CN109232398A - 一种农药中间体2-氯-5-甲基吡啶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农药中间体2‑氯‑5‑甲基吡啶的制备方法。该方法以苄氯、氨水和正丙醛为起始原料,一锅法合成中间体(I);再用离子交换树脂作缚酸剂催化反应,用乙酰氯作酰化试剂乙酰化,得到中间体化合物(II);中间体化合物(II)、DMF、固体光气在有机溶剂中进行环合闭环反应,得到目标化合物(I)。本发明方法原料便宜易得,反应步骤少,工艺操作简便,催化剂重复利用,三废排放少,工艺绿色环保,产品质量好,收率高,成本低,十分适合于工业化生产,具有极强的工业应用价值。
Description
技术领域
本发明属于精细化工合成技术领域,具体涉及一种农药中间体2-氯-5-甲基吡啶的制备方法。
背景技术
2-氯-5-甲基吡啶,简称CMP,是合成新烟碱类杀虫剂的重要中间体,是生产高效杀虫剂吡虫啉、啶虫脒、烯啶虫胺等一系列农药新品种的关键中间体,同时也可作为医药化工生产的重要原料。这些新烟碱类杀虫剂具有高效、低毒、内吸、无交互抗性等特点,具有很好的内吸和渗透作用,低毒、高效、广谱、持效期较长、对作物安全无药害等特点,具有较好的经济效益和社会效益,推广前景好。因此开发一条工艺先进、成本低廉,绿色环保的2-氯-5-甲基吡啶合成工艺,可以提高市场的竞争力,产生很大的经济效益和社会效益。
目前文献报道2-氯-5-甲基吡啶的制备方法主要有两类方法:一类是吡啶类化合物直接氯化法;另一类是闭环法。吡啶类化合物直接氯化法虽然有步骤简单,转化率高的特点,但是反应选择性差,产物分离困难,成本高,且氯化直接使用氯气,设备要求高,环境污染较大,工业化生产难度较大,不适合工业化生产。因此,闭环法合成2-氯-5-甲基吡啶的方法是国内外研究开发的重点方向。
2-氯-5-甲基吡啶合成主要方法有如下几种:
路线1:专利EP0393453和EP0512436中报道以3-甲基吡啶为原料,经过N-氧化,氯化直接制备。该方法虽然操作简单,步骤少,生产投资设备少,但是要用到过氧化物原料,安全性差,且生成产物纯度不高,有副产物2-氯-3-甲基吡啶生成,不易分离,产品纯化带来很大的困难,不适合工业化生产。
路线2:专利JP07149726中报道,在催化剂氯化钯的作用下,氯气直接氯化3-甲基吡啶制备。本方法虽然只有一步反应,步骤少,原料消耗少等优点,但是催化剂使用成本高,回收困难,不能循环套用,导致最终成本高,不适合工业化生产。
路线3:专利US4612377和US4645829中报道,以吗啉,丙醛为原料,经过环化、脱氢、氯化等反应合成制备。该方法具有反应步骤长,原料种类多,收率低,成本较高的特点,不适合工业化生产。
路线4:专利EP0569947中报道以烟酸为原料,经过氯化,还原等步骤合成制备。该方法反应原料昂贵,不易得,收率不高,成本较高得特点,不适合工业化生产。
路线5:专利US05229519报道以环戊二烯和丙烯醛为起始原料,经过缩合、加成等反应合成制备。该方法操作工艺复杂,操作难度大,同时工艺中产生大量得三废,环保压力大,且工艺中用到原料环戊二烯,有一定安全隐患,不适合工业化生产。
路线6:专利EP0546418和US5304651中报道以苄胺,丙醛为原料,经过缩合,酰化,环合,三氯氧磷氯化反应合成。该方法用收率较低,产生含磷废水,环保不好处理,生产成本较高等特点,不适合工业化生产。
路线7:专利CN102285913中报道以苄胺,丙醛为原料,经过缩合,酰化,再用三光气作用环合合成制备。该方法中原料苄胺不易得,反应过程中用到大量有机碱类化合物,增加废水中得氨氮含量,处理成本高,反应收率低等特点,不适工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺生产安全,操作简单,收率较高,实施成本较低的2-氯-5-甲基吡啶的制备方法,以解决现有技术中存在的问题。
一种农药中间体2-氯-5-甲基吡啶的制备方法,该方法包括如下反应步骤:
步骤(1):将氨水、相转移催化剂,投入压力釜内,冷却到-5~0℃,滴加正丙醛,滴加1.5~2小时,保温搅拌1~2小时;然后再滴加苄氯,滴加1.5~2小时,保温搅拌1~2小时。升温40~80℃反应,压力0.2~2atm,保温反应4~10小时,冷却,加入低级氯代烃溶剂萃取,静止分层,向有机相中加入无机碱脱水,过滤,低级氯代烃溶剂淋洗,得到中间体(I)的溶液;其化学反应方程式如下:
步骤(2):向上述中间体化合物(I)的溶液中加入离子交换树脂,冷却至0~5℃,滴加酰化剂,经乙酰化反应,保温20~40℃,反应4~6小时,冷却,过滤,浓缩,得到中间体(II);其化学反应方程式如下:
步骤(3):先将固体光气和溶剂投入反应釜内,冷却至-10~0℃,滴加DMF有机溶剂溶液,滴加30分钟,保温反应30分钟;然后滴加中间体(II)溶液,滴加30分钟,保温反应30分钟;保温40~50℃反应1小时;保温100~120℃反应3~4小时;反应完毕,冷却,向反应物中碱水洗涤,分层,向有机相中加酸调pH=1~2,分层,得到的水层再用有机溶剂提取,合并有机相回收苄氯和溶剂;然后水层用碱液调pH=8~9,分层,油层减压精馏得到目标化合物2-氯-5-甲基吡啶;其化学反应方程式如下:
优选地,所述步骤(1)中,苄氯、正丙醛和氨水的摩尔比为1:1.1~1.3:3~5;
优选地,所述步骤(1)中,所述相转移催化剂为季铵盐,例如可以为四丁基溴化铵(TBBA)和苄基三乙基氯化铵(TEBA)中的至少一种;所述相转移催化剂的用量为苄氯用量的1~2wt%。
优选地,所述步骤(1)中,滴加温度-5~0℃,滴加1.5~2小时,保温时间1~2h。升温40~80℃,反应的压力为0.2~2atm,反应的时间为4~10h。
优选地,所述步骤(1)中,所述反应完成后,反应液冷却降至室温,加入低级氯代烃溶剂萃取,静止分层,向有机相中加入无机碱脱水,过滤,低级氯代烃溶剂淋洗,得到中间体(I)的有机溶液。例如,所述低级氯代烃溶剂为二氯甲烷、氯仿和1,2,-二氯乙烷中的一种、两种或更多种,优选为二氯甲烷。低级氯代烃与苄氯的投料量为低级氯代烃:苄氯=(4~6):1(m/m);例如,所述无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钾中的一种、两种或更多种。
优选地,所述步骤(2)中,离子交换树脂为强碱性或弱碱性阴离子交换树脂;例如为苯乙烯-二乙烯苯共聚物或苯乙烯-丙烯酰胺共聚物等类型的树脂;具体地,所述阴离子交换树脂型号为201x7、D201、D301等;所述离子交换树脂与中间体(I)的摩尔当量数的(1~2):1。
优选地,所述步骤(2)中,酰化剂为乙酰氯;所述中间体(I)与酰化剂的投料摩尔比为1:(1~1.2)。
优选地,所述步骤(2)中,滴加酰化剂温度为0~5℃,滴加时间为0.5~1小时;保温反应温度为20~40℃,反应的时间为4~6小时。
优选地,所述步骤(3)中,有机溶剂为甲苯、二甲苯和氯苯中的一种、两种或更多种;有机溶剂与中间体(II)的投料量为有机溶剂:中间体(II)=(6~8):1(m/m)
优选地,所述步骤(3)中,中间体(II)、固体光气和DMF的摩尔比为1:(0.5~1):(1.1~2)。
优选地,所述步骤(3)中,滴加温度-10~0℃,滴加30分钟,保温30分钟;40~50℃保温反应1小时;100~120℃保温反应3~4小其中。
优选地,所述步骤(3)中,反应完毕,向反应物中加入水洗涤,分层,向有机相中加酸调pH=1~2,分层,得到的水层再用有机溶剂提取,合并有机相回收苄氯和溶剂;然后水层用碱液调pH=8~9,分层,油层减压精馏得到成品。优选地,所述酸为稀盐酸或稀硫酸;所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种、两种或更多种。
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
(1)原料易得,反应条件温和,操作简单、安全,反应收率高,成本低,适合工业化大生产。
(2)反应过程中阴离子交换树脂替代有机碱类化合物,可循环套用,减少含氨氮废水排放,工艺绿色环保,适合工业化放大生产。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明,而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明,以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品,或者可以通过已知方法制备。
实施例1
1、中间体(I)的制备
在1000ml反应瓶内投入25%氨水700g(5mol),四丁基溴化铵1.27g,搅拌,冷却到-5℃,滴加正丙醛64g(1.1mol),1.5小时滴毕,保温1小时。再加入苄氯126.6g(1mol),搅拌1小时,升温到80℃,压力2atm,保温搅拌反应4小时,跟踪检测苄氯含量≤0.2%。反应完毕,冷却降温至室温,加入二氯甲烷456g,静止分层,所得有机相加入氢氧化钠4g,搅拌1小时干燥脱水,过滤,二氯甲烷50g淋洗,得到中间体(I)的有机溶液,外标法测定含有中间体(I)132g(0.897mol),收率89.7%。
2、中间体(II)的制备
向1000ml烧瓶中转入上步得到的中间体化合物(I)的二氯甲烷溶液,加入224g(1.974mol)离子交换树脂D201x7,冷却到0℃,滴加乙酰氯77.4g(0.985mol),控制5℃以下滴加,滴加完毕,保温5℃搅拌0.5小时,升温至20℃保温反应6小时。反应完毕,过滤,50ml二氯甲烷淋洗,滤液减压浓缩至干,得到油状物,高真空蒸馏,收集160~170℃/4mmHg的馏分152g,收率90%,即为中间体(II)。
3、2-氯-5-甲基吡啶的制备
向2000ml烧瓶中投入固体光气118.6g(0.4mol),甲苯698g,冷却至内温-10℃,滴加DMF 64.24g(0.88mol)和甲苯62g混合液,滴加30分钟,保温搅拌30分钟,然后滴加中间体(II)152g(0.8mol)和甲苯152g混合液,滴加完毕,保温搅拌30分钟,升温至内温40℃,保温反应1小时,再升温至回流温度100℃,反应4小时。反应完毕,冷却至室温,加10%氢氧化钠溶液200ml×2次洗涤。有机相再加入水200ml,搅拌,滴加30%盐酸酸调pH=1~2,分层,水层再用甲苯200ml提取,合并有机相回收副产物氯苄和甲苯。水层用30%氢氧化钠溶液调pH=8~9,分层,油层加水100ml洗涤一次,收集油层,高真空减压精馏,收集50~55℃/4mmHg的馏分,得到成品87g,收率85%。
实施例2
1、中间体(I)的制备
在1000ml反应瓶内投入25%氨水420g(3mol),三乙基苄基氯化铵2.53g,搅拌,冷却到0℃,滴加丙醛75.5g(1.3mol),2小时滴毕,保温2小时,再加入苄氯126.6g(1mol),搅拌2小时,升温到40℃,压力0.2atm,保温搅拌反应10小时,跟踪检测苄氯含量≤0.2%。反应完毕,冷却降温至室温,加入氯仿710g,静止分层,所得有机相加入氢氧化钾5g,搅拌1小时干燥脱水,过滤,氯仿50g淋洗,得到中间体(I)的有机溶液,外标法测定含有中间体(I)128g(0.87mol),收率87%。
2、中间体(II)的制备
向1000ml烧瓶中转入上步得到的中间体化合物(I)的氯仿溶液,加入108.75离子交换树脂D201,冷却到5℃,滴加乙酰氯82.26g(1.04mol),控制5℃以下滴加,滴加完毕,保温5℃搅拌0.5小时,升温至40℃保温反应4小时。反应完毕,过滤,50ml氯仿淋洗,滤液减压浓缩至干,得到油状物,高真空蒸馏,收集160~170℃/4mmHg的馏分150g,收率91%,即为中间体(II)。
3、2-氯-5-甲基吡啶的制备
向2000ml烧瓶中投入固体三光气237.4g(0.8mol)氯苯946g,冷却至内温0℃,滴加DMF 117.8g(1.6mol)和氯苯118g混合液,滴加30分钟,保温搅拌30分钟,然后滴加中间体(II)152g(0.8mol)和氯苯152g混合液,滴加完毕,保温搅拌30分钟,升温至内温50℃,保温反应1小时,再升温至120℃反应3小时。反应完毕,冷却至室温,加10%氢氧化钠溶液200ml*2次洗涤。有机相再加入水200ml,搅拌,滴加30%盐酸酸调pH=1~2,分层,水层再用氯苯200ml提取,合并有机相回收副产物氯苄和氯苯。水层用30%氢氧化钠溶液调pH=8~9,分层,油层加水100ml洗涤一次,收集油层,高真空减压精馏,收集50~55℃/4mmHg的馏分,得到成品90g,收率88%。
实施例3
1、中间体(I)的制备
在1000ml反应瓶内投入25%氨水560g(4mol),四丁基溴化铵1.9g,搅拌,冷却到-2℃,滴加正丙醛69.7g(1.2mol),1.5小时滴毕,保温1.5小时再加入苄氯126.6g(1mol),搅拌1.5小时,升温到45℃,保温搅拌反应7小时,跟踪检测苄氯含量≤0.2%。反应完毕,冷却降温至室温,加入二氯乙烷583g,静止分层,所得有机相加入碳酸钾6g,搅拌1小时干燥脱水,过滤,二氯乙烷50g淋洗,得到中间体(I)的有机溶液,外标法测定含有中间体(I)130g,收率88.3%。
2、中间体(II)的制备
向1000ml烧瓶中转入上步得到的中间体化合物(I)的二氯乙烷溶液,加入165.5g离子交换树脂D301,冷却到0℃,滴加乙酰氯77.4g(0.985mol),控制5℃以下滴加,滴加完毕,保温5℃搅拌0.5小时,升温至30℃保温反应5小时。反应完毕,过滤,50ml二氯乙烷淋洗,滤液减压浓缩至干,得到油状物,高真空蒸馏,收集160~170℃/4mmHg的馏分151g,收率89.4%,即为中间体(II)。
3、2-氯-5-甲基吡啶的制备
向2000ml烧瓶中投入固体光气148.3g(0.5mol),二甲苯824g,冷却至内温-5℃,滴加DMF 88g(1.2mol)和二甲苯88g混合液,滴加30分钟,保温搅拌30分钟,然后滴加中间体(II)152g(0.8mol)和二甲苯152g混合液,滴加完毕,保温搅拌30分钟,升温至内温45℃,保温反应1小时,再升温至110℃,反应3.5小时。反应完毕,冷却至室温,加10%氢氧化钠溶液200ml×2次洗涤。有机相再加入水200ml,搅拌,滴加30%盐酸酸调pH=1~2,分层,水层再用甲苯200ml提取,合并有机相回收副产物氯苄和二甲苯。水层用30%氢氧化钠溶液调pH=8~9,分层,油层加水100ml洗涤一次,收集油层,高真空减压精馏,收集50~55℃/4mmHg的馏分,得到成品88g,收率86%。
以上,对本发明的实施方式进行了说明。但是,本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种农药中间体2-氯-5甲基吡啶的制备方法,其特征在于,该方法包括步骤:
(1)苄氯、氨水、正丙醛在相转移催化剂存在的条件下反应,得到中间体(I)的有机溶液;
(2)向所述中间体化合物(I)的有机溶液中加入离子交换树脂,加入酰化剂,经乙酰化反应,得到中间体(II);
(3)中间体(II)、固体光气和DMF在有机溶剂中进行环合反应,反应完毕,提纯得到目标化合物2-氯-5-甲基吡啶;
2.根据权利要求1所述的农药中间体2-氯-5-甲基吡啶的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,苄氯、正丙醛和氨水的摩尔比为1:1~1.2:3~5。
3.根据权利要求1所述的农药中间体2-氯-5-甲基吡啶的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述相转移催化剂季铵盐,优选为四丁基溴化铵(TBBA)和苄基三乙基氯化铵(TEBA)中的至少一种;
优选地,所述相转移催化剂的用量为苄氯用量的1~2wt%。
4.根据权利要求1所述的农药中间体2-氯-5-甲基吡啶的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,滴加温度-5~0℃,滴加1.5~2小时,保温时间1~2h。升温40~80℃,反应的压力为0.2~2atm,反应的时间为4~10h。
5.根据权利要求1所述的农药中间体2-氯-5-甲基吡啶的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述反应完成后,反应液冷却降至室温,加入低级氯代烃溶剂萃取;优选地,所述低级氯代烃为二氯甲烷、氯仿和二氯乙烷中至少一种;所述低级氯代烃与苄氯的投料量为低级氯代烃:苄氯=(4~6):1(m/m)。
6.根据权利要求1所述的农药中间体2-氯-5-甲基吡啶的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,所述离子交换树脂为强碱性或弱碱性阴离子交换树脂;所述离子交换树脂与中间体(I)的摩尔当量数的配比为(1~2):1。
7.根据权利要求1所述的农药中间体2-氯-5-甲基吡啶的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,所述酰化剂为乙酰氯;所述中间体(I)与酰化剂的投料摩尔比为1:(1~1.2);
优选地,滴加酰化剂温度为-10~0℃,滴加时间为0.5~1小时;保温反应温度为20~40℃,反应的时间为4~6小时。
8.根据权利要求1所述的农药中间体2-氯-5-甲基吡啶的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中,所述有机溶剂为甲苯、二甲苯和氯苯中的一种、两种或更多种;所述有机溶剂与中间体(II)的投料量为有机溶剂:中间体(II)=(6~8):1(m/m);
优选地,中间体(II)、固体光气和DMF的摩尔比为1:(0.5~1):(1.1~2)。
9.根据权利要求1所述的农药中间体2-氯-5-甲基吡啶的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中,滴加温度-5~0℃,滴加30分钟,保温30分钟;40~50℃保温反应1小时;100~120℃保温反应3~4小时。
10.根据权利要求1所述的农药中间体2-氯-5-甲基吡啶的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中,提纯时用酸和碱液,所述酸为稀盐酸或稀硫酸,调pH=1~2;所述碱液为所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种、两种或更多种,调pH=8~9。
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