CN117105851B - 一种2,3-二氯吡啶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种2,3‑二氯吡啶的制备方法，将糠胺、双氧水以及盐酸在催化剂作用下进行氧化氯化反应，反应结束后以有机溶剂萃取，收集有机相即得2‑氯‑3‑羟基吡啶溶液；催化剂由钨催化剂和/或钼催化剂、以及三价铁催化剂构成；向2‑氯‑3‑羟基吡啶溶液中加入碱和三光气溶液进行氯取代反应，反应结束后经后处理得到产品2,3‑二氯吡啶。本发明制备方法原料易得，操作简单；一方面采用双催化剂使氧化和2‑位氯化反应两步反应可以直接一锅完成，且收率有较大提高；另一方面使用三光气代替含磷氯化试剂进行3‑位羟基氯代，绿色环保，副反应少，生产过程中三废少，且三废易处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种2,3-二氯吡啶的制备方法，属于农药技术领域。
背景技术
氯虫苯甲酰胺，是美国杜邦公司于2000年成功研发的邻苯二甲酰胺类杀虫剂。它是一种卓越高效广谱的鳞翅目、主要甲虫和粉虱杀虫剂，研究证明其能降低多种夜蛾科害虫的产卵率，由于其持效性好和耐雨水冲刷的生物学特性，这些特性实际上是渗透性、传导性、化学稳定性、高杀虫活性和导致害虫立即停止取食等作用的综合体现。因此决定了其比目前绝大多数在用的其他杀虫剂有更长和更稳定的对作物的保护作用。该农药属微毒级，对施药人员非常安全，对稻田有益昆虫、鱼虾也非常安全。持效期可以达到15天以上，对农产品无残留影响，同其它农药混和性能好。
2,3-二氯吡啶为氯虫苯甲酰胺的关键中间体，随着氯虫苯甲酰胺的广泛大量使用，对2,3-二氯吡啶的需求也会显著增加，所以研制出一条适于工业化开发的新路线具有很大的社会与经济效益。
关于2,3-二氯吡啶的现有合成方法主要有以下数种：
1、以烟酰胺为原料，经过霍夫曼降解、氯化、重氮化和桑德迈尔反应得到2,3-二氯吡啶，参见文献CN103570609A等，该路线可向下衍生出3-氨基吡啶为原料的工艺以及2-氯-3-氨基吡啶为原料的工艺。这些工艺路线较为成熟，但因工艺过程使用大量盐酸，导致废酸废水很多，废酸处理后也会导致大量无法处理的盐类固废，对环境污染严重。
2、以2,3,6-三氯吡啶为原料经过加氢还原得到2,3-二氯吡啶，参见文献CN106518754A、CN105642280A等。该工艺为较早开发的工艺，经过多年优化已经比较成熟，但其主原料2,3,6-三氯吡啶需要通过吡啶氯化得来，氯化选择性不高，有大量副产物；而氢化脱氯反应的选择性也不高，会产生较多其他氯代吡啶副产物，需要复杂的分离提纯工序，设备投入和能耗较高，且副产物在市场不易完全消耗，导致副产物积压影响持续生产。
3、以2-氯吡啶为原料经过三步反应得到2,3-二氯吡啶和2,5-二氯吡啶的混合物，参见文献US5380862A，然而该混合物分离困难，且总收率不理想。
4、以3-氯吡啶为原料，经乙酰次氟酸作用，然后通过脱去HF、氯化、选择性的生成2,3-二氯吡啶，此法由于原料乙酰次氟酸不易得，且氟化反应对设备要求很高，工业化难度较大，且成本较高。参见文献：Hebel D,Rozen S.;Chlorination,Bromination,andOxygenation of the Pyridine Ring UsingAcOF Made from F2,J.Org.Chem.1988,53(5):1123-1125。
5、以3-羟基吡啶为原料，经过两步氯化得到2,3-二氯吡啶，参见文献CN106588756A。该路线的主原料3-羟基吡啶不易大量获得，且其氯化使用大量三氯氧磷，会产生大量强酸性含磷废水，废水难处理且会导致严重环境污染。
以上方法均各有缺陷，导致工业化生产有各种问题，影响该产品的生产。
申请人在此方面一直在努力研究，已申请的发明专利有CN107935921A、CN115611803B、CN112194618B。申请人目前已有最新研究成果，以此来申请本发明专利。
发明内容
本发明的主要目的是：克服现有技术存在的问题，提供一种2,3-二氯吡啶的制备方法，以糠胺为原料，能使氧化和2-位氯化反应两步反应可以直接一锅完成并提高收率，而且在3-位羟基氯代时更加环保且副反应少。
本发明解决其技术问题的技术方案如下：
一种2,3-二氯吡啶的制备方法，包括以下步骤：
第一步、将糠胺、双氧水以及盐酸在催化剂作用下进行氧化氯化反应，反应结束后以有机溶剂萃取，收集有机相即得2-氯-3-羟基吡啶溶液；所述糠胺：盐酸：双氧水的总摩尔比为1：(2～8)：(2～4)；所述催化剂由钨催化剂和/或钼催化剂、以及三价铁催化剂构成。
第二步、取第一步所得2-氯-3-羟基吡啶溶液，加入碱和三光气溶液进行氯取代反应，反应结束后经后处理得到产品2,3-二氯吡啶；所述2-氯-3-羟基吡啶：三光气的摩尔比为1：(0.3～1)。
该方法中，第一步通过采用双催化剂使氧化和2-位氯化反应两步反应可以直接一锅完成，且收率有较大提高；第二步通过使用三光气代替含磷氯化试剂进行3-位羟基氯代，绿色环保，副反应少，生产过程中三废少，且三废易处理。
本发明进一步完善的技术方案如下：
优选地，所述第一步的具体过程为：
在反应器中，将糠胺溶于盐酸后加入催化剂，先滴加双氧水，再滴加盐酸，保温反应，反应到达终点时，调节pH至3-4，加有机溶剂萃取，收集有机相即得2-氯-3-羟基吡啶溶液，备用。
更优选地，加入催化剂后先在搅拌下控制温度为10℃～40℃，再逐步滴加双氧水，滴完继续控制温度为10℃～40℃，然后滴加盐酸，滴完在10℃～40℃下保温反应4～6h；当中控检测糠胺剩余＜1%时，反应到达终点。
优选地，所述糠胺：盐酸：双氧水的总摩尔比为1：(4～5)：(2.1～2.5)。
优选地，所述糠胺：催化剂的质量比为(10～70)：1；所述催化剂中，钨催化剂和/或钼催化剂：三价铁催化剂的质量比为(1～4)：1；所述钨催化剂为钨酸以及钨酸盐中的一种或至少两种的混合物；所述钼催化剂为钼酸以及钼酸盐中的一种或至少两种的混合物；所述三价铁催化剂为三氯化铁、硫酸铁、三氧化二铁中的一种或至少两种的混合物。
更优选地，所述钨催化剂为钨酸钠；所述钼催化剂为钼酸铵；所述三价铁催化剂为三氯化铁；采用液碱溶液调节pH；收集有机相后加入硫酸钠进行干燥。
采用以上优选方案，可进一步优化第一步的具体细节技术特征。
优选地，所述第二步的具体过程为：
在反应器中，投入第一步所得2-氯-3-羟基吡啶溶液，加入碱，滴加三光气溶液，滴完升温反应；反应结束后进行后处理：将反应液倒入冰水中，分液取水层，加入有机溶剂萃取，收集有机层，脱去溶剂后进行真空精馏，得到产品2,3-二氯吡啶。
更优选地，先将2-氯-3-羟基吡啶溶液降温至0℃～5℃，再逐步加入碱；先将三光气溶液的温度控制在20℃以下，再逐步滴入反应器中；滴完三光气溶液后，升温至回流，升温速率为每0.5h上升10℃±1℃，保持回流反应5～10h。
优选地，所述2-氯-3-羟基吡啶：三光气的摩尔比为1：(0.33～0.4)。
优选地，所述三光气溶液中，三光气：溶剂的重量比为1：(2～4)；所述三光气溶液的溶剂为二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷中的一种或至少两种的混合物。
优选地，在第二步中，所述2-氯-3-羟基吡啶：碱的摩尔比为1：(1～2)；所述碱为吡啶、3-氯吡啶、2-氯吡啶、三乙胺中的一种或至少两种的混合物；在第一步或第二步中，萃取用的有机溶剂分别为卤代烃以及卤代芳烃中的一种或至少两种的混合物。
更优选地，在第二步中，所述碱为吡啶或三乙胺；所述反应液：冰水的重量比为(1～3)：1；萃取时分至少2次萃取，然后合并有机层；脱去溶剂的方式为蒸馏脱溶；在第一步或第二步中，萃取用的有机溶剂分别为氯仿或1,2-二氯乙烷。
与现有技术相比，本发明制备方法原料易得，操作简单；一方面采用双催化剂使氧化和2-位氯化反应两步反应可以直接一锅完成，且收率有较大提高；另一方面使用三光气代替含磷氯化试剂进行3-位羟基氯代，绿色环保，副反应少，生产过程中三废少，且三废易处理。
附图说明
图1为本发明的反应原理图。
图2为本发明实施例1所得2-氯-3-羟基吡啶的LC-MS谱图。
图3为本发明实施例1所得2-氯-3-羟基吡啶的1HNMR谱图。
图4为本发明实施例2所得2,3-二氯吡啶LC-MS谱图。
具体实施方式
如图1所示，本发明具体实施的2,3-二氯吡啶的制备方法，包括以下步骤：
第一步、将糠胺、双氧水以及盐酸在催化剂作用下进行氧化氯化反应，结束后以有机溶剂萃取，收集有机相即得2-氯-3-羟基吡啶溶液，备用。
其中，催化剂由钨催化剂和/或钼催化剂、以及三价铁催化剂构成。
具体而言，第一步的具体过程为：
在反应器中，将糠胺溶于盐酸后加入催化剂，先滴加双氧水，再滴加盐酸，保温反应，反应到达终点时，调节pH至3-4，加有机溶剂萃取，收集有机相即得2-氯-3-羟基吡啶溶液，备用。
其中，糠胺：盐酸：双氧水的总摩尔比为1：(2～8)：(2～4)，优选为1：(4～5)：(2.1～2.5)。糠胺：催化剂的质量比为(10～70)：1；催化剂中，钨催化剂和/或钼催化剂：三价铁催化剂的质量比为(1～4)：1。
加入催化剂后先在搅拌下控制温度为10℃～40℃，再逐步滴加双氧水，滴完继续控制温度为10℃～40℃，然后滴加盐酸，滴完在10℃～40℃下保温反应4～6h。当中控检测糠胺剩余＜1%时，反应到达终点。
此外，采用液碱溶液调节pH；收集有机相后加入硫酸钠进行干燥。
钨催化剂为钨酸以及钨酸盐中的一种或至少两种的混合物，优选为钨酸钠。钼催化剂为钼酸以及钼酸盐中的一种或至少两种的混合物，优选为钼酸铵。三价铁催化剂为三氯化铁、硫酸铁、三氧化二铁中的一种或至少两种的混合物，优选为三氯化铁。
萃取用的有机溶剂为卤代烃以及卤代芳烃中的一种或至少两种的混合物，优选为氯仿、或1,2-二氯乙烷。
第二步、取第一步所得2-氯-3-羟基吡啶溶液，加入碱和三光气溶液进行氯取代反应，反应结束后经后处理得到产品2,3-二氯吡啶。
具体而言，第二步的具体过程为：
在反应器中，投入第一步所得2-氯-3-羟基吡啶溶液，加入碱，滴加三光气溶液，滴完升温反应；反应结束后进行后处理：将反应液倒入冰水中，分液取水层，加入有机溶剂萃取，收集有机层，脱去溶剂后进行真空精馏，得到产品2,3-二氯吡啶。
其中，2-氯-3-羟基吡啶：三光气的摩尔比为1：(0.3～1)，优选为1：(0.33～0.4)。2-氯-3-羟基吡啶：碱的摩尔比为1：(1～2)。
先将2-氯-3-羟基吡啶溶液降温至0℃～5℃，再逐步加入碱；先将三光气溶液的温度控制在20℃以下，再逐步滴入反应器中；滴完三光气溶液后，升温至回流，保持回流反应5～10h。具体升温速率为每0.5h上升10℃±1℃。
此外，反应液：冰水的重量比为(1～3)：1。萃取时分至少2次萃取，然后合并有机层；脱去溶剂的方式为蒸馏脱溶。
所用碱为吡啶、3-氯吡啶、2-氯吡啶、三乙胺中的一种或至少两种的混合物，优选为吡啶、或三乙胺。
三光气溶液中，三光气：溶剂的重量比为1：(2～4)。三光气溶液的溶剂为二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷中的一种或至少两种的混合物。
萃取用的有机溶剂为卤代烃以及卤代芳烃中的一种或至少两种的混合物，优选为氯仿、或1,2-二氯乙烷。
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
实施例1
本实施例为制备2-氯-3-羟基吡啶的一个具体实施示例。
本实施例基本过程为上述本发明具体实施技术方案的第一步。
本实施例的一些具体细节如下：
将糠胺：97g溶于31%盐酸：100g中，加入钨酸钠：1.0g，三氯化铁：0.5g，搅拌下控制温度30℃～40℃，慢慢滴加双氧水(30%)：249g，滴完控制温度30℃～40℃，滴加31%盐酸：370g，滴完保温搅拌反应4h，中控检测原料剩余＜1%，加入30%液碱调节pH至3-4，加入1,2-二氯乙烷：400g萃取，有机相加入硫酸钠干燥后用于下步反应，有机相外标折算得产品中含有2-氯-3-羟基吡啶：117.1g，摩尔收率：90.5%（理论重量129.4g）。
如图2所示，LC-MS:m/e:130.1为M+1峰。如图3所示，1HNMR: δ: 5.77 (s, 1H, -OH)，7.20-7.23 (m, 1H, 吡啶环5-位氢)，7.28 (s, 氯仿溶剂峰)，7.77-7.79 (m, 1H, 吡啶环4-位氢)，8.01-8.03 (m, 1H, 吡啶环6-位氢)。
实施例2
本实施例为制备2,3-二氯吡啶的一个具体实施示例。
本实施例基本过程为上述本发明具体实施技术方案的第二步。
本实施例的一些具体细节如下：
将实施例1所得有机相加入反应瓶，降温至0℃～5℃，慢慢加入三乙胺：111g。先将三光气：119g溶于1,2-二氯乙烷：300g中，控制其温度在20℃以下然后缓慢滴入反应瓶中，滴完按每0.5h上升10℃的速度升温至回流，保持回流反应5h，反应结束后，将反应液缓慢倒入500g冰水中，分液，水层加入1,2-二氯乙烷：200g×2萃取后合并有机层，蒸馏脱除溶剂后高真空精馏得到产品2,3-二氯吡啶：125.3g，收率93.6%（理论重量133.8g）。
如图4所示，LC-MS: m/e: 148.0为M+1峰。经比对，上述LC-MS图谱与文献报道一致（文献：冯忖，2,3-二氯吡啶合成工艺研究[D]，华中师范大学，2009:70-73）。
实施例3
本实施例为制备2-氯-3-羟基吡啶的一个具体实施示例。
本实施例基本过程为上述本发明具体实施技术方案的第一步。
本实施例的一些具体细节如下：
将糠胺：97g溶于31%盐酸：100g中，加入钨酸钠：5.0g，三氯化铁：1.5g，搅拌下控制温度10℃～20℃，慢慢滴加双氧水(30%)：249g，滴完控制温度10℃～20℃，滴加31%盐酸：370g，滴完保温搅拌反应6h，中控检测原料剩余＜1%，加入30%液碱调节pH至3-4，加入1,2-二氯乙烷：400g萃取，有机相加入硫酸钠干燥后用于下步反应，有机相外标折算得2-氯-3-羟基吡啶：118.0g，摩尔收率：91.2%（理论重量129.4g）。
实施例4
本实施例为制备2,3-二氯吡啶的一个具体实施示例。
本实施例基本过程为上述本发明具体实施技术方案的第二步。
本实施例的一些具体细节如下：
将实施例3所得有机相加入反应瓶，降温至0℃～5℃，慢慢加入吡啶：87g。将三光气：119g溶于1,2-二氯乙烷：300g中，控制其温度在20℃以下然后缓慢滴入反应瓶中，滴完按每0.5h上升10℃的速度升温至回流，保持回流反应5h，反应结束后，将反应液缓慢倒入500g冰水中，分液，水层加入1,2-二氯乙烷：200g×2萃取后合并有机层，蒸馏脱除溶剂后高真空精馏得到产品2,3-二氯吡啶：123.7g，收率91.8%（理论重量134.8g）。
实施例5
本实施例为制备2-氯-3-羟基吡啶的一个具体实施示例。
本实施例基本过程为上述本发明具体实施技术方案的第一步。
本实施例的一些具体细节如下：
将糠胺：97g溶于31%盐酸：100g中，加入钼酸铵：1.0g，三氯化铁：0.5g，搅拌下控制温度30℃～40℃慢慢滴加双氧水(30%)：300g，滴完控制温度30℃～40℃，滴加31%盐酸：370g，滴完保温搅拌反应4h，中控检测原料剩余＜1%，加入30%液碱调节pH至3-4，加入1,2-二氯乙烷：400g萃取，有机相加入硫酸钠干燥后用于下步反应，有机相外标折算得2-氯-3-羟基吡啶：116.7g，摩尔收率：90.2%（理论重量129.4g）。
实施例6
本实施例为制备2,3-二氯吡啶的一个具体实施示例。
本实施例基本过程为上述本发明具体实施技术方案的第二步。
本实施例的一些具体细节如下：
将实施例5所得有机相加入反应瓶，降温至0℃～5℃，慢慢加入三乙胺：98.7g。将三光气：110.2g溶于1,2-二氯乙烷：300g中，控制其温度在20℃以下然后缓慢滴入反应瓶中，滴完按每0.5h上升10℃速度升温至回流，保持回流反应5h，反应结束后，将反应液缓慢倒入500g冰水中，分液，水层加入1,2-二氯乙烷：200g×2萃取后合并有机层，蒸馏脱除溶剂后高真空精馏得到产品2,3-二氯吡啶：121.1g，收率90.8%（理论重量133.3g）。
实施例7
本实施例为制备2-氯-3-羟基吡啶的一个具体实施示例。
本实施例基本过程为上述本发明具体实施技术方案的第一步。
本实施例的一些具体细节如下：
将糠胺：97g溶于31%盐酸：200g中，加入钨酸：1.0g，三氧化二铁：0.5g，搅拌下控制温度30℃～40℃慢慢滴加双氧水(30%)：260g，滴完控制温度30℃～40℃，滴加31%盐酸：400g，滴完保温搅拌反应4h，中控检测原料剩余＜1%，加入30%液碱调节pH至3-4，加入氯仿：400g萃取，有机相加入硫酸钠干燥后用于下步反应，有机相外标折算得2-氯-3-羟基吡啶：118.5g，摩尔收率：91.6%（理论重量129.4g）。
实施例8
本实施例为制备2,3-二氯吡啶的一个具体实施示例。
本实施例基本过程为上述本发明具体实施技术方案的第二步。
本实施例的一些具体细节如下：
将实施例7所得有机相加入反应瓶，降温至0℃～5℃，慢慢加入三乙胺：121g，将三光气：135.7g溶于氯仿：300g中，控制其温度在20℃以下然后缓慢滴入反应瓶中，滴完按每0.5h上升10℃速度升温至回流，保持回流反应10h，反应结束后，将反应液缓慢倒入500g冰水中，分液，水层加入氯仿：200g×2萃取后合并有机层，蒸馏脱除溶剂后高真空精馏得到产品2,3-二氯吡啶：126.1g，收率93.1%（理论重量135.4g）。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (12)
1.一种2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步、将糠胺、双氧水以及盐酸在催化剂作用下进行氧化氯化反应，反应结束后以有机溶剂萃取，收集有机相即得2-氯-3-羟基吡啶溶液；所述糠胺：盐酸：双氧水的总摩尔比为1：(2～8)：(2～4)；所述催化剂由钨催化剂和/或钼催化剂、以及三价铁催化剂构成；所述催化剂中，钨催化剂和/或钼催化剂：三价铁催化剂的质量比为(1～4)：1；所述钨催化剂为钨酸以及钨酸盐中的一种或至少两种的混合物；所述钼催化剂为钼酸以及钼酸盐中的一种或至少两种的混合物；所述三价铁催化剂为三氯化铁、硫酸铁、三氧化二铁中的一种或至少两种的混合物；
第二步、取第一步所得2-氯-3-羟基吡啶溶液，加入碱和三光气溶液进行氯取代反应，反应结束后经后处理得到产品2,3-二氯吡啶；所述2-氯-3-羟基吡啶：三光气的摩尔比为1：(0.3～1)。
2.根据权利要求1所述的一种2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征是，所述第一步的具体过程为：
在反应器中，将糠胺溶于盐酸后加入催化剂，先滴加双氧水，再滴加盐酸，保温反应，反应到达终点时，调节pH至3-4，加有机溶剂萃取，收集有机相即得2-氯-3-羟基吡啶溶液，备用。
3.根据权利要求2所述的一种2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征是，加入催化剂后先在搅拌下控制温度为10℃～40℃，再逐步滴加双氧水，滴完继续控制温度为10℃～40℃，然后滴加盐酸，滴完在10℃～40℃下保温反应4～6h；当中控检测糠胺剩余＜1%时，反应到达终点。
4.根据权利要求2或3所述的一种2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征是，所述糠胺：盐酸：双氧水的总摩尔比为1：(4～5)：(2.1～2.5)。
5.根据权利要求2或3所述的一种2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征是，所述糠胺：催化剂的质量比为(10～70)：1。
6.根据权利要求5所述的一种2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征是，所述钨催化剂为钨酸钠；所述钼催化剂为钼酸铵；所述三价铁催化剂为三氯化铁；采用液碱溶液调节pH；收集有机相后加入硫酸钠进行干燥。
7.根据权利要求2所述的一种2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征是，所述第二步的具体过程为：
在反应器中，投入第一步所得2-氯-3-羟基吡啶溶液，加入碱，滴加三光气溶液，滴完升温反应；反应结束后进行后处理：将反应液倒入冰水中，分液取水层，加入有机溶剂萃取，收集有机层，脱去溶剂后进行真空精馏，得到产品2,3-二氯吡啶。
8.根据权利要求7所述的一种2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征是，先将2-氯-3-羟基吡啶溶液降温至0℃～5℃，再逐步加入碱；先将三光气溶液的温度控制在20℃以下，再逐步滴入反应器中；滴完三光气溶液后，升温至回流，升温速率为每0.5h上升10℃±1℃，保持回流反应5～10h。
9.根据权利要求7或8所述的一种2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征是，所述2-氯-3-羟基吡啶：三光气的摩尔比为1：(0.33～0.4)。
10.根据权利要求7或8所述的一种2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征是，所述三光气溶液中，三光气：溶剂的重量比为1：(2～4)；所述三光气溶液的溶剂为二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷中的一种或至少两种的混合物。
11.根据权利要求7或8所述的一种2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征是，在第二步中，所述2-氯-3-羟基吡啶：碱的摩尔比为1：(1～2)；所述碱为吡啶、3-氯吡啶、2-氯吡啶、三乙胺中的一种或至少两种的混合物；在第一步或第二步中，萃取用的有机溶剂分别为卤代烃以及卤代芳烃中的一种或至少两种的混合物。
12.根据权利要求11所述的一种2,3-二氯吡啶的制备方法，其特征是，在第二步中，所述碱为吡啶或三乙胺；所述反应液：冰水的重量比为(1～3)：1；萃取时分至少2次萃取，然后合并有机层；脱去溶剂的方式为蒸馏脱溶；在第一步或第二步中，萃取用的有机溶剂分别为氯仿或1,2-二氯乙烷。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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