CN110003098B - 一种3-三氟甲基吡啶气相催化氯化制备2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法 - Google Patents

一种3-三氟甲基吡啶气相催化氯化制备2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种2‑氯‑5‑三氟甲基吡啶的制备方法,在选自ZSM‑5、5A、β和13X分子筛中的至少一种催化剂的作用下,3‑三氟甲基吡啶和氯气气相反应,得到2‑氯‑5‑三氟甲基吡啶。本发明提供的制备方法,具有原料转化率高、目标产物选择性高、反应温度低、能耗低、分离简单等优点。

Description

一种3-三氟甲基吡啶气相催化氯化制备2-氯-5-三氟甲基吡 啶的方法
技术领域
本发明涉及一种2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法,特别是涉及一种以3-三氟甲基吡啶为原料气相制备2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法。
背景技术
2-氯-5-三氟甲基吡啶是一种十分重要的含氟吡啶类化工原料,可用于制备2-氨基-5-三氟甲基吡啶、2-羟基-5-三氟甲基吡啶、2-巯基-5-三氟甲基吡啶和2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶等三氟甲基吡啶类中间体,也是合成杀虫剂啶虫丙醚、高效除草剂精吡氟禾草灵(商品名精稳杀得)和羟戊禾灵以及高效杀菌剂氟啶胺等产品的关键中间体。这些含氟农药都具有广谱内吸、高效低毒﹑安全性好、持效期长等优点,在国外得到大面积的广泛使用,具有广阔的市场前景。
对于2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备,以3-三氟甲基吡啶为原料的,现有技术中有以下公开:
(1)欧洲专利EP0013474中报道以3-三氟甲基吡啶为原料进行热氯化或光氯化反应制备2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法,收率达67%。此方法若使用热氯化方法,其反应温度需保持在380℃以上,能耗高且部分原料易结焦。若使用光氯化方法,需要配置专用的光氯化反应器设备,还需要加入自由基引发剂和有机稀释剂等协助反应,不仅增加设备投入,还增加了产物分离难度;
(2)中国专利CN104610137中报道以3-三氟甲基吡啶为原料、以活性炭固载三氯化铁为催化剂、经催化氯化制备2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法,反应温度420℃,未披露目标产物2-氯-5-三氟甲基吡啶的收率。此方法反应温度过高、能耗高,导致部分原料易结焦,且需要使用四氯化碳作为溶剂,增加了汽化及分离的能耗。
因此,有必要对2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法做进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法,具有原料转化率高、目标产物选择性高、反应温度低、能耗低、分离简单、无需使用有机溶剂、引发剂和光氯化反应器设备等特点。
本发明提供2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法,化学反应式如下:
Figure BDA0001539728840000021
本发明提供如下技术方案:
一种2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法,所述方法包括:
在催化剂存在下,保持反应温度为150~350℃,使3-三氟甲基吡啶和氯气气相反应,得到2-氯-5-三氟甲基吡啶;
所述催化剂选自ZSM-5、5A、β和13X分子筛中的至少一种,
所述ZSM-5分子筛,其Si/Al为50~300、平衡阳离子选自H+、Na+、K+、Ca2+中的至少一种。
本发明提供的制备方法,使用的催化剂选自ZSM-5、5A、β和13X分子筛中的至少一种。
当所述催化剂为ZSM-5分子筛时,作为一种优选的方式,其Si/Al为50~300、平衡阳离子选自H+、Na+、K+、Ca2+中的至少一种。
作为进一步优选的方式,所述ZSM-5分子筛,其Si/Al为80~200、平衡阳离子选自H+、Na+和K+中的至少一种。
本发明提供的制备方法,反应温度满足使反应顺利进行即可。
优选的是,所述反应温度为150~350℃。
进一步优选的是,所述反应温度为200~300℃。
本发明提供的制备方法,3-三氟甲基吡啶与氯气的摩尔配比满足使反应顺利进行即可。
优选的是,所述3-三氟甲基吡啶与氯气的摩尔配比为1:0.1~20。
进一步优选的是,所述3-三氟甲基吡啶与氯气的摩尔配比为1:0.5~5。
本发明提供的制备方法,3-三氟甲基吡啶和氯气在催化剂床层的接触时间满足使反应顺利进行即可。
优选的是,所述3-三氟甲基吡啶和氯气在催化剂床层的接触时间为0.5~100s。
进一步优选的是,所述3-三氟甲基吡啶和氯气在催化剂床层的接触时间为15~70s。
本发明提供的制备方法,所述反应可以在固定床或流化床反应器中进行。
优选的是,所述反应在流化床反应器中进行。
反应器的材质,可以是石英管和Inconel合金等。
本发明提供的制备方法,相比现有技术具有以下优势:
(1)目标产物2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性高,原子利用率高;
(2)原料3-三氟甲基吡啶直接进料,不需使用有机稀释剂,不需要对稀释剂进行额外的汽化与分离;
(3)反应温度低,能耗小。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明,但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到,本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
实施例1
反应管内径为25mm、长度为800mm的不锈钢管作为固定床反应器,将体积为40ml、颗粒大小为5-10目Si/Al为100的HZSM-5(表示H+为平衡阳离子)分子筛装填入固定床反应器中部,连接反应管线,通入氮气进行吹扫,氮气流量为100ml/min。反应炉以5℃/min的升温速率升温至290℃,催化剂床层到达反应温度后停止氮气吹扫,改成通入氯气吹扫,同时向固定床反应器中连续通入3-三氟甲基吡啶,开始反应。反应原料3-三氟甲基吡啶和氯气的摩尔比为1:2,反应物料在催化剂床层接触时间为30.9s。反应产物通过冰水浴冷凝后在收集瓶中汇集,得到油状物。反应结束后,油状物经过水洗碱洗除酸后,用无水硫酸钠干燥之后进行蒸馏,采用GC-MS对馏分进行定性分析,采用气相色谱内标法对馏分组成进行定量分析。
经定量分析后,反应结果为:3-三氟甲基吡啶转化率为98.7%、2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性为93.8%。
实施例2
除了催化剂外,其他条件与实施例1相同,所用催化剂为5A分子筛。
经定量分析后,反应结果为:3-三氟甲基吡啶转化率为89.2%、2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性为89.0%。
实施例3
除了催化剂外,其他条件与实施例1相同,所用催化剂为13X分子筛。
经定量分析后,反应结果为:3-三氟甲基吡啶转化率为91.5%、2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性为88.3%。
实施例4
除了催化剂外,其他条件与实施例1相同,所用催化剂为β分子筛。
经定量分析后,反应结果为:3-三氟甲基吡啶转化率为92.3%、2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性为89.2%。
实施例5
除了反应温度外,其他条件与实施例1相同,反应温度为350℃。
经定量分析后,反应结果为:3-三氟甲基吡啶转化率为99.9%、2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性为87.1%。
实施例6
反应管材质为因康合金,反应管内径30mm、长度400mm。反应管中填装60mL平均粒径为0.15mm的Si/Al为100的HZSM-5分子筛催化剂,用氮气在235℃流化1h后以5℃/min的升温速率升温至290℃,催化剂床层到达反应温度后停止氮气吹扫,改成通入氯气吹扫,同时向固定床反应器中连续通入3-三氟甲基吡啶,开始反应。反应原料3-三氟甲基吡啶和氯气的摩尔比为1:2,反应物料在催化剂床层接触时间为58.5s。反应产物通过冰水浴冷凝后在收集瓶中汇集,得到油状物。反应结束后,油状物经过水洗碱洗除酸后,用无水硫酸钠干燥之后进行蒸馏,采用GC-MS对馏分进行定性分析,采用气相色谱内标法对馏分组成进行定量分析。
经定量分析后,反应结果为:3-三氟甲基吡啶转化率为97.9%、2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性为94.5%。
实施例7
除了催化剂外,其他条件与实施例6相同,所用催化剂为Si/Al=50的HZSM-5分子筛。
经定量分析后,反应结果为:3-三氟甲基吡啶转化率为99.0%、2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性为90.1%。
实施例8
除了催化剂外,其他条件与实施例6相同,所用催化剂为Si/Al=100的NaZSM-5(表示Na+为平衡阳离子)分子筛。
经定量分析后,反应结果为:3-三氟甲基吡啶转化率为95.7%、2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性为92.5%。
实施例9
除了催化剂外,其他条件与实施例6相同,所用催化剂为Si/Al=100的KZSM-5(表示K+为平衡阳离子)分子筛。
经定量分析后,反应结果为:3-三氟甲基吡啶转化率为92.3%、2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性为92.0%。
实施例10
除了催化剂外,其他条件与实施例6相同,所用催化剂为Si/Al=100的CaZSM-5(表示Ca2+为平衡阳离子)分子筛。
经定量分析后,反应结果为:3-三氟甲基吡啶转化率为94.4%、2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性为88.1%。
实施例11
除了氯气配比外,其他条件与实施例1相同,原料3-三氟甲基吡啶和氯气的摩尔比为1:10。
经定量分析后,反应结果为:3-三氟甲基吡啶转化率为98.5%、2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性为85.2%。
对比实施例1
将实施例1中的催化剂换为Si/Al为22的HZSM-5分子筛,其它条件不变。
经定量分析后,反应结果为:3-三氟甲基吡啶转化率为99.9%、但目标产物2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性仅为47.3%。
对比实施例2
按照中国CN104610137中公开的FeCl3/活性炭催化剂为催化剂,控制反应温度为250℃,其余操作条件与实施例1一致。
经定量分析后,反应结果为:3-三氟甲基吡啶转化率为96.2%,目标产物2-氯-5-三氟甲基吡啶的选择性仅为20.2%。

Claims (8)

1.一种2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法,其特征在于:所述制备方法为:
在催化剂存在下,保持反应温度为150~350℃,使3-三氟甲基吡啶和氯气气相反应,得到2-氯-5-三氟甲基吡啶;
所述催化剂选自ZSM-5、5A、β和13X分子筛中的至少一种,
所述ZSM-5分子筛,其Si/Al为50~300、平衡阳离子选自H+、Na+、K+、Ca2+中的至少一种。
2.按照权利要求1所述的2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法,其特征在于:所述ZSM-5分子筛,其Si/Al为80~200、平衡阳离子选自H+、Na+和K+中的至少一种。
3.按照权利要求1所述的2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法,其特征在于:所述反应温度为200~300℃。
4.按照权利要求1所述的2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法,其特征在于:所述3-三氟甲基吡啶与氯气的摩尔配比为1:0.1~20。
5.按照权利要求4所述的2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法,其特征在于:所述3-三氟甲基吡啶与氯气的摩尔配比为1:0.5~5。
6.按照权利要求1所述的2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法,其特征在于:所述3-三氟甲基吡啶和氯气在催化剂床层的接触时间为0.5~100s。
7.按照权利要求6所述的2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法,其特征在于:所述3-三氟甲基吡啶和氯气在催化剂床层的接触时间为15~70s。
8.按照权利要求1所述的2-氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法,其特征在于:所述反应在固定床或流化床反应器中进行。
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Denomination of invention: A method for preparing 2-chloro-5-trifluoromethylpyridine by gas phase catalytic chlorination of 3-trifluoromethylpyridine

Effective date of registration: 20220628

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