CN114277388A - 一种通过电化学原位生成ch3cooi催化合成2,6-二氯苯甲腈的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过电化学原位生成CH3COOI催化合成2,6‑二氯苯甲腈的方法,所述方法以2,6‑二氯苯甲醛为原料,乙酸铵为稳定氮源,碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾或碳酸钙为缚酸剂,利用碘化钾、碘化钠或四丁基碘化铵为媒质进行氧化转换,具体按照如下步骤实施:将电解液加入电解槽中,在密封的电解槽中开启电解电源和磁力搅拌进行反应,反应结束后打开电解槽,所得反应混合物在经过旋蒸、萃取除盐、旋蒸后即得到2,6‑二氯苯甲腈。本发明方法与传统工艺相比成本更低,生产更可控,无副产物,环境污染小,因而从多个方面提高2,6‑二氯苯甲腈的反应效率。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种化工原料2,6-二氯苯甲腈的制备方法,更具体地说涉及一种通过电化学原位生成的CH3COOI催化2,6-二氯苯甲醛合成2,6-二氯苯腈的方法。
(二)背景技术
碘及其碘化合物作为一种对环境无害、无毒且廉价的试剂吸引了无数的研究者。其中在醛合成腈的应用中,碘分子常常被用作为氧化剂来进行碘化反应构建C≡N键。这种反应更高效方法是使用亲电性更强的碘化试剂,因此将碘阳离子化合物运用在醛合成腈的反应中得到了广泛的研究。
CH3COOI是一种高效温和的碘化试剂,在许多合成反应中都有广泛的运用。传统合成CH3COOI方法基本需要依赖AgOAc、Hg(OAc)2、Pb(OAc)4等昂贵或有毒氧化剂的使用。虽然最近温和廉价的氧化剂被研究出来,但由于降低了氧化剂的氧化性导致反应效率降低而使反应时间大大加长。深入研究其中机制可以知道,造成这种现象的原因是氧化剂氧化生成I+的效率降低,所以提高I+合成效率就是解决以上问题的方法之一。
电化学氧化是一种绿色有效生成碘阳离子的方法,虽然碘阳离子很不稳定无法在溶液中富集限制了其亲电活性,但是当溶液中存在具有富电子性的阴离子时碘阳离子可以被协调而稳定下来,其形成的碘化剂显现出良好亲电性能。有相关研究表明CH3COO-在稳定一些电氧化生成的碘阳离子上具有显著的效果,因此这为电化学合成CH3COOI是提供了可行性。
2,6-二氯苯甲腈(2,6-DCBN)又名敌草腈,是一种高效低毒的植物芽前除草剂。此外,2,6-DCBN是一种重要的合成转化前体,是制造一些高效低毒农药、新型医药、高性能材料、染料等的关键原料。现行的2,6-DCBN合成方法有2,6-二氯甲苯醛肟法、2,6-二氯甲苯氨氧化法、环己醇法,2,6-二氯苯胺法,直接电氧化法等。但这些方法常存在反应条件苛刻、使用昂贵有毒试剂,选择性低等缺点。因此,迫切需要开发可行且绿色的方法来合成2,6-DCBN。
(三)发明内容
本发明针对现有技术的问题和不足,提供了一种以2,6-二氯苯甲醛间接电合成制备2,6-二氯苯甲腈的方法,本发明方法成本更低、生产更可控、无副产物、环境污染小,提高了2,6-二氯苯甲腈的反应效率。
本发明采用如下技术方案:
一种通过电化学原位生成CH3COOI催化合成2,6-二氯苯甲腈的方法,所述方法以2,6-二氯苯甲醛为原料,乙酸铵为稳定氮源,碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾或碳酸钙为缚酸剂,利用碘化钾、碘化钠或四丁基碘化铵为媒质进行氧化转换,具体按照如下步骤实施:将电解液加入电解槽中,在密封的电解槽中开启电解电源和磁力搅拌进行反应,控制磁力搅拌速度为500rpm~1500rpm,反应温度为30~70℃,反应电流密度为6~20mA·cm-2,反应结束后打开电解槽,所得反应混合物在经过旋蒸、萃取除盐、旋蒸后即得到2,6-二氯苯甲腈;
所述的电解槽为无隔膜电解槽,将2,6-二氯苯甲醛、乙酸铵、缚酸剂、媒质和无水乙醇充分混合得到混合物A,并将混合物A加入无隔膜电解槽中作为电解液,工作电极和对电极各自独立采用铂、石墨或铅电极;
或者所述的电解槽为隔膜电解槽,将2,6-二氯苯甲醛、乙酸铵、缚酸剂、媒质和无水乙醇充分混合得到混合物A,并将混合物A加入隔膜电解槽的阳极室中作为阳极电解液,将支持电解质溶于无水乙醇中得到溶液B,并将溶液B加入隔膜电解槽的阴极室中作为阴极电解液;
所述的混合物A中,2,6-二氯苯甲醛与乙酸铵、缚酸剂、媒质的摩尔比为1:0.5~3:0.5~2:1~6,2,6-二氯苯甲醛与无水乙醇的比例为1mmol:5~10ml。
本发明中,采用乙酸铵作为氮源,与2,6-二氯苯甲醛中的醛基反应生成亚胺基。所述混合物A中,2,6-二氯苯甲醛与乙酸铵的摩尔比为1:0.5~3,优选为1:1.5~2.5,最优选为2.5。
本发明中,碳酸盐作为缚酸剂,与乙酸铵和2,6-二氯苯甲醛反应生成的乙酸反应,加快反应速率。所述混合物A中,2,6-二氯苯甲醛与缚酸剂的摩尔比为1:0.5~2,优选为1:0.5~1.5,最优选为1。
本发明中,采用碘化钾等碘盐为媒质,在阳极上被氧化生成CH3COOI,CH3COOI与亚胺基反应脱去一分子碘化氢生成氰基。所述混合物A中,2,6-二氯苯甲醛与媒质的投料摩尔比为1:1~6,优选为1:1.5~3,最优选为2。
本发明中,采用无水乙醇为反应溶剂。所述混合物A中,2,6-二氯苯甲醛的物质的量与乙醇溶液的体积之比为1mmol:5ml~10ml,优选为1mmol:6ml~8ml,最优选为1mmol:7.5ml。
本发明特别优选所述混合物A中,2,6-二氯苯甲醛与乙酸铵、缚酸剂、媒质的摩尔比为1:2.5:1:1.5~3,最优选2,6-二氯苯甲醛与乙酸铵、缚酸剂、媒质的摩尔比为1:2.5:1:2。
本发明中,当使用隔膜电解槽时,阴极电解液为支持电解质和无水乙醇配制得到的溶液B,所述支持电解质可以是LiClO4,LiCl或CH3COONa,所述溶液B中,支持电解质的浓度为0.05~0.2mol/L,优选0.1mol/L。
本发明中,工作电极和对电极各自独立采用铂、石墨或铅电极,优选铂或石墨电极,最优选铂为工作电极和对电极。
本发明中,所述的电解槽可以是无隔膜电解槽或隔膜电解槽,为降低能耗,优选无隔膜电解槽。
本发明中,电解槽中的反应在磁力搅拌下进行,磁力搅拌速度为500rpm~1500rpm,优选为800rpm~1200rpm,最优选为1000rpm。反应电流密度为6~20mA·cm-2,优选反应电流密度为8~15mA·cm-2,最优选反应电流密度为10mA·cm-2。反应温度为30~70℃,优选反应温度为40~60℃,最优选反应温度为60℃。反应时间为2h~6h,优选为2h~4h,最优选为3h。
本发明特别优选电解槽中的反应在下列条件下进行:反应温度为60℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流电解电流密度设置10mA·cm-2,反应时间为3h。
本发明所述的“反应混合物在经过旋蒸、萃取除盐、旋蒸后即得到2,6-二氯苯甲腈”具体按照如下步骤进行:反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠和水搅拌混合反应一会儿,以除去未反应的2,6-二氯苯甲醛,再加入1,2-二氯乙烷混合萃取,分液后除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物。
本发明与现有技术相比,其有益效果体现在:
1、本发明相较于早年文献中使用2,6-二氯甲苯为原料的反应中反应条件更简单,对反应设备要求低,实现了在较低温度下合成,且反应效率高,反应时间短。同时避免了使用有毒有害的氰化物为反应氮源,减少了污染。
2、本发明相较于近年文献中使用2,6-二氯氯苄为底物、氨水为氮源的反应中,使用了价格更加低廉的2,6-二氯苯甲醛和对作业环境更加友好的乙酸铵,降低了反应成本,实现了绿色合成。
3、本发明相较于近年文献使用直接电合成反应,降低了反应电流密度,提高了反应选择性。
4、本发明相较近年使用碘为媒质的合成腈反应中,合成了亲电性更强的CH3COOI加快了反应速率。且CH3COOI可以反应内循环,减少了碘的用量,降低了反应成本。
(四)附图说明
图1为合成2,6-二氯苯甲腈的一种反应装置;
图2为合成2,6-二氯苯甲腈的一种典型反应路线;
图3为实施例6产物提纯后的表征气相色谱图;
图4为2,6-二氯苯甲腈纯样品图。
(五)具体实施方式
以下具体实施例来说明本发明的技术方案,但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
在以铂为工作电极和对电极的无隔膜电解槽内,加入2,6-二氯苯甲醛、乙酸铵0.77g、碘化钾0.996g、碳酸钠0.424g和30ml无水乙醇,超声溶解后密封电解槽。在水浴中升温至40℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流电解的电流密度设置为8mA·cm-2,反应时间为3h,反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠0.42g和水10ml搅拌混合反应一会后加入1,2-二氯乙烷20ml混合萃取分液除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物,经气相色谱检测,2,6-二氯苯甲醛的转化率为79%,2,6-二氯苯甲腈的收率为59%。
实施例2
在以铂为工作电极和对电极的无隔膜电解槽内,加入2,6-二氯苯甲醛0.7g、乙酸铵0.77g、碘化钾0.996g、碳酸钠0.424g和30ml无水乙醇,超声溶解后密封电解槽。在水浴中升温至40℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流电解的电流密度设置为10mA·cm-2,反应时间为3h,反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠0.42g和水10ml搅拌混合反应一会后加入1,2-二氯乙烷20ml混合萃取分液除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物,经气相色谱检测,2,6-二氯苯甲醛的转化率为74%,2,6-二氯苯甲腈的收率为67%。
实施例3
在以铂为工作电极和对电极的无隔膜电解槽内,加入2,6-二氯苯甲醛0.7g、乙酸铵0.77g、碘化钾0.996g、碳酸钠0.424g和30ml无水乙醇,超声溶解后密封电解槽。在水浴中升温至40℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流电解的电流密度设置为12mA·cm-2,反应时间为3h,反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠0.42g和水10ml搅拌混合反应一会后加入1,2-二氯乙烷20ml混合萃取分液除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物,经气相色谱检测,2,6-二氯苯甲醛的转化率为78%,2,6-二氯苯甲腈的收率为63%。
实施例4
在以铂为工作电极和对电极的无隔膜电解槽内,加入2,6-二氯苯甲醛0.7g、乙酸铵0.77g、碘化钾0.996g、碳酸钠0.424g和30ml无水乙醇,超声溶解后密封电解槽。在水浴中升温至50℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流电解的电流密度设置为10mA·cm-2,反应时间为3h,反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠0.42g和水10ml搅拌混合反应一会后加入1,2-二氯乙烷20ml混合萃取分液除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物,经气相色谱检测,2,6-二氯苯甲醛的转化率为81%,2,6-二氯苯甲腈的收率为75%。
实施例5
在以铂为工作电极和对电极的无隔膜电解槽内,加入2,6-二氯苯甲醛0.7g、乙酸铵0.77g、碘化钾0.996g、碳酸钠0.424g和30ml无水乙醇,超声溶解后密封电解槽。在水浴中升温至60℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流电解的电流密度设置为10mA·cm-2,反应时间为3h,反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠0.42g和水10ml搅拌混合反应一会后加入1,2-二氯乙烷20ml混合萃取分液除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物,经气相色谱检测,2,6-二氯苯甲醛的转化率为85%,2,6-二氯苯甲腈的收率为80%。
实施例6:最佳实施例
在以铂为工作电极和对电极的无隔膜电解槽内,加入2,6-二氯苯甲醛0.7g、乙酸铵0.77g、碘化钾1.328g、碳酸钠0.424g和30ml无水乙醇,超声溶解后密封电解槽。在水浴中升温至60℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流电解的电流密度设置为10mA·cm-2,反应时间为3h,反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠0.42g和水10ml搅拌混合反应一会后加入1,2-二氯乙烷20ml混合萃取分液除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物,经气相色谱检测,2,6-二氯苯甲醛的转化率为99%,2,6-二氯苯甲腈的收率为96%。该实施例中,电流效率86%。
实施例7:有隔膜电解槽
在以铂为工作电极和对电极的有隔膜电解槽内,阳极槽内加入2,6-二氯苯甲醛0.7g、乙酸铵0.77g、碘化钾1.328g、碳酸钠0.424g和30ml无水乙醇,阴极槽内加入LiClO4和30ml无水乙醇配制得到的0.1mol/LLiClO4乙醇溶液,超声溶解后密封电解槽。在水浴中升温至60℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流电解的电流密度设置为10mA·cm-2,反应时间为3h,反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠0.42g和水10ml搅拌混合反应一会后加入1,2-二氯乙烷20ml混合萃取分液除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物,经气相色谱检测,2,6-二氯苯甲醛的转化率为97%,2,6-二氯苯甲腈的收率为80%。该实施例中,电流效率68%。
实施例8
在以石墨为工作电极,铂为对电极的无隔膜电解槽内,加入2,6-二氯苯甲醛0.7g、乙酸铵0.77g、碘化钾1.328g、碳酸钠0.424g和30ml无水乙醇,超声溶解后密封电解槽。在水浴中升温至60℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流电解的电流密度设置为10mA·cm-2,反应时间为3h,反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠0.42g和水10ml搅拌混合反应一会后加入1,2-二氯乙烷20ml混合萃取分液除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物,经气相色谱检测,2,6-二氯苯甲醛的转化率为97%,2,6-二氯苯甲腈的收率为76%。
实施例9
在以铂为工作电极,石墨为对电极的无隔膜电解槽内,加入2,6-二氯苯甲醛0.7g、乙酸铵0.77g、碘化钾1.328g、碳酸钠0.424g和30ml无水乙醇,超声溶解后密封电解槽。在水浴中升温至60℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流电解的电流密度设置为10mA·cm-2,反应时间为3h,反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠0.42g和水10ml搅拌混合反应一会后加入1,2-二氯乙烷20ml混合萃取分液除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物,经气相色谱检测,2,6-二氯苯甲醛的转化率为98%,2,6-二氯苯甲腈的收率为73%。
实施例10
在以石墨为工作电极和对电极的无隔膜电解槽内,加入2,6-二氯苯甲醛0.7g、乙酸铵0.77g、碘化钾1.328g、碳酸钠0.424g和30ml无水乙醇,超声溶解后密封电解槽。在水浴中升温至60℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流的电解电流密度设置为10mA·cm-2,反应时间为3h,反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠0.42g和水10ml搅拌混合反应一会后加入1,2-二氯乙烷20ml混合萃取分液除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物,经气相色谱检测,2,6-二氯苯甲醛的转化率为96%,2,6-二氯苯甲腈的收率为90%。
对比实施例1:不加入碘化钾
在以铂为工作电极和对电极的无隔膜电解槽内,加入2,6-二氯苯甲醛0.7g、乙酸铵0.77g、碳酸钠0.424g和30ml无水乙醇,超声溶解后密封电解槽。在水浴中升温至60℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流电解的电流密度设置为10mA·cm-2,反应时间为3h,反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠0.42g和水10ml搅拌混合反应一会后加入1,2-二氯乙烷20ml混合萃取分液除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物,经气相色谱检测,2,6-二氯苯甲醛的转化率为99%,2,6-二氯苯甲腈的收率为1%。
对比实施例2:不加入乙酸铵
在以铂为工作电极和对电极的无隔膜电解槽内,加入2,6-二氯苯甲醛0.7g、碘化钾1.328g、碳酸钠0.424g和30ml无水乙醇,超声溶解后密封电解槽。在水浴中升温至60℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流电解的电流密度设置为10mA·cm-2,反应时间为3h,反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠0.42g和水10ml搅拌混合反应一会后加入1,2-二氯乙烷20ml混合萃取分液除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物,经气相色谱检测,2,6-二氯苯甲醛的转化率为5%,2,6-二氯苯甲腈的收率为0%。
对比实施例3:不通电
在以铂为工作电极和对电极的无隔膜电解槽内,加入2,6-二氯苯甲醛0.7g、乙酸铵0.77g、碘化钾1.328g、碳酸钠0.424g和30ml无水乙醇,超声溶解后密封电解槽。在水浴中升温至60℃,磁力搅拌速度1000rpm,反应时间为3h,反应结束后将反应溶液旋蒸旋干溶剂后,再加入亚硫酸氢钠0.42g和水10ml搅拌混合反应一会后加入1,2-二氯乙烷20ml混合萃取分液除去水层,再将剩余有机溶液旋蒸旋干溶剂后即得到产物,经气相色谱检测,2,6-二氯苯甲醛的转化率为100%,2,6-二氯苯甲腈的收率为0%。
Claims (10)
1.一种通过电化学原位生成CH3COOI催化合成2,6-二氯苯甲腈的方法,其特征在于:所述方法以2,6-二氯苯甲醛为原料,乙酸铵为稳定氮源,碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾或碳酸钙为缚酸剂,利用碘化钾、碘化钠或四丁基碘化铵为媒质进行氧化转换,具体按照如下步骤实施:将电解液加入电解槽中,在密封的电解槽中开启电解电源和磁力搅拌进行反应,控制磁力搅拌速度为500rpm~1500rpm,反应温度为30~70℃,反应电流密度为6~20mA·cm-2,反应结束后打开电解槽,所得反应混合物在经过旋蒸、萃取除盐、旋蒸后即得到2,6-二氯苯甲腈;
所述的电解槽为无隔膜电解槽,将2,6-二氯苯甲醛、乙酸铵、缚酸剂、媒质和无水乙醇充分混合得到混合物A,并将混合物A加入无隔膜电解槽中作为电解液,工作电极和对电极各自独立采用铂、石墨或铅电极;
或者所述的电解槽为隔膜电解槽,将2,6-二氯苯甲醛、乙酸铵、缚酸剂、媒质和无水乙醇充分混合得到混合物A,并将混合物A加入隔膜电解槽的阳极室中作为阳极电解液,将支持电解质溶于无水乙醇中得到溶液B,并将溶液B加入隔膜电解槽的阴极室中作为阴极电解液;
所述的混合物A中,2,6-二氯苯甲醛与乙酸铵、缚酸剂、媒质的摩尔比为1:0.5~3:0.5~2:1~6,2,6-二氯苯甲醛与无水乙醇的比例为1mmol:5~10ml。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述混合物A中,2,6-二氯苯甲醛与乙酸铵的摩尔比为1:1.5~2.5,最优选为2.5。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述混合物A中,2,6-二氯苯甲醛与缚酸剂的摩尔比为1:0.5~1.5,最优选为1。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述混合物A中,2,6-二氯苯甲醛与媒质的投料摩尔比为1:1.5~3,最优选为2。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述混合物A中,2,6-二氯苯甲醛的物质的量与无水乙醇溶液的体积之比为1mmol:6ml~8ml。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述混合物A中,2,6-二氯苯甲醛与乙酸铵、缚酸剂、媒质的摩尔比为1:2.5:1:1.5~3,最优选2,6-二氯苯甲醛与乙酸铵、缚酸剂、媒质的摩尔比为1:2.5:1:2。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述支持电解质是LiClO4,LiCl或CH3COONa,所述溶液B中,支持电解质的浓度为0.05~0.2mol/L。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于:工作电极和对电极各自独立采用铂或石墨电极,最优选铂为工作电极和对电极。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于:磁力搅拌速度为800rpm~1200rpm;反应电流密度为8~15mA·cm-2;反应温度为40~60℃;反应时间为2h~6h,优选为2h~4h。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于:电解槽中的反应在下列条件下进行:反应温度为60℃,磁力搅拌速度1000rpm,恒电流电解电流密度设置10mA·cm-2,反应时间为3h。
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