧瓶冷却至60℃。将反应后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，过滤，收集滤液；继续加入吡啶至三口烧瓶内，提取剩余产物(每次加入50mL吡啶，加热回流10min后，冷却至60℃，过滤，收集滤液；重复该提取步骤2次以上。对收集到的所有滤液进行减压蒸馏，减压蒸馏压力保持 30mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸腾石油醚洗涤减压蒸馏残留物，过滤，收集滤液；继续用沸腾石油醚洗涤滤出不溶物三次，每次用量25mL，过滤，收集滤液。使用石油醚在中性氧化铝柱上对所有滤液进行层析分离，收集前2L洗脱液，并将洗脱液加热浓缩至100mL，在冰箱中静置过夜，产物析出，过滤，得粗产物26g。将粗产物置于80mL石油醚中重结晶2次，制得白色结晶纯产物2,2'-联吡啶24g。收率12.4％。反应结果汇总于表1。
实施例6
称取100g 30wt％Ni/MCM-41置于石英管中，在480℃下，通氢气还原6h，完毕在相同温度下通氮气吹扫3h，继续通氮气并降至室温。将还原后的催化剂加入至500mL玻璃三口烧瓶中，其一侧开口连接200mL分液漏斗，中间开口闭合，另一侧开口连接水泵抽真空。抽真空2h，完毕将连接三口烧瓶与水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，将吡啶加入至三口烧瓶内。加入完成之后，将三口烧瓶的中间开口连接冷凝回流管。加热三口烧瓶至115℃，回流反应56h后将三口烧瓶冷却至60℃。将反应后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，过滤，收集滤液；继续加入吡啶至三口烧瓶内，提取剩余产物(每次加入50mL吡啶，加热回流10min后，冷却至60℃，过滤，收集滤液；重复该提取步骤2次以上。对收集到的所有滤液进行减压蒸馏，减压蒸馏压力保持25mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸腾石油醚洗涤减压蒸馏残留物，过滤，收集滤液；继续用沸腾石油醚洗涤滤出不溶物三次，每次用量25mL，过滤，收集滤液。使用石油醚在中性氧化铝柱上对所有滤液进行层析分离，收集前2L洗脱液，并将洗脱液加热浓缩至100mL，在冰箱中静置过夜，产物析出，过滤，得粗产物28g。将粗产物置于80mL石油醚中重结晶2次，制得白色结晶纯产物2,2'-联吡啶26g。收率13.4％。反应结果汇总于表1。
实施例7
称取100g 30wt％Ni/SBA-15置于石英管中，在450℃下，通氢气还原6h，完毕在相同温度下通氮气吹扫3h，继续通氮气并降至室温。将还原后的催化剂加入至500mL玻璃三口烧瓶中，其一侧开口连接200mL分液漏斗，中间开口闭合，另一侧开口连接水泵抽真空。抽真空2h，完毕将连接三口烧瓶与水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，将吡啶加入至三口烧瓶内。加入完成之后，将三口烧瓶的中间开口连接冷凝回流管。加热三口烧瓶至120℃，回流反应48h后将三口烧瓶冷却至60℃。将反应后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，过滤，收集滤液；继续加入吡啶至三口烧瓶内，提取剩余产物(每次加入50mL吡啶，加热回流10min后，冷却至60℃，过滤，收集滤液；重复该提取步骤2次以上。对收集到的所有滤液进行减压蒸馏，减压蒸馏压力保持30mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸腾石油醚洗涤减压蒸馏残留物，过滤，收集滤液；继续用沸腾石油醚洗涤滤出不溶物三次，每次用量25mL，过滤，收集滤液。使用石油醚在中性氧化铝柱上对所有滤液进行层析分离，收集前2L洗脱液，并将洗脱液加热浓缩至100mL，在冰箱中静置过夜，产物析出，过滤，得粗产物23g。将粗产物置于80mL石油醚中重结晶2次，制得白色结晶纯产物2,2'-联吡啶21g。收率11.8％。反应结果汇总于表1。
表1不同实施例的反应结果
实施例8
称取100g 40wt％Ni/SBA-15置于石英管中，在480℃下，通氢气还原6h，完毕在相同温度下通氮气吹扫3h，继续通氮气并降至室温。将还原后的催化剂加入至500mL玻璃三口烧瓶中，其一侧开口连接200mL分液漏斗，中间开口闭合，另一侧开口连接水泵抽真空。抽真空2h，完毕将连接三口烧瓶与水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，将吡啶加入至三口烧瓶内。加入完成之后，将三口烧瓶的中间开口连接冷凝回流管。加热三口烧瓶至118℃，回流反应36h后将三口烧瓶冷却至60℃。将反应后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，过滤，收集滤液；继续加入吡啶至三口烧瓶内，提取剩余产物(每次加入50mL吡啶，加热回流10min后，冷却至60℃，过滤，收集滤液；重复该提取步骤2次以上。对收集到的所有滤液进行减压蒸馏，减压蒸馏压力保持30mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸腾石油醚洗涤减压蒸馏残留物，过滤，收集滤液；继续用沸腾石油醚洗涤滤出不溶物三次，每次用量25mL，过滤，收集滤液。使用石油醚在中性氧化铝柱上对所有滤液进行层析分离，收集前2L洗脱液，并将洗脱液加热浓缩至100mL，在冰箱中静置过夜，产物析出，过滤，得粗产物20g。将粗产物置于80mL石油醚中重结晶2次，制得白色结晶纯产物2,2'-联吡啶18g。收率9.3％。反应结果汇总于表1。

Claims (10)

1.一种2,2'-联吡啶制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A)以负载型镍作为催化剂，经还原反应使之转化为负载型活性镍；
B)向上述步骤A)生成的体系中加入反应原料，使反应原料在催化剂作用下发生脱氢偶联反应，生成2,2'-联吡啶产物；
C)产物进行纯化，制得2,2'-联吡啶产品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述负载型镍催化剂的载体为多孔氧化铝、二氧化硅、活性炭或分子筛中的一种或二种以上。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述负载型镍催化剂的镍负载量为2～50wt％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤A)中所述还原反应，反应温度为100～500℃下，反应时间为1～24h。
5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述还原反应在还原气气氛下进行，还原气为氢气或氢气与惰性气体的混合气，混合气中氢气所占体积含量不低于10％，还原时气压为1～5个大气压。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤B)中所述的反应原料为吡啶，催化剂与吡啶的质量比为0.05～5，反应温度为80～150℃，反应时通冷凝水使未反应的原料回流、循环反应，反应时间为12～96h。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤C)中，采用如下操作步骤分离、纯化产品：
a)采用过滤、抽滤或压滤操作将液体产物和未反应的原料与固体催化剂分离，收集滤液；
b)对所有滤液进行减压蒸馏，收集蒸馏残留物；
c)洗涤蒸馏残留物，过滤，收集滤液；
d)对滤液进行层析分离，收集洗脱液，再将洗脱液加热浓缩，在冰箱中静置过夜，产物析出，过滤，得粗产物；
e)将粗产物溶于石油醚中进行重结晶处理，制得纯产物。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤b)中对所有滤液进行减压蒸馏，蒸馏时真空度保持10～50mmHg，温度30～80℃；收集蒸馏残留物。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤d)中使用石油醚在中性氧化铝柱上对滤液进行层析分离，收集洗脱液，并将洗脱液加热至50～150℃浓缩，在冰箱中静置过夜，产物析出，过滤，得粗产物。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤c)和步骤e)中，用于洗涤蒸馏残留物和进行重结晶所使用的试剂为石油醚、乙醇、丙酮、正己烷中的一种或二种以上；步骤e)中，粗产物进行重结晶1～3次。
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