CN110818623A - 2-氯-3-三氟甲基吡啶的分离、纯化方法 - Google Patents

2-氯-3-三氟甲基吡啶的分离、纯化方法 Download PDF

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Abstract

[课题]提供作为药物、农药等的中间体有用的2‑氯‑3‑三氟甲基吡啶的分离、纯化方法。[解決手段]1)在使β‑甲基吡啶系化合物与氯和氟化氢在反应装置内反应，或者使β‑三氟甲基吡啶系化合物与氯在反应装置内反应，或者使氯代β‑三氯甲基吡啶系化合物与氟化氢在反应装置内反应，由此制造氯代β‑三氟甲基吡啶系化合物的过程中，2)从该反应装置中分离出包含氯代β‑三氟甲基吡啶系化合物的液体混合物，3)从该液体混合物中将2‑氯‑3‑三氟甲基吡啶分离、纯化的方法。

Description

2-氯-3-三氟甲基吡啶的分离、纯化方法
技术领域
本发明涉及作为药物、农药等的中间体有用的2-氯-3-三氟甲基吡啶的分离、纯化方法。
背景技术
专利文献1和专利文献2中公开了制造氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的方法，其特征在于，在特定的催化剂和非活性稀释剂的存在下，使β-甲基吡啶系化合物与氯和无水氟化氢以气相反应。在其实施例中启示了，作为该氯代β-三氟甲基吡啶系化合物，主要得到了2-氯-5-三氟甲基吡啶(以下，也称为2,5-CTF)、一并得到了2-氯-3-三氟甲基吡啶(以下也称为2,3-CTF)、2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶(以下也称为2,3,6-DCTF)等。
专利文献3中公开了在非活性稀释剂的存在下，对3-三氟甲基吡啶进行氯化而制造氯代3-三氟甲基吡啶系化合物的方法。在其实施例中启示了，作为该氯3-三氟甲基吡啶系化合物主要得到了2,5-CTF，一并得到了2,3-CTF、2,3,6-DCTF等。
在专利文献4和专利文献5中公开了制造氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的方法，其特征在于，在特定的催化剂的存在下，使β-三氯甲基吡啶系化合物与无水氟化氢以气相反应。在其实施例中启示了，作为该氯代β-三氟甲基吡啶系化合物，主要得到了2,5-CTF。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭55-147261号公报
专利文献2：日本特开昭56-120667号公报
专利文献3：日本特开昭55-122762号公报
专利文献4：日本特开昭55-124762号公报
专利文献5：日本特开昭56-100764号公报
发明内容
发明要解决的问题
2,5-CTF、2,3-CTF均是例如作为农药的中间体有用的化合物，但专利文献1～5公开的方法中，2,3-CTF的生成量少。另一方面，为了以高收率制造2,3-CTF，可以考虑采用另外的制造方法。如果能以高收率制造2,5-CTF并且相应地充分确保2,3-CTF的生成量，则会产生高的成本优势。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决上述课题进行了研究，结果发现如下方法：使用β-甲基吡啶系化合物、β-三氟甲基吡啶系化合物、氯代β-三氯甲基吡啶系化合物等作为原料化合物，作为主要的产物得到了2,5-CTF，并且利用简便的方法从在该蒸馏过程中分离出的蒸馏物中将2,3-CTF纯化，由此高收率且成本效率良好地制造2,3-CTF，至此完成本发明。
即，本发明提供2-氯-3-三氟甲基吡啶的分离、纯化方法(以下，也称为本发明的方法)：
1)在使β-甲基吡啶系化合物与氯和氟化氢在反应装置内反应，或者使β-三氟甲基吡啶系化合物与氯在反应装置内反应，或者使氯代β-三氯甲基吡啶系化合物与氟化氢在反应装置内反应，由此制造氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的过程中，
2)从该反应装置中分离出包含氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的液体混合物，
3)从该液体混合物中将2-氯-3-三氟甲基吡啶分离、纯化。
发明的效果
根据本发明的方法，能够高收率、高纯度且成本效率良好地制造作为药物、农药等的中间体有用的2-氯-3-三氟甲基吡啶。
具体实施方式
本发明的方法如下实施。
(1)按照下述反应1～反应3所示的方法，制造氯代β-三氟甲基吡啶系化合物。
(反应1)如下述反应式所示，在反应装置内、在催化剂和非活性稀释剂的存在下、使式(I)所表示的β-甲基吡啶系化合物与氯和无水氟化氢以气相进行反应，制造式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物，通过蒸馏操作，从反应装置中分离出含有式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的液体混合物。液体混合物中通常含有2-氯-5-三氟甲基吡啶(2,5-CTF)、2-氯-3-三氟甲基吡啶(2,3-CTF)、2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶(2,3,6-DCTF)等。
Figure BDA0002155996470000031
式(I)和(II)中，X1、X2、Y1和Y2分别为氢原子或氯原子，其中，X2与Y2的至少一者为氯原子。
上述反应1是如下反应：在催化剂和非活性稀释剂的存在下，使式(I)所表示的β-甲基吡啶系化合物与氯和无水氟化氢以气相反应，从而制造式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物。
作为上述反应1中使用的式(I)所表示的β-甲基吡啶系化合物，除了β-皮考啉之外，可列举出2-氯-β-皮考啉、6-氯-β-皮考啉或2,6-二氯-β-皮考啉的氯代β-皮考啉类。特别是，β-皮考啉是作为各种有机合成化学工业的原料容易获得的物质，通过本发明方法可以由此直接制造氯代β-三氟甲基吡啶系化合物，因而是有利的。
作为上述反应1中使用的催化剂，可列举出金属元素的氟化物。具体而言，可列举出铝、铬、铁、镍、钴和锰的氟化物。更具体而言，可列举出水合三氟化铝(AlF3·3H2O)、三氟化铝(AlF3)、二氟化铬(CrF2)、水合三氟化铬(CrF3·3H2O)、三氟化铬(CrF3)、四氟化铬(CrF4)、水合氟化亚铁(FeF2·8H2O)、氟化亚铁(FeF2)、氟化铁(FeF3)、氟化亚镍(NiF2)、水合氟化亚镍(NiF2·3H2O)、氟化镍(NiF3)、氟化亚钴(CoF2)、氟化钴(CoF3)、氟化亚锰(MnF2)、氟化锰(MnF3)、四氟化锰(MnF4)等。催化剂的使用量根据反应条件而不能一概而论，相对于原料β-甲基吡啶系化合物1摩尔为0.001～3摩尔，优选为0.01～3摩尔。通常，将该催化剂与活性炭、活性氧化铝、三氟化铝等载体混合，成型为适当大小的粒(granule)状、粒料(pellet)状，然后将其作为固定床或流化床而存在。另外，对于催化剂，也有以前述金属元素的氟化物的形式直接加入至反应管中而使之存在的方法；但在工业上，以前述金属元素的氧化物、氯化物或碳酸盐的形式或者以前述氟化物的水合物的形式加入反应管中，使之与无水氟化氢反应而转换为氟化物而存在的方法是有利的。例如，也可以将使氧化铝的载体负载三氧化铬、氯化铁、氧化镍等前述金属元素的氧化物或氯化物而得到的成型物加入至反应管中，预先导入无水氟化氢使之在200～600℃下反应，转换成前述金属元素的氟化物后实施反应。
作为非活性稀释剂，可以使用四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、F-112(CFCl2·CFCl2)、F-113(CF2Cl·CFCl2)等卤代烃的有机溶剂、氮、氦、氩等非活性气体，这些非活性稀释剂是具有抑制燃烧、碳化、焦油状副产物生成等的功能的物质。
在上述反应1的实施时，除了将原料物质和非活性稀释剂分别向反应器供给之外，也可以以它们的混合状态供给，另外，可以将它们同时或依次地供给、或者一次性或分批供给。例如，将β-甲基吡啶系化合物与非活性稀释剂的混合物、或者氯与无水氟化氢的混合物分别地供给。
氯和无水氟化氢的使用量根据原料的β-甲基吡啶系化合物的种类、目标物的种类、反应装置等的差异而不能一概而论，但通常相对于每1摩尔原料β-甲基吡啶系化合物，氯为2～15摩尔、无水氟化氢为2～60摩尔；相对于每1摩尔原料β-甲基吡啶系化合物，非活性稀释剂的使用量是2～70摩尔。反应温度为300～600℃，反应混合物在反应部的滞留时间为0.5～60秒、优选为3～60秒。
通常，从反应装置中排出含有以氯代β-三氟甲基吡啶系化合物作为主要成分的氟化产物、未反应的氟化氢和氯、中间产物、副产氯化氢、还有非活性稀释剂的气体状物质，经过适当的冷却、冷凝装置，氯代β-三氟甲基吡啶系化合物作为液体混合物而被采集。液体混合物中通常含有2,5-CTF、2,3-CTF和2,3,6-DCTF，氯代β-三氟甲基吡啶系化合物以例如85％以上的生成率得到。在所采集的液体混合物中含有氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的生成还未完成的中间产物时，这些中间产物可以与未反应原料、或者与非活性稀释剂一起分离、回収，然后向反应部循环使用。
另外，上述反应1可以按照日本特开昭55-147261号公报、日本特开昭56-120667号公报的记载来进行。
(反应2)如下述反应式所示，在反应装置内，使式(III)所表示的β-三氟甲基吡啶系化合物与氯以气相或液相反应，制造式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物，通过蒸馏操作，从反应装置中分离出含有式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的液体混合物。液体混合物中通常含有2,5-CTF、2,3-CTF、2,3,6-DCTF等。
Figure BDA0002155996470000051
式(III)和(II)中，X2和Y2分别为氢原子或氯原子，其中，X2与Y2的至少一者为氯原子。
作为上述反应2的一个方式，有如下反应：在非活性稀释剂的存在下，对式(III)所表示的β-三氟甲基吡啶系化合物以气相进行氯化，从而制造式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物。
通常β-三氟甲基吡啶系化合物和氯以非活性稀释剂作为载体，分别被导入反应装置而供于反应。非活性稀释剂具有与通常的气相氯化反应的情况同样地抑制燃烧、碳化、焦油状副产物的生成等的功能，作为具体例可列举出氮、氦等非活性气体、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、四氯二氟代乙烷等卤代烃等，工业上优选使用氮、四氯化碳或者它们的混合物。非活性稀释剂和氯的使用量根据其他反应条件的差异而不能一概而论，相对于每1摩尔β-三氟甲基吡啶系化合物，非活性稀释剂为3～70摩尔、优选为10～20摩尔，氯为0.5～5摩尔、优选为0.8～3摩尔。反应温度为270～500℃、优选为350～450℃，反应混合物在反应部的滞留时间为0.5～60秒、优选为1～20秒。
上述反应2可以根据希望在二氧化硅、氧化铝、碳化硅等多孔物质、磁器、玻璃珠或它们的混合物等填充物的存在下进行反应。工业实施时，也可以使这些填充物在反应器内作为固定床、流化床存在而使反应效率改善。β-三氟甲基吡啶系化合物、氯和非活性稀释剂通常在预热后向反应装置内供给，但在β-三氟甲基吡啶系化合物的供给时，通过向高温气体状的非活性稀释剂中导入或者对于在液态的非活性稀释剂中使之溶解而成的溶液进行加热，由此使之气化而进行供给。在反应装置内，维持了规定的反应条件，进行了所希望的反应而生成了氯代β-三氟甲基吡啶系化合物。
通常从反应装置中排出含有氯代β-三氟甲基吡啶系化合物、非活性稀释剂、未反应氯等的气体状物质，但经过适当的冷却、冷凝装置，氯代β-三氟甲基吡啶系化合物以液体混合物的形式被采集。液体混合物中通常含有2,5-CTF、2,3-CTF和2,3,6-DCTF。在所采集的液体混合物中含有氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的生成还未完成的中间产物时，这些中间产物可以与未反应原料、或者与非活性稀释剂一起分离、回収，然后向反应部循环使用。
作为上述反应2的另外一个方式，是如下的反应：使式(III)所表示的β-三氟甲基吡啶系化合物溶解于非活性稀释剂以液相状态氯化，由此制造式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物。此时，使自由基产生剂存在或者照射紫外线或可见光线，可以谋求反应的促进。通常作为氯化剂可以使用氯气、磺酰氯等，作为非活性稀释剂可以使用四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、四氯二氟代乙烷等卤代烃的有机溶剂等。作为自由基产生剂，可列举出例如：2,2′-偶氮二异丁腈、偶氮二甲基丁腈等偶氮二腈系化合物，另外，可列举出过氧化苯甲酰、O,O′-二氯过氧化苯甲酰、P,P′-二甲基过氧化苯甲酰等过氧化苯甲酰系化合物等。
非活性稀释剂和氯的使用量根据其他反应条件的差异而不能一概而论，相对于每1摩尔β-三氟甲基吡啶系化合物的使用量，非活性稀释剂为5～30摩尔，氯以有效氯换算量计为0.5～7摩尔。另外，相对于β-三氟甲基吡啶系化合物，自由基产生剂使用0.01～5重量％。反应温度为35～150℃，反应时间为6～24小时。
通常，从反应装置中采集包含氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的液体混合物。液体混合物中通常含有2,5-CTF、2,3-CTF和2,3,6-DCTF。在所采集的液体混合物中含有氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的生成还未完成的中间产物时，这些中间产物可以与未反应原料、或者与非活性稀释剂一起分离、回収，然后向反应部循环使用。
另外，上述反应2可以根据日本特开昭55-122762号公报的记载来进行。
(反应3)如下述反应式所示，在反应装置内、在催化剂和非活性稀释剂的存在下，使式(IV)所表示的氯代β-三氯甲基吡啶系化合物与无水氟化氢以气相反应，制造式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物，通过蒸馏操作，从反应装置中分离出含有式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的液体混合物。液体混合物中通常含有2,5-CTF、2,3-CTF、2,3,6-DCTF等。
Figure BDA0002155996470000071
式中，X2和Y2分别为氢原子或氯原子，其中，X2与Y2的至少一者为氯原子。
上述反应3是如下反应：在催化剂和非活性稀释剂的存在下，使式(IV)所表示的氯代β-三氯甲基吡啶系化合物与无水氟化氢以气相反应，由此制造式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物。
作为上述反应3中使用的催化剂，可列举出金属元素的氟化物、铵的氟化物。作为金属元素的氟化物，具体而言，可列举出与上述反应1同样的物质等。作为铵的氟化物，具体而言，可列举出氟化铵、酸性氟化铵等。催化剂成分中，工业上优选铬、铁或镍的氟化物。通常这些催化剂成分与活性炭、活性氧化铝等载体混合，成型为适当大小的粒状、粒料状而供给至反应部。对于催化剂成分，也有以前述金属元素的氟化物的形式被供给至反应管，直接存在于反应部的方法，但也可以以前述金属元素的氧化物、氯化物、氢氧化物、碳酸盐等的形式、或以它们的水合物的形态供给至反应管，然后在高温下通过无水氟化氢气体，由此使这些物质与氟化氢反应，转换成所希望的氟化合物而使之存在。例如，也可以将使氧化铝载体负载了氯化铁、三氧化铬、氧化镍等前述金属元素的氧化物、氯化物而得到的成型物加入至反应管中，预先导入无水氟化氢使之在200～600℃下反应，转换成前述金属元素的氟化物后实施反应。
在上述反应3的实施时，原料的氯代β-三氯甲基吡啶系化合物和无水氟化氢可以分别供给至反应管中、或以混合状态供给，还可以与非活性稀释剂混合后进行供给。原料可以直接气化而供给，还可以氯代β-三氯甲基吡啶系化合物暂时溶解于非活性溶剂后气化而进行供给。在原料的供给时，通常优选预热至氯代β-三氯甲基吡啶系化合物的沸点或反应温度附近。作为非活性稀释剂，可以使用例如四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、F-112(CFCl2·CFCl2)、F-113(CF2Cl·CFCl2)等卤代烃的非活性溶剂、氮、氩、氦等非活性气体。使用非活性稀释剂的情况下，对于其使用量不能一概而论，相对于每1摩尔氯代β-三氯甲基吡啶系化合物为1～20摩尔、优选为3～10摩尔。无水氟化氢相对于氯代β-三氯甲基吡啶系化合物的使用量同样不能一概而论，相对于每1摩尔氯代β-三氯甲基吡啶系化合物为3～10摩尔、优选为4～9摩尔。对于催化剂的使用量同样不能一概而论，为与上述反应1同样的使用量。
通常，上述反应3的反应部中，原料的氯代β-三氯甲基吡啶系化合物和无水氟化氢、或者非活性稀释剂以恒定的流速供给，因此催化剂的固型物形成流化床或固定床。氯代β-三氯甲基吡啶系化合物与无水氟化氢的反应在200～700℃、优选在300～500℃下进行。反应混合物的反应部的滞留时间为1～20秒、优选为2～10秒。
结束前述氟化反应，从反应装置中排出气体状的反应产物。该气体状的反应产物中，主要包含以氯代β-三氟甲基吡啶系化合物作为主要成分的氟化产物、末反应氟化氢、副产氯化氢、进一步包含非活性稀释剂。该反应产物经过适当的冷却、冷凝装置，氟化产物被液化，从而得到以氯代β-三氟甲基吡啶系化合物作为主要成分的液体混合物。液体混合物通常含有2,5-CTF、2,3-CTF和2,3,6-DCTF，氯代β-三氟甲基吡啶系化合物例如相对于氯代β-三氯甲基吡啶系化合物以80％以上的收率而得到。在所采集的液体混合物中含有氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的生成还未完成的中间产物时，这些中间产物可以与未反应原料、或者与非活性稀释剂一起分离、回収，然后向反应部循环使用。
另外，上述反应3可以按照日本特开昭55-124762号公报、日本特开昭56-100764号公报的记载进行。
(2)上述(1)中分离出的液体混合物中，大概以以下各比例包含2,5-CTF30～65％左右、2,3-CTF 5～20％左右、2,3,6-DCTF 10～30％左右。此处的比例表示利用气相色谱分析得到的峰面积率。
通过蒸馏操作从上述液体混合物中分离出主要包含2,5-CTF的馏分。该操作如下进行：在工业实施的情况下，进行上述(1)中记载的各种反应来制造氯代β-三氟甲基吡啶，在通过蒸馏操作分离出含有氯代β-三氟甲基吡啶的液体混合物的过程中，分离出恒定的馏分。对于分离出主要包含2,5-CTF的馏分的蒸馏条件，例如在蒸馏塔中进行的情况下，在回流、压力损失等的影响下，由于在塔顶附近和塔底附近条件不同而不能一概而论，作为塔底附近的条件，通常为90～130℃、优选为100～120℃的温度、通常120～147hPa、优选为127～140hPa的条件下，花费5～15小时左右而进行。在常压下进行蒸馏的情况下，作为塔底附近的条件，通常在130～160℃的温度下进行。主要包含2,5-CTF的馏分的分离出例如可以如下进行：对于得到的馏分进行适宜采样，利用气相色谱进行分析，在2,5-CTF的峰面积率成为98～100％左右的时间点终止。
(3)通过析晶操作，从上述(2)中分离出主要包含2,5-CTF的馏分后的液态残留馏分(残留反应混合物)得到包含2,3-CTF的晶体。
该操作在工业实施的情况下、在上述(2)中记载的蒸馏操作中，在分离出主要包含2,5-CTF的馏分之后，接着继续进行蒸馏操作。该蒸馏的条件例如在蒸馏塔中进行的情况下，在回流、压力损失等的影响下，由于在塔顶附近与塔底附近条件不同而不能一概而论，作为塔底附近的条件，通常在110～130℃、优选为115～125℃的温度、通常为120～147hPa、优选为127～140hPa的条件下花费1～5小时左右来进行。在常压下进行蒸馏的情况下，作为塔底附近的条件，通常在160～180℃的温度下进行。在该蒸馏中，例如，对于得到的馏分进行适宜采样，利用气相色谱进行分析，取得2,3-CTF的峰面积率成为65～85％左右后的馏分。
利用熔融析晶，从这样得到的馏分得到包含2,3-CTF的晶体。熔融析晶在液温通常为5～25℃、优选为10～20℃的范围内进行。
对得到的晶体进行加热熔化，利用气相色谱进行分析，可以在2,3-CTF的峰面积率超过97.5％的时点终止析晶。
析晶可以使用在该技术领域公知的析晶装置来进行，可以使用例如：连续熔融析晶装置、层状析晶装置(薄膜降下式析晶装置、静止式析晶装置)、熔融析晶纯化装置(包含刮取型析晶装置与纯化塔的组合)等。
作为本发明中能够使用的熔融析晶装置的具体例，没有特别的限制，作为能够进行连续的熔融析晶的装置，可列举出KUREHA ENGINEERING CO.,LTD.制的商品名KCP的连续熔融析晶装置；作为半连续的熔融析晶装置可列举出Sulzer Chemtech Ltd的薄膜半连续熔融析晶装置；作为分批式的熔融析晶装置可列举出Sulzer Chemtech Ltd的静态间歇熔融析晶装置。除了这些以外还可以使用各种目录、主页所介绍的公知装置。
另外，析晶也可以不使用如上述那样的析晶装置而进行。作为具体的方法，可列举出如下方法例如：将上述残留反应混合物加入鼓形罐，在液温通常为5～25℃、优选为10～20℃的范围、以大气温度规定时在5～10℃左右下静置5～24小时后，从鼓形罐排出液态物，从而得到包含2,3-CTF的晶体。此时，通过倾斜鼓形罐而液态物的排出变得容易，另外通过在鼓形罐安装用于排出液态物的带阀喷嘴，从而使排出作业效率化。
(4)将上述(3)中得到的包含2,3-CTF的晶体加热至40～60℃、优选45～55℃使其熔化，再度进行与上述同样的析晶操作，从而能够使2,3-CTF的纯度改善。本发明中，可以重复进行该操作直至2,3-CTF达到所希望的纯度为止，可以至少重复2次、优选2～4次。
本发明方法中的各种构成要素可以从前述的多个例示、条件中适宜选择且相互组合。即，化合物(I)、催化剂和非活性稀释剂的、各自的种类、使用形式或者使用量；蒸馏操作、析晶操作的、各自的温度；析晶操作中的静置时间；析晶操作的次数；等可以从前述通常范围的例示、条件、优选范围的例示、条件中适宜选择且相互组合。
以下具体列出了本发明优选的实施方式的一例，但本发明不限于这些内容。
[1]一种2-氯-3-三氟甲基吡啶的分离、纯化方法，其特征在于，1)在使β-甲基吡啶系化合物与氯和氟化氢在反应装置内反应，或者使β-三氟甲基吡啶系化合物与氯在反应装置内反应，或者使氯代β-三氯甲基吡啶系化合物与氟化氢在反应装置内反应，由此制造氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的过程中，
2)从该反应装置中分离出包含氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的液体混合物，
3)从该液体混合物中将2-氯-3-三氟甲基吡啶分离、纯化。
[2]根据前述[1]所述的方法，其中，β-甲基吡啶系化合物为式(I)所表示的化合物：
Figure BDA0002155996470000121
式(I)中，X1和Y1分别为氢原子或氯原子；
β-三氟甲基吡啶系化合物为式(III)所表示的化合物：
Figure BDA0002155996470000122
氯代β-三氯甲基吡啶系化合物为式(IV)所表示的化合物：
Figure BDA0002155996470000123
式(IV)中，X2和Y2分别为氢原子或氯原子，其中，X2与Y2的至少一者为氯原子，
氯代β-三氟甲基吡啶系化合物为式(II)所表示的化合物：
Figure BDA0002155996470000131
式(II)中，X2和Y2如上所述。
[3]根据前述[2]所述的方法，其中，在反应装置内、在催化剂和非活性稀释剂的存在下、使式(I)所表示的β-甲基吡啶系化合物与氯和无水氟化氢以气相反应，制造式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物；或者
在反应装置内、使式(III)所表示的β-三氟甲基吡啶系化合物与氯以气相或液相反应，制造式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物；或者
在反应装置内、在催化剂和非活性稀释剂的存在下、使式(IV)所表示的氯代β-三氯甲基吡啶系化合物与无水氟化氢以气相反应，从而制造式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物。
[4]根据前述[3]所述的方法，其中，作为从反应装置中分离出含有式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的液体混合物的过程，通过蒸馏操作分离出2-氯-5-三氟甲基吡啶之后，进一步进行蒸馏操作分离出包含2-氯-3-三氟甲基吡啶的液体混合物，通过析晶操作从该液体混合物中得到包含2-氯-3-三氟甲基吡啶的晶体。
[5]根据前述[4]所述的方法，其中，将通过析晶操作得到的包含2-氯-3-三氟甲基吡啶的晶体加热熔化，再度进行析晶操作。
[6]根据前述[4]所述的方法，其中，式(I)所表示的β-甲基吡啶系化合物与氯和无水氟化氢的反应温度为300～600℃，
式(III)所表示的β-三氟甲基吡啶系化合物与氯以气相的反应温度为270～500℃，
式(III)所表示的β-三氟甲基吡啶系化合物与氯以液相的反应温度为35～150℃，
式(IV)所表示的氯代β-三氯甲基吡啶系化合物与无水氟化氢的反应温度为200～700℃。
[7]根据前述[4]所述的方法，其中，从含有式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的液体混合物中分离出2-氯-5-三氟甲基吡啶的蒸馏温度为90～130℃(在120～147hPa的条件下)，分离出包含2-氯-3-三氟甲基吡啶的液体混合物的蒸馏温度为110～130℃(在120～147hPa的条件下)。
[8]根据前述[4]所述的方法，其中，在液温5～25℃下进行析晶，从包含2-氯-3-三氟甲基吡啶的液体混合物中得到包含2-氯-3-三氟甲基吡啶的晶体。
实施例
接着记载了本发明的实施例，但本发明不限于这些内容。
实施例1
(1)作为反应装置，设置反应部具有内径97.1mm、高度1570mm的催化剂流化床的因科镍合金制立式反应管，作为原料物质和非活性稀释剂用使用将内径30mm、长度1000mm的因科镍合金制预热管2根连接而成的装置，对反应管和预热管以能够进行温度控制的方式用电热器和绝热材料进行覆盖。
将使无水氯化铁277g浸渗至粒径105～250μm的三氟化铝2.2Kg而得到的物质填充至催化剂填充部，加热至200℃，以2.3L/分钟的比例导入无水氟化氢1小时，进行催化剂的活性化。
将反应装置加热至400℃，以成为β-皮考啉6.8g/分钟和氮气9.9L/分钟的比例通入预热管，另外以成为氯气7.4L/分钟和无水氟化氢7.4L/分钟的比例通入预热管，以分别约200℃混合气体的形式导入至反应管，经过约30小时使之反应。其间活性化催化剂以300g/小时的比例连续地供给、排出。反应混合物的管内滞留时间为约3.4秒。
将从反应装置排出的气体通过水洗塔和碱清洗塔，分离冷凝产物，用氨水溶液进行中和，利用水蒸汽蒸馏得到油状物19.11Kg。对该油状物进行蒸馏，分离出以β-三氟甲基吡啶作为主要成分的初馏分1.53Kg、以2-氯-5-三氟甲基吡啶(2,5-CTF)作为主要成分的主馏分9.56Kg。分离出初馏分和主馏分之后的残留馏分(后馏分)中包含2-氯-5-三氟甲基吡啶(2,5-CTF)3.7％、2-氯-3-三氟甲基吡啶(2,3-CTF)14.5％、2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶(2,3,6-DCTF)47.7％和其他成分34.1％。此处的％标记以利用气相色谱分析的峰面积率(GCPA％)为基准。
(2)通过蒸馏从基于前述工序(1)所述的方法得到的油状物分离出以2-氯-5-三氟甲基吡啶(2,5-CTF)作为主要成分的馏分，并且对于残留馏分在110～130℃下继续进行蒸馏，采样，用气相色谱进行分析，取得2-氯-3-三氟甲基吡啶(2,3-CTF)的峰面积率超过65％后的馏分。按照该操作方法，对于上述油状物约2400Kg进行蒸馏，得到2-氯-3-三氟甲基吡啶(2,3-CTF)的面积值超过65％的馏分约70Kg。
(3)将依据前述工序(2)所述的方法得到的包含2-氯-3-三氟甲基吡啶(2,3-CTF)的馏分(液体混合物)284Kg转移至鼓形罐(200L)、进行静置，使2-氯-3-三氟甲基吡啶(2,3-CTF)析晶。2,3-CTF的熔点为37～39.5℃，在低于该温度的气温下进行2小时析晶之后，在鼓形罐的排出口安装喷嘴和阀，用鼓形罐倒转器使之横转，用聚乙烯制桶(50L)接收液体成分。将鼓形罐内的晶体加热熔化，再度使之析晶之后，用与上述同様的操作去除液体成分，得到2,3-CTF的晶体(纯度97.5％)189Kg。
实施例2
将依据前述实施例1的(1)和(2)得到的包含2-氯-3-三氟甲基吡啶(2,3-CTF)的馏分(液体混合物)1600Kg加入至析晶槽(2000L)，在40～60℃下进行30分钟搅拌。将析晶槽冷却至20～30℃，使2-氯-3-三氟甲基吡啶(2,3-CTF)析晶。确认到晶体析出之后，在相同温度下搅拌1小时左右。搅拌结束后，从析晶槽底部提取晶体，用过滤机(离心分离机)滤取晶体，得到2,3-CTF的晶体(纯度97～99％)528Kg。
实施例3
将依据前述实施例1的(1)和(2)得到的包含2-氯-3-三氟甲基吡啶(2,3-CTF)的馏分(液体混合物)加入连续熔融析晶装置(KUREHA ENGINEERING CO.,LTD.制的商品名KCP的连续熔融析晶装置)。将液体混合物冷却至10℃左右，花费数小时使2,3-CTF析晶。在能够维持相同温度的环境下，接着将包含2,3-CTF作为晶体的浆液在网状的滤板上进行过滤。将得到的以2,3-CTF作为主要成分的晶体从下部投入至筒状的容器中，使用螺杆提拉至上部。上部有能够加热至30～35℃为止的加热源，将晶体中内包或附着的液体杂质熔化、向下部落下。通过重复进行这些操作，在容器内利用热交换进行纯化(发汗法，sweat method)，得到纯度高的2,3-CTF的晶体(纯度97～99％)。用网状的滤板进行过滤而得到的液体作为包含2,3-CTF的液体混合物制造工序的原料，从筒状容器的底部提取的液体再度作为熔融析晶的原料。
实施例4
作为反应装置，反应部使用内径42mm、长度1250mm的不锈钢制反应管，在距离该反应管入口后方500mm的部分设置长度250mm的催化剂填充层。
另一方面，作为预热部，作为无水氟化氢和氯用使用内径20mm、长度500mm的不锈钢制预热管；作为β-皮考啉和四氯化碳用使用内径20mm、长度500mm的不锈钢制预热管。
反应管和预热管以能够从外侧进行温度控制的方式用电热器和绝热材料进行覆盖、倾斜而设置。
在反应管的催化剂填充部填充将水合三氟化铬0.03摩尔与粒径4～6mm的活性氧化铝200g充分混合而得到的配合物，将反应管加热至430℃，以无水氟化氢1g/分钟通过2小时进行活性化。之后，将在230℃下预热的β-皮考啉280g(3摩尔)和四氯化碳2310g(15摩尔)以及在300℃下预热的氯960g(13.5摩尔)和无水氟化氢480g(24摩尔)经过290分钟，以几乎恒定流量进行供给，在430℃下以气相使之反应。反应混合物的管内滞留时间为约9秒。
从反应管排出的气体通过水洗塔和碱清洗塔而冷凝。对油状物进行分液、采集、水洗、用芒硝干燥之后，减压下蒸馏去除四氯化碳，得到油状物420g。
使用得到的油状物，依据前述实施例1的(2)和(3)进行蒸馏、析晶，得到2,3-CTF的晶体。
实施例5
在前述实施例4中使用的反应管的催化剂填充层加入γ-氧化铝300g，与前述实施例4的情况同样地用无水氟化氢进行活性化之后，接着将在250℃下预热的β-皮考啉465g(5摩尔)和四氯化碳3850g(25摩尔)以及在300℃下预热的氯1950g(27.5摩尔)和无水氟化氢900g(45摩尔)经过约8小时以几乎恒定流量进行供给，在反应温度430℃、反应混合物的管内滞留时间10.5秒下进行气相反应。
对于从反应管排出的气体，与实施例4的情况同样地进行处理，得到油状物708g。
使用得到的油状物，依据前述实施例1的(2)和(3)进行蒸馏、析晶，得到2,3-CTF的晶体。
实施例6
代替γ-氧化铝300g，使用使粒径2～4mm的活性炭200g负载了水合氟化亚镍0.1摩尔而得到的物质，以及没有用无水氟化氢进行氧化铝的催化活性化，除此以外，与实施例5的情况同样地进行反应，得到油状物300g。
使用得到的油状物，依据前述实施例1的(2)和(3)进行蒸馏、析晶，得到2,3-CTF的晶体。
实施例7
作为反应装置，设置反应部具有内径82mm、高度1100mm的催化剂流化床的因科镍合金制立式反应管，作为原料物质和非活性稀释剂用使用将内径8mm、长度2000mm的因科镍合金制预热管2根连接而成的装置，以能够进行温度控制的方式用电热器和绝热材料覆盖反应管和预热管。
在反应部填充将前述实施例4中使用的活性化催化剂粉碎成粒径0.18～0.4mm而制备得到的物质1.7Kg作为催化剂。
将反应装置加热至430℃，以成为β-皮考啉3.6g/分钟和氮气11.3L/分钟的比例通入预热管，另外以成为氯气2.8L/分钟和无水氟化氢2.5L/分钟的比例通入预热管，以分别约200℃混合气体的形式导入至反应管，经过约5小时使之反应。反应混合物的管内滞留时间为约7秒。
对于从反应装置排出的气体与前述实施例4的情况同样地进行处理，得到油状物1680g。
使用得到的油状物，依据前述实施例1的(2)和(3)进行蒸馏、析晶，得到2,3-CTF的晶体。
实施例8
与前述实施例7的情况同样地，以成为β-皮考啉2.38g/分钟、3-三氟甲基吡啶1.88g/分钟和氮气11.3L/分钟的比例进行供给；另外，以成为氯气2.8L/分钟和无水氟化氢2.5L/分钟的比例进行供给，经过约3小时使之反应。反应混合物的管内滞留时间为约7秒。
对于从反应装置排出的气体与前述实施例4的情况同样地进行处理，得到油状物1090g。
使用得到的油状物，依据前述实施例1的(2)和(3)进行蒸馏、析晶，得到2,3-CTF的晶体。
实施例9
使用与前述实施例4同样的反应装置，在反应管的催化剂填充部加入使粒径2～4mm的活性炭200g负载了0.1摩尔的氟化亚钴而得到的催化剂。之后，将在230℃下预热的β-皮考啉280g(3摩尔)和四氯化碳2310g(15摩尔)以及在300℃下预热的氯960g(13.5摩尔)和无水氟化氢480g(24摩尔)经过290分钟以几乎恒定流量进行供给，在430℃下以气相使之反应。反应混合物的管内滞留时间为约9秒。
从反应管排出的气体通入水洗塔和碱清洗塔而冷凝。对油状物进行分液、采集、水洗、用芒硝干燥后减压下蒸馏去除四氯化碳，得到油状物280g。
使用得到的油状物，依据前述实施例1的(2)和(3)进行蒸馏、析晶，得到2,3-CTF的晶体。
实施例10
将催化剂替换为氟化锰，除此以外与前述实施例9同样地进行，得到油状物340g。
使用得到的油状物，依据前述实施例1的(2)和(3)进行蒸馏、析晶，得到2,3-CTF的晶体。
实施例11
使用带有热电偶的直径4cm、长度70cm的玻璃制反应管。2根玻璃吹入管通过预热器插入至反应管。反应管以能够从外侧进行温度控制的方式用电热器和绝热材料进行覆盖、倾斜而设置。一侧的气体吹入管用于干燥的氯气的导入；另一侧的吹入管用于将3-三氟甲基吡啶的四氯化碳溶液在氮气流中进行加热、使之气化而得到的混合气体的导入。在反应管的出口设置用于捕集排出气体的具备冷却管的接受器。对于该反应管，以每分钟、3-三氟甲基吡啶与四氯化碳的摩尔比为1比10的溶液5.9mL、氯184mL与氮610mL的比例经过30分钟进行供给，在400℃下使之进行气相反应。气体的反应管内滞留时间为约10秒。将接受器所捕集的液态物质用氨的稀薄水溶液进行清洗后、用芒硝进行干燥、减压下蒸馏去除四氯化碳，得到黄色油状物24.8g。
使用得到的油状物，依据前述实施例1的(2)和(3)进行蒸馏、析晶，得到2,3-CTF的晶体。

Claims (8)

1.一种2-氯-3-三氟甲基吡啶的分离、纯化方法，其特征在于，
1)在使β-甲基吡啶系化合物与氯和氟化氢在反应装置内反应，或者使β-三氟甲基吡啶系化合物与氯在反应装置内反应，或者使氯代β-三氯甲基吡啶系化合物与氟化氢在反应装置内反应，由此制造氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的过程中，
2)从该反应装置中分离出包含氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的液体混合物，
3)从该液体混合物中将2-氯-3-三氟甲基吡啶分离、纯化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
β-甲基吡啶系化合物为式(I)所表示的化合物：
式(I)中，X1和Y1分别为氢原子或氯原子；
β-三氟甲基吡啶系化合物为式(III)所表示的化合物：
Figure FDA0002155996460000012
氯代β-三氯甲基吡啶系化合物为式(IV)所表示的化合物：
Figure FDA0002155996460000021
式(IV)中，X2和Y2分别为氢原子或氯原子，其中，X2与Y2的至少一者为氯原子，
氯代β-三氟甲基吡啶系化合物为式(II)所表示的化合物：
Figure FDA0002155996460000022
式(II)中，X2和Y2如上所述。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，
在反应装置内、在催化剂和非活性稀释剂的存在下、使式(I)所表示的β-甲基吡啶系化合物与氯和无水氟化氢以气相反应，制造式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物；或者
在反应装置内、使式(III)所表示的β-三氟甲基吡啶系化合物与氯以气相或液相反应，制造式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物；或者
在反应装置内、在催化剂和非活性稀释剂的存在下、使式(IV)所表示的氯代β-三氯甲基吡啶系化合物与无水氟化氢以气相反应，制造式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，作为从反应装置中分离出含有式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的液体混合物的过程，通过蒸馏操作分离出2-氯-5-三氟甲基吡啶之后，进一步进行蒸馏操作分离出包含2-氯-3-三氟甲基吡啶的液体混合物，通过析晶操作从该液体混合物中得到包含2-氯-3-三氟甲基吡啶的晶体。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，将通过析晶操作得到的包含2-氯-3-三氟甲基吡啶的晶体加热熔化，再度进行析晶操作。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，
式(I)所表示的β-甲基吡啶系化合物与氯和无水氟化氢的反应温度为300～600℃，
式(III)所表示的β-三氟甲基吡啶系化合物与氯以气相的反应温度为270～500℃，
式(III)所表示的β-三氟甲基吡啶系化合物与氯以液相的反应温度为35～150℃，
式(IV)所表示的氯代β-三氯甲基吡啶系化合物与无水氟化氢的反应温度为200～700℃。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，在120～147hPa的条件下，从含有式(II)所表示的氯代β-三氟甲基吡啶系化合物的液体混合物中分离出2-氯-5-三氟甲基吡啶的蒸馏温度为90～130℃，分离出包含2-氯-3-三氟甲基吡啶的液体混合物的蒸馏温度为110～130℃。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，在液温5～25℃下进行析晶，从包含2-氯-3-三氟甲基吡啶的液体混合物中得到包含2-氯-3-三氟甲基吡啶的晶体。
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