CN108467357B - 一种制备2-氯-5-甲基吡啶的方法 - Google Patents

一种制备2-氯-5-甲基吡啶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备2‑氯‑5‑甲基吡啶的方法,包括以下步骤:(1)将N,N‑二烷基‑5‑甲基‑2‑吡啶胺与有机溶剂混合后,加入相转移催化剂,加热至反应温度;(2)在反应温度条件下,加入碱和季铵化试剂,控制体系pH值,季铵化反应后,进行蒸馏除水;(3)将除水后釜料加热至反应温度,加入氯化试剂,保温反应;(4)氯化结束后,釜料脱溶,回收溶剂循环套用至步骤(1)、回收氯化试剂循环套用至步骤(3);釜余调碱,加入有机溶剂萃取,得萃取油层;(5)将萃取油层蒸馏得到2‑氯‑5‑甲基吡啶,并回收N,N‑二烷基‑5‑甲基‑2‑吡啶胺,循环套用至步骤(1)。该方法工艺路线简单、环保、收率高、选择性高、产品质量好。

Description

一种制备2-氯-5-甲基吡啶的方法
技术领域
本发明公开了一种制备2-氯-5-甲基吡啶的方法,属于有机化工技术领域。
背景技术
2-氯-5-甲基吡啶(CAS号:18368-64-4)经过氯化反应可以制备下游产品2-氯-5-氯甲基吡啶、2-氯-5-三氯甲基吡啶,是吡啶杂环化合物合成的重要中间体,可以用于合成农药吡虫啉、啶虫脒、噻虫啉、烯啶虫胺等。
目前,公开报道工业化生产2-氯-5-甲基吡啶的方法,主要为吗啉-丙醛法、苄胺-丙醛法以及3-甲基吡啶氯化法。
吗啉-丙醛法主要以吗啉和丙醛为起始原料,经多步反应,得到中间体吡啶酮,再以三氯氧磷或光气为氯化剂,在氢氧化钠碱性溶液中,直接合成2-氯-5-甲基吡啶。此合成方法被国家列为清洁生产工艺,但是存在2-氯-5-甲基吡啶产品收率较低(小于60%)的问题。
苄胺-丙醛法以N-苄胺为原料,首先合成N-苄基-N-丙烯基乙酰胺,然后再将N-苄基-N-丙烯基乙酰胺进一步环合得到2-氯-5-甲基吡啶,上述苄胺环合氯化法具有工艺流程长、原料生产成本较高、废弃物污染严重、氯苄分离困难等缺点。
3-甲基吡啶氯化法,首先经催化氧化3-甲基吡啶合成3-甲基吡啶氧化物,氧化剂一般选用双氧水,也可选用过氧乙酸(近年来,随着催化技术的不断发展,采用水作溶剂,以磷钼酸作催化剂的一些环保型高效合成新工艺被报道)。然后再将3-甲基吡啶氧化物进行酰氯化得到2-氯-5-甲基吡啶。采用3-甲基吡啶氯化法具有操作简单、原料投资费用低等优点,但是存在同分异构体的分离、中间产物热不稳定、容易爆炸等不安全因素。
基于上述,随着安全环保压力的日益增加,现有的生产方法将影响国内2-氯-5-甲基吡啶的稳定供应,导致下游吡虫啉等农药产品价格上涨幅度大。因此,急需发明一种更加安全、生产率高的制备2-氯-5-甲基吡啶的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺路线简单、环保、收率高、选择性高、产品质量好的制备2-氯-5-甲基吡啶的新合成方法。
本发明具体地,涉及一类以N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺(Ⅰ)为原料,经季铵化反应制备中间体吡啶铵盐(Ⅱ)、再经氯化等反应,合成2-氯-5-甲基吡啶(Ⅲ)、收率不低于85%的方法。其中,合成2-氯-5-甲基吡啶(Ⅲ)的化学方程式表示如下:
Figure BDA0001675125830000021
R1、R2、R3=CH3、C2H5、C3H7、C4H9、C6H13、C8H17、C10H21、C12H25、C14H29、C16H33,优选CH3、C2H5、C3H7、C4H9
Y=CO3 2-、SO4 2-、Cl-、Br-、I-
本发明的目的是这样实现的:
一种制备2-氯-5-甲基吡啶的方法,具体包括以下步骤:
(1)将N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺与有机溶剂混合后,加入相转移催化剂,加热至反应温度;
(2)在反应温度条件下,加入碱和季铵化试剂,控制体系pH值,季铵化反应后,进行蒸馏除水;
(3)将除水后釜料加热至反应温度,加入氯化试剂,保温反应;
(4)氯化结束后,釜料脱溶,回收溶剂循环套用至步骤(1)、回收氯化试剂循环套用至步骤(3);釜余调碱,加入有机溶剂萃取,得萃取油层;
(5)将萃取油层蒸馏可以得到高纯度的2-氯-5-甲基吡啶产品,并回收N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺,循环套用至步骤(1);
上述步骤(1)中,所述的有机溶剂为氯苯、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氯化碳中的一种或多种混合物;所述的有机溶剂在所述N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺混合液(未加入所述相转移催化剂前)中的浓度为50%-85%(折所述N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺的浓度为15%-50%);所述的相转移催化剂为聚乙二醇、苄基三乙基氯化铵、四丁基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基磺酸钠、十四烷基磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十四烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠中的一种或多种混合物,所述的相转移催化剂的用量为N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺质量的10%~50%,所述的反应温度为35℃~80℃;
上述步骤(2)中,所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠一种或多种混合物的水溶液;所述的季铵化试剂为硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种或多种混合物,所述季铵化试剂的用量为N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺摩尔数的1~5倍;
上述步骤(3)中,所述的氯化试剂为光气、三光气、氯化氢、氯化亚砜、三氯氧磷、三氯化磷、五氯化磷中的一种或多种混合物,所述的氯化试剂的用量为N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺摩尔数的1~5倍;反应温度为35℃~80℃;
上述步骤(4)中,所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾一种或多种混合物的水溶液;所述的有机溶剂为氯苯、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氯化碳中的一种或多种混合物。
上述N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺中的烷基为CH3、C2H5、C3H7、C4H9、C6H13、C8H17、C10H21、C12H25、C14H29、C16H33中的一种或两种,优选为CH3、C2H5、C3H7、C4H9中的一种或两种。
上述步骤(2)中,所述体系pH值为7~10。
上述步骤(4)中,所述釜余调碱后的pH值为10~14。
本发明的优点是:
(1)工艺路线简单:N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺经季铵化、氯化等反应合成2-氯-5-甲基吡啶,与专利EP0546418相比,该工艺路线简单,具有生产成本低、设备投资少的优点;
(2)废水易处理,工艺环保:本发明中可以解决专利US4473696中高含氯化钠、吗啉盐的问题,也可以不使用含磷试剂,解决专利US4897488、US5010201、EP0546418中含磷废水难以处理的问题,工艺路线环保,易于工业化生产;
(3)选择性高、收率高、产品质量好:本发明中产品2-氯-5-甲基吡啶收率不低于85%,原料N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺对起始投料摩尔回收率不低于10%,选择性不低于94%,经蒸馏后,2-氯-5-甲基吡啶产品含量不低于99.50%。
综上所述,本发明的制备2-氯-5-甲基吡啶农药中间体的方法具有工艺路线简单、反应选择性高、产品收率高、产品质量好等优点。
具体实施方式
实施例1
将500g N,N,5-三甲基-2-吡啶胺、3000g二氯乙烷投入反应瓶中,加入50g苄基三乙基氯化铵,升温至68℃,4h内滴加830g硫酸二甲酯,同时用10%氢氧化钠水溶液,控制体系水层pH=7~10,继续保温反应2h。反应毕,反应液定量分析,吡啶铵盐收率92.97%,釜料蒸馏除水,过滤回收苄基三乙基氯化铵。剩余釜料升温至60℃,4h内滴加入3700g 30%光气二氯乙烷溶液,继续保温反应4h;反应毕,蒸馏回收光气、二氯乙烷,釜余用10%氢氧化钠水溶液调节pH=10~14,用2000g二氯乙烷萃取3次,所得油层液谱定量分析,油层中含2-氯5-甲基吡啶399g(收率85.12%)、N,N,5-三甲基-2-吡啶胺52g(回收率10.40%)。油层蒸馏获得气谱归一含量99.80%的2-氯-5-甲基吡啶产品,过渡馏分套用蒸馏,后馏分为气谱归一含量98.10%的N,N,5-三甲基-2-吡啶胺。
实施例2
将500g N,N,5-三甲基-2-吡啶胺、3000g氯仿投入反应瓶中,加入150g十二烷基三甲基氯化铵,升温至60℃,4h内滴加990g碳酸二甲酯,同时用20%碳酸钠水溶液,控制体系水层pH=7~10,继续保温反应2h。反应毕,反应液定量分析,吡啶铵盐收率91.32%,釜料蒸馏除水,过滤回收十二烷基三甲基氯化铵。剩余釜料升温至60℃,4h内滴加入660g氯化亚砜,保温反应2h;反应毕,蒸馏回收氯化亚砜、氯仿,釜余用10%氢氧化钠水溶液调节pH=10~14,用2000g氯仿萃取3次,所得油层液谱定量分析,油层中含2-氯5-甲基吡啶405g(收率86.53%)、N,N,5-三甲基-2-吡啶胺55g(回收率11.02%)。油层蒸馏获得气谱归一含量99.77%的2-氯-5-甲基吡啶产品,过渡馏分套用蒸馏,后馏分为气谱归一含量98.32%的N,N,5-三甲基-2-吡啶胺。
实施例3
将500g N,N,5-三甲基-2-吡啶胺、3000g二氯甲烷投入反应瓶中,加入150g十二烷基硫酸钠,升温至35℃,6h内缓慢滴加2320g硫酸二甲酯,同时用10%氢氧化钠水溶液,控制体系水层pH=7~10,继续保温反应2h。反应毕,反应液定量分析,吡啶铵盐收率94.33%,釜料蒸馏除水,补加入部分二氯甲烷,过滤回收十二烷基硫酸钠。剩余釜料升温至35℃,4h内滴加入1510g光气,保温反应2h;反应毕,蒸馏回收剩余光气、二氯甲烷,釜余用10%氢氧化钠水溶液调节pH=10~14,用2000g二氯甲烷萃取3次,所得油层液谱定量分析,油层中含2-氯5-甲基吡啶409g(收率87.31%)、N,N,5-三甲基-2-吡啶胺48g(回收率9.62%)。油层蒸馏获得气谱归一含量99.60%的2-氯-5-甲基吡啶产品,过渡馏分套用蒸馏,后馏分为气谱归一含量98.30%的N,N,5-三甲基-2-吡啶胺。
实施例4
将500g 5-甲基-N,N-二乙基-2-吡啶胺、3000g氯苯投入反应瓶中,加入250g十二烷基磺酸钠,升温至80℃,4h内滴加2350g硫酸二乙酯,同时用10%氢氧化钾水溶液控制体系水层pH=7~10,继续保温反应2h。反应毕,反应液定量分析,吡啶铵盐收率90.62%,釜料蒸馏除水,过滤回收十二烷基磺酸钠。剩余釜料升温至80℃,4h内滴加入1680g三氯化磷,保温反应2h;反应毕,蒸馏回收三氯化磷、氯苯,釜余用10%氢氧化钾水溶液调节pH=10~14,用2000g氯苯萃取3次,所得油层液谱定量分析,油层中含2-氯5-甲基吡啶332g(收率85.33%)、5-甲基-N,N-二乙基-2-吡啶胺62g(回收率12.40%)。油层蒸馏获得气谱归一含量99.51%的2-氯-5-甲基吡啶产品,过渡馏分套用蒸馏,后馏分为气谱归一含量98.72%的5-甲基-N,N-二乙基-2-吡啶胺。
实施例5
将500g N,N,5-三甲基-2-吡啶胺、500g四氯化碳投入反应瓶中,加入100g四丁基氯化铵,升温至60℃,6h内滴加1654g硫酸二甲酯,同时用10%氢氧化钠水溶液,控制体系水层pH=7~10,继续保温反应4h。反应毕,反应液定量分析,吡啶铵盐收率92.91%,釜料蒸馏除水,过滤回收四丁基氯化铵。剩余釜料升温至60℃,4h内滴加入6066g 30%光气四氯化碳溶液,继续保温反应6h;反应毕,蒸馏回收光气、四氯化碳,釜余用10%氢氧化钠水溶液调节pH=10~14,用2000g四氯化碳萃取3次,所得油层液谱定量分析,油层中含2-氯5-甲基吡啶404g(收率86.13%)、N,N,5-三甲基-2-吡啶胺55g(回收率11.03%)。油层蒸馏获得气谱归一含量99.87%的2-氯-5-甲基吡啶产品,过渡馏分套用蒸馏,后馏分为气谱归一含量98.33%的N,N,5-三甲基-2-吡啶胺。
实施例6
将250g N,5-二甲基-N-乙基-2-吡啶胺、250g N,N,5-三甲基-2-吡啶胺、500g四氯化碳、500g氯仿投入反应瓶中,加入50g四丁基氯化铵、50g苄基三乙基氯化铵,升温至60℃,6h内滴加513g硫酸二乙酯、436g硫酸二甲酯,同时用5%氢氧化钠、5%氢氧化钾混合水溶液,控制体系水层pH=7~10,继续保温反应4h。反应毕,反应液定量分析,吡啶铵盐收率91.36%,釜料蒸馏除水,过滤回收四丁基氯化铵、苄基三乙基氯化铵。剩余釜料升温至60℃,4h内滴加入5783g含15%光气、15%三光气、35%氯仿、35%四氯化碳混合溶液,继续保温反应4h;反应毕,蒸馏回收光气、四氯化碳、氯仿,釜余用5%氢氧化钠、5%氢氧化钾混合水溶液调节pH=10~14,用2000g 50%四氯化碳、50%氯仿混合溶剂萃取3次,所得油层液谱定量分析,油层中含2-氯5-甲基吡啶388g(收率86.75%)、N,5-二甲基-N-乙基-2-吡啶胺30g(回收率12.41%)、N,N,5-三甲基-2-吡啶胺16g(回收率6.40%)。油层蒸馏获得气谱归一含量99.87%的2-氯-5-甲基吡啶产品,过渡馏分套用蒸馏,后馏分为气谱归一含量98.01%N,5-二甲基-N-乙基-2-吡啶胺和98.11%的N,N,5-三甲基-2-吡啶胺。
实施例7
在实施例1的基础上,采用回收N,N,5-三甲基-2-吡啶胺为原料,其他条件不变,2-氯5-甲基吡啶收率85.19%、N,N,5-三甲基-2-吡啶胺回收率10.66%。
本发明所述内容并不仅限于本发明所述实施例内容。本文中应用了具体个例对本发明结构及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种制备2-氯-5-甲基吡啶的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺与有机溶剂混合后,加入相转移催化剂,加热至反应温度;
(2)在反应温度条件下,加入碱和季铵化试剂,控制体系pH值,季铵化反应后,进行蒸馏除水;
(3)将除水后釜料加热至反应温度,加入氯化试剂,保温反应;
(4)氯化结束后,釜料脱溶,回收溶剂循环套用至步骤(1)、回收氯化试剂循环套用至步骤(3);釜余调碱,加入有机溶剂萃取,得萃取油层;
(5)将萃取油层蒸馏得到2-氯-5-甲基吡啶,并回收N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺,循环套用至步骤(1);
上述步骤(1)中,所述的有机溶剂为氯苯、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氯化碳中的一种或多种混合物;所述的有机溶剂在所述N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺混合液中的浓度为50%-85%;所述的相转移催化剂为聚乙二醇、苄基三乙基氯化铵、四丁基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基磺酸钠、十四烷基磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十四烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠中的一种或多种混合物,所述的相转移催化剂的用量为N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺质量的10%~50%,所述的反应温度为35℃~80℃;
上述步骤(2)中,所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠中的 一种或多种混合物的水溶液;所述的季铵化试剂为硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种或多种混合物,所述的季铵化试剂的用量为N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺摩尔数的1~5倍;所述体系pH值为7~10;
上述步骤(3)中,所述的氯化试剂为光气、三光气、氯化氢、氯化亚砜、三氯氧磷、三氯化磷、五氯化磷中的一种或多种混合物,所述的氯化试剂的用量为N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺摩尔数的1~5倍;反应温度为35℃~80℃;
所述步骤(4)中,所述釜余调碱后的pH值为10~14;
所述N,N-二烷基-5-甲基-2-吡啶胺中的烷基为CH3、C2H5、C3H7、C4H9中的一种或两种。
2.如权利要求1所述的一种制备2-氯-5-甲基吡啶的方法,其特征在于:所述步骤(4)中,所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种混合物的水溶液;所述的有机溶剂为氯苯、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氯化碳中的一种或多种混合物。
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