CN114409593B - 一种2-氨基-5-甲基吡啶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种2‑氨基‑5‑甲基吡啶的制备方法，包括以下步骤：S1、将预留水解前反应液、溶剂、氨基钠依次投入加压反应釜中，N2置换釜内空气后，升温至140‑160℃；S2、在压力为30‑40kg/cm2下，将3‑甲基吡啶加入反应釜中反应，加完后再反应2‑6小时；S3、反应结束后，冷却至35℃以下，放空残留的釜内气体，然后N2置换釜内残留气体后，加入水进行水解反应，加完后再反应1小时；S4、将步骤S3反应完全后的物料分相，所得水相萃取后与有机相合并，然后进行蒸馏，即得。本发明为一种改进的Chielibabin反应方法，其制备的产物总收率可达87.7％,2‑氨基‑5‑甲基吡啶收率可达71.2％。
Description
技术领域
本发明属于精细化工中间体制备技术领域，具体地说，涉及一种2-氨基-5-甲基吡啶的制备方法。
背景技术
2-氨基-5-甲基吡啶是合成高效低毒广谱杀虫剂吡虫林,乙虫咪的中间体,在合成烟碱类化合物中有广泛应用。也用子合成一些功能染料。
据文献报导,2-氨基-5-甲基吡啶有下述制备方法。
1983年，美国Reilly工业公司发表的专利中披露了以3-甲基吡啶和氨基钠为原料,采用Chichibabin反应制备2-氨基-5-甲基吡啶,同时副产医药中间体2-氨基-3-甲基吡啶(下简称2,3-异构物)的方法。反应式如下：
该方法的优点是工艺简单,产生废水很少。但总收率较低,毛副产物总收率为67％,主产物2-氨基-5-甲基吡啶收率为53％。反应收率偏低的原因是反应中产生了较多高沸点偶联物。
1992年,德国Bayer公司在专利DE4232175中提出了新的合成方法来制备2-氨基-5-甲基吡啶。该专利的方法,先将原料3-甲基吡啶用双氧水氧化成3-甲基吡啶氧化物,然后在氯化亚砜存在下与叔胺生成季铵盐,最后在浓氢溴酸高温下分解季铵盐生成产物2-氨基-5-甲基吡啶。三步反应式如下：
Bayer公司方法的优点是产物2-氨基-5-甲基吡啶和副产物2,3-异构物的重量比为98:1,产物纯化方便。但缺点是反应步骤多,产生大量废水废气,三废处理压力大。此外,第三步反应在210℃的温度使用浓氢溴酸,对设备产生严重腐蚀，难以实现工业化生产。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种2-氨基-5-甲基吡啶的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种2-氨基-5-甲基吡啶的制备方法，包括以下步骤：
S1、将预留水解前反应液、溶剂、氨基钠投入加压反应釜中，N2置换釜内空气后，升温至140-160℃；
S2、在压力为30-40kg/cm2下，将3-甲基吡啶加入反应釜中反应，并在1-10小时内加完，加完后再反应2-6小时；
S3、反应结束后，冷却至35℃以下，放空残留的釜内气体，然后N2置换釜内残留气体后，加入水进行水解反应，加完后再反应0.5-2小时；
S4、将步骤S3反应完全后的物料分相，所得水相萃取后与有机相合并，然后进行蒸馏，即得2-氨基-5-甲基吡啶。
上述步骤S1中，预留水解前反应液、溶剂、氨基钠是依次投入加压反应釜中。氨基钠容易吸收空气中的水分而分解，生产中固体物料的加入有一个时间过程，釜内先投入溶剂，后面投料入氨基钠后固体沉降在下面就被溶剂液封住，减少氨基钠和空气接触的时间，可增加大规模生产操作的安全性。
优选地，所述溶剂为N，N-二甲基苯胺。本发明的体系中，大量N，N-二甲基苯胺作为溶剂最重要的优势是反应生成的产物的钠盐在其中溶解很好，如果用甲苯作溶剂，新生成的产物的钠盐不溶于甲苯，会包裹住氨基钠从而降低反应速率，使得生成较多的偶联物及焦状物。
优选地，溶剂的加入量为：每摩尔3-甲基吡啶加200-600mL溶剂。
更优选地，溶剂的加入量为：每摩尔3-甲基吡啶加350-450mL溶剂。
优选地，所述氨基钠和3-甲基吡啶的摩尔比为1-1.5:1。
更优选地，所述氨基钠和3-甲基吡啶的摩尔比为1.2-1.3:1。
优选地，步骤S1中，所述预留水解前反应液为产物及异构体钠盐的N,N-二甲基苯胺溶液。产物及异构体的钠盐对齐齐巴宾反应反应有一个自催化效应，本发明的体系中加预留水解前反应液，在不产生新杂质的前提下，保证反应体系能在3-甲基吡啶的整个滴加过程中反应都能稳定进行，不会发生反应聚集的飞温现象。
更优选地，所述预留水解前反应液为：在本次制备之前的2-氨基-5-甲基吡啶的制备的步骤S3中放空残留的釜内气体后、N2置换釜内残留气体之前留取的部分反应液。
优选地，第一次制备没有余留水解前反应液时，可以采用添加3-甲基吡啶重量的2-5.0％的2-氨基-5-甲基吡啶或2-氨基-3-甲基吡啶的方法。
优选地，第一次投料时的预留水解前反应液是通过包括如下步骤的方法获得的：
A1、将2-氨基-5-甲基吡啶或2-氨基-3-甲基吡啶、溶剂、氨基钠投入加压反应釜中，N2置换釜内空气后，升温至140-160℃；
A2、在压力为30-40kg/cm2下，将3-甲基吡啶加入反应釜中反应，并在1-10小时内加完，加完后再反应2-6小时；
A3、反应结束后，冷却至35℃以下，放空残留的釜内气体，留取部分反应液。
优选地，步骤A1中，所述2-氨基-5-甲基吡啶或2-氨基-3-甲基吡啶的添加量为3-甲基吡啶重量的0.1-5.0％。添加2-氨基-5-甲基吡啶或2-氨基-3-甲基吡啶，也会与氨基钠生产相应的钠盐，比添加预留水解前反应液不同的是这样会消耗掉一部分氨基钠，收率相应会底一些，产物与异构体比例也会差一些。
优选地，所述加入预留的水解前反应液重量为新投物料总重量的1-10％。
更优选地，所述加入预留的水解前反应液重量为新投物料总重量的2-5％。
优选地，步骤S1中，所述升温至145-155℃。
优选地，步骤S2中，所述3-甲基吡啶在5-6小时内加入反应釜中。
优选地，步骤S2中，保持反应时釜内压力在70kg/cm2以下。
优选地，步骤S2中，控制反应温度在145～155℃内进行。更优选控制在147～151℃内进行。
优选地，步骤S3中，所述加入水的重量与3-甲基吡啶的重量比为1-5:1。
更优选地，所述加入水的重量与3-甲基吡啶的重量比为1.3-1.8:1。
优选地，步骤S3中，所述加入水进行水解反应时，在2-3小时内加完水。
优选地，步骤S4中，所述萃取采用的有机溶剂为甲苯。
优选地，步骤S4中，所述蒸馏时，先常压蒸出甲苯，然后减压至10-11mmHg,蒸出溶剂(馏份温度为80～81℃)，再蒸出2-氨基-5-甲基吡啶(馏份温度为101.2～102.1℃)。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供了一种改进的Chielibabin反应方法,用于制备2-氨基-5-甲基吡啶和2,3-异构物(2-氨基-3-甲基吡啶)的混合物,总收率可达到87.7％,2-氨基-5-甲基吡啶收率达到71.2％,均明显高于美国Reilly工业公司的经典方法。而且本发明的反应步骤少,三废少，因此特别适用于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
在2升不锈钢加压反应釜中依次加入800mL N，N-二甲基苯胺，93.6g(2.4mol)NaNH2，7.0g 2-氨基-5-甲基吡啶。N2置换2次釜内空气后，搅拌升温至143℃，N2压力为32kg/cm2。
将186.3g(2.0mol)3-甲基吡啶用加压计量泵于5hr内均匀压入釜内反应，控制反应温度在147～151℃内进行。随反应进行，釜内压力缓慢升高，一般在70kg/cm2以下。若内压超过70kg/cm2时，可稍稍打开放空阀使内压保持在70kg/cm2以下。
加完3-甲基吡啶后，再于147～151℃，压力66-70kg/cm2下反应5hr。然后冷却至35℃以下，放空阀放出釜内残留气体，用N2置换二次，去除产生的H2。
在2升不锈钢压力反应釜内余留45g反应液，将其余反应物料转移到2L带机械搅拌的玻璃瓶内水解，冷却下向反应釜中加水280m1。开始时放热量大，故加得慢一些，控制内温在40℃以下。在约50ml水加入后，放热减小，此时可适当加快加入速度，于1-2hr内把水加完，再于室温下搅拌1hr使水解完全。
将釜内物料转移至2升分液漏斗内，分出水相和有机相。水相用80ml x 2甲苯萃取后，并入有机相。
将此合并的有机相转入一个20块理论塔板的小精馏塔中，常压下蒸出甲苯回收套用。然后减压至11mmHg进行减压蒸馏，先蒸出馏份温度为80～81℃的馏份，GC检测N，N-二单基苯胺含量为98.5％。然后蒸出馏份温度为101.2～102.1℃的正馏份173.5g，基于GC检测结果，扣除预先加入的7.0g 2-氨基-5-甲基吡啶再核算余留反应液中的产品与异构体，2-氨基-5-甲基吡啶含量为79.1％，2，3-异构物含量为19.8％，总收率为79.3％，其中2-氨基-5-甲基吡啶收率为62.7％。
精馏塔釜中残留高沸物，拆下称重为26g。
实施例2
在2升不锈钢加压反应釜中，加入预留实施例中预留的45g水解前反应液，8O0mLN，N-二甲基苯胺，93.6g(2.4mol)NaNH2。N2置换后升温至145℃，N2压力为32kg/cm2。将186.3g(2.0mol)3-甲基吡啶用加压计量泵于5hr内均匀压入釜内反应，控制反应温度在147～151℃内进行。随反应进行，釜内压力缓慢升高，一般在70kg/cm2以下。若内压超过70kg/cm2时，可稍稍打开放空阀使内压保持在70kg/cm2以下。
加完3-甲基吡啶后，再于147～151℃，压力66-70kg/cm2下反应5hr。然后冷却至35℃以下，放空阀放出釜内残留气体，用N2置换二次，去除产生的H2。
在2升不锈钢压力反应釜内余留45g反应液，同实施例1中相同方法进行冷却，水解，分相，萃取并精馏。
得到2-氨基-5-甲基吡啶和2，3-异构物共190.6g,GC检测分析含2-氨基-5-甲基吡啶81.2％，含2，3-异构物18.3％，总收率为87.7％，其中2-氨基-5-甲基吡啶收率为71.2％。精馏塔釜中残留高沸物22g。
对比例1
在2升不锈钢加压反应釜中依次加入800mL甲苯，93.6g(2.4mol)NaNH2，7.0g 2-氨基-5-甲基吡啶。N2置换2次釜内空气后，搅拌升温至143℃，N2压力为32kg/cm2。
将186.3g(2.0mol)3-甲基吡啶用加压计量泵于5hr内均匀压入釜内反应，控制反应温度在147～151℃内进行。随反应进行，釜内压力缓慢升高，一般在70kg/cm2以下。若内压超过70kg/cm2时，可稍稍打开放空阀使内压保持在70kg/cm2以下。
加完3-甲基吡啶后，再于147～151℃，压力66-70kg/cm2下反应8hr。冷却至室温，放出残留气体后用N2置换除去H2，同实施例1相同的方法进行冷却，水解，分相，萃取并精馏。
扣除预先加入的7.0g 2-氨基-5-甲基吡啶，得到2-氨基-5-甲基吡啶和2，3-异构物共144.7g,其中2-氨基-5-甲基吡啶含量78.9％，含2，3-异构物20.1％，总收率为66.3％，其中2-氨基-5-甲基吡啶收率为52.8％。精馏塔釜中残留高沸物49g。
对比例2
在2升不锈钢加压反应釜中，加入8O0mL N，N-二甲基苯胺、93.6g(2.4mol)NaNH2。N2置换后升温至145℃，N2压力为32kg/cm2。将186.3g(2.0mol)3-甲基吡啶用加压计量泵于5hr内均匀压入釜内反应，控制反应温度在147～151℃内进行。随反应进行，釜内压力缓慢升高，一般在70kg/cm2以下。若内压超过70kg/cm2时，可稍稍打开放空阀使内压保持在70kg/cm2以下。
加完3-甲基吡啶后，再于147～151℃，压力66-70kg/cm2下反应5hr。然后冷却至35℃以下，放空阀放出釜内残留气体，用N2置换二次，去除产生的H2。
后处理同实施例1中相同方法进行冷却，水解，分相，萃取并精馏。
得到2-氨基-5-甲基吡啶和2，3-异构物共156.6g,GC检测分析含2-氨基-5-甲基吡啶72.6％，含2，3-异构物27.1％，总收率为71.4％，其中2-氨基-5-甲基吡啶收率为51.8％。精馏塔釜中残留高沸物33g。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种2-氨基-5-甲基吡啶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将预留水解前反应液、溶剂、氨基钠投入加压反应釜中，N2置换釜内空气后，升温至140-160℃；
S2、在压力为30-40kg/cm2下，将3-甲基吡啶加入反应釜中反应，并在1-10小时内加完，加完后再反应2-6小时；
S3、反应结束后，冷却至35℃以下，放空残留的釜内气体，然后N2置换釜内残留气体后，加入水进行水解反应，加完水后再反应0.5-2小时；
S4、将步骤S3反应完全后的物料分相，所得水相萃取后与有机相合并，然后进行蒸馏，即可；
所述溶剂为N，N-二甲基苯胺，溶剂的加入量为：每摩尔3-甲基吡啶加200-600mL溶剂；
第一次投料时的预留水解前反应液是通过包括如下步骤的方法获得的：
A1、将2-氨基-5-甲基吡啶或2-氨基-3-甲基吡啶、溶剂、氨基钠投入加压反应釜中，N2置换釜内空气后，升温至140-160℃；所述2-氨基-5-甲基吡啶或2-氨基-3-甲基吡啶的添加量为3-甲基吡啶重量的0.1-5.0％；
A2、在压力为30-40kg/cm2下，将3-甲基吡啶加入反应釜中反应，并在1-10小时内加完，加完后再反应2-6小时；
A3、反应结束后，冷却至35℃以下，放空残留的釜内气体，留取部分反应液。
2.根据权利要求1所述的2-氨基-5-甲基吡啶的制备方法，其特征在于，所述氨基钠和3-甲基吡啶的摩尔比为1-1.5:1。
3.根据权利要求1所述的2-氨基-5-甲基吡啶的制备方法，其特征在于，步骤S1中，加入预留水解前反应液重量为新投物料总重量的1-10％。
4.根据权利要求1所述的2-氨基-5-甲基吡啶的制备方法，其特征在于，步骤S1中，升温至145-155℃；步骤S2中，3-甲基吡啶在5-6小时内加入反应釜中。
5.根据权利要求1所述的2-氨基-5-甲基吡啶的制备方法，其特征在于，步骤S2中，保持反应时釜内压力在70kg/cm2以下。
6.根据权利要求1所述的2-氨基-5-甲基吡啶的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述加入水的重量与3-甲基吡啶的重量比为1-5:1。
7.根据权利要求1所述的2-氨基-5-甲基吡啶的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述加入水进行水解反应时，在2-3小时内加完水。
8.根据权利要求1所述的2-氨基-5-甲基吡啶的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述萃取采用的有机溶剂为甲苯；所述蒸馏时，先常压蒸出甲苯，然后减压至10-11mmHg,蒸出溶剂，再蒸出2-氨基-5-甲基吡啶。
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