CN118146056A - 含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法，属于有机合成技术领域，所述合成方法是取含氮芳香杂环化合物加至非极性溶剂中，在相转移催化剂的催化作用下，与氯化试剂和有机碱进行氯化反应，即得所述含氮芳香杂环氯代有机物。本发明在相转移催化剂的催化下，利用非极性溶剂中含氮芳香杂环化合物与氯化试剂和有机碱进行氯化反应得到目标产物，反应收率高达98％以上，且后处理简单，大大降低了含磷废水量，反应更加环保，更适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于有机物合成技术领域，尤其涉及一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法。
背景技术
含氮芳香杂环氯代有机物是有机合成中重要的中间体，如3,5-二羟基-4-(三氟甲基)吡啶是合成氟啶虫酰胺重要的中间体，4,6-二氯嘧啶是合成杀菌剂嘧菌酯、氟嘧菌酯等的关键中间体。
目前3,5-二羟基-4-(三氟甲基)吡啶、4,6-二氯嘧啶的制备方法主要有三氯氧磷法和固体光气法。其中，三氯氧磷法以4,6-二羟基嘧啶为原料，三氯氧磷同时作为氯化试剂和反应溶剂，在三乙胺、N,N-二甲基苯胺或吡啶等有机碱作用下合成4,6-二氯嘧啶。该方法所需三氯氧磷用量较大，合成过程中4,6-二羟基嘧啶、三氯氧磷和三乙胺的摩尔比为1：4.8：2，且该方法还存在转化率低、产生大量的含磷废水的问题。固体光气法是以4,6-二羟基嘧啶为原料，在缚酸剂烷基胺、N,N-二烷基芳胺或碱性的含氮杂环化合物的作用下制备4,6-二氯嘧啶。该方法存在光气用量较大、反应时间较长、后处理复杂、工业化生产较困难等问题。另外，有报道中采用三氯化磷、氯气或液氯作为氯化试剂进行羟基的氯化反应，但仍需要以三氯氧磷为溶剂，且用量较大，同时还需要使用含有铝和镁的路易斯酸作为催化剂，这就不可避免的会产生含磷量较高的废水，甚至产生含有金属镁和铝的废水，从而导致废水处理难度增大，且该方法整个反应过程中还需通入气体从而使反应釜内进行带压反应，这会进一步提高反应过程中对设备的要求，不利于工业化生产。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法，该方法操作简单、收率高、三废少。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法，是取含氮芳香杂环化合物加至非极性溶剂中，在相转移催化剂的催化作用下，与氯化试剂和有机碱进行氯化反应，即得所述含氮芳香杂环氯代有机物；
其中，所述含氮芳香杂环化合物的结构式为：
或者/>
结构式中，R1、R2、R4、R5、R6、R7、R8分别为各自独立的氢、羟基、烷基、烷氧基、芳香基；
R3为氢、羟基、烷基、烷氧基、三氟甲基、三氯甲基、三氟乙基或三氯乙基。
进一步的，所述含氮芳香杂环化合物的结构式中，R1、R2、R4、R5、R6、R7、R8分别为各自独立的氢、羟基、甲基、甲氧基、乙基、乙氧基或苯基；
R3为氢、羟基、甲基、甲氧基、乙基、乙氧基、三氟甲基、三氯甲基、三氟乙基或三氯乙基。
进一步的，所述相转移催化剂为季铵盐与季磷盐中的至少一种；
其中，季铵盐的结构式为R4NX，季磷盐的结构式为R4PX；
结构式中，N表示氮原子，P表示磷原子，X表示Cl-、Br-或HSO4 -；
R为C1～C16之间的烃基，如甲基、乙基、丁基、苯基、苄基、十二烷基、十四烷基或十六烷基。
进一步的，所述非极性溶剂为甲苯、二甲苯、二氯甲烷或二氯乙烷，优选二氯甲烷或1,2-二氯乙烷。
进一步的，所述氯化试剂为三氯氧磷或二(三氯甲基)碳酸酯。
进一步的，所述有机碱为三乙胺、N,N-二甲基苯胺或四甲基乙二胺。
进一步的，所述相转移催化剂的用量为含氮芳香杂环化合物的0.05～20mol％。
进一步的，所述含氮芳香杂环化合物与氯化试剂的摩尔比为1：0.5～2.5，优选1：0.7～2.2。
进一步的，所述含氮芳香杂环化合物与有机碱的摩尔比为1：1.5～3，优选1：1.8～2.5。
进一步的，所述氯化反应的温度为30～110℃。
本发明的含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法的有益效果为：
本发明在相转移催化剂的催化下，利用非极性溶剂中含氮芳香杂环化合物与氯化试剂和有机碱进行氯化反应得到目标产物，反应收率高达98％以上，且后处理简单，大大降低了含磷废水量，反应更加环保，更适于工业化生产；
本发明利用廉价易得的相转移催化剂，更利于两相反应的进行，大大提高了反应的转化率，缩短了反应时间，大大提高了生产效率；同时，也避免了使用操作难度大的氯化试剂液氯、氯气、三氯化磷、五氯化磷、光气等物质，大大减少了反应过程的危险性。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法
在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的装置中，依次加入二氯甲烷1000mL、3,5-二羟基-4-(三氟甲基)吡啶(182.7g，纯度98％，1mol)、三氯氧磷(314.3g，2.05mol)和四苯基溴化磷(0.42g，0.001mol)，搅拌得到混合浊液，升温至30℃，缓慢滴加三乙胺(181.8g，1.8mol)，滴加完毕后保温反应1.5h，所得体系经液相分析检测3,5-二羟基-4-(三氟甲基)吡啶未反应的量<0.1％，反应结束，将反应液滴加至5wt％的氯化钠水溶液中，搅拌分液，水相用二氯甲烷萃取两次后分液，合并得到的有机相减压蒸馏得到固体的含氮芳香杂环氯代有机物215.1g、纯度为98.7％、收率为98.3％。
具体化学反应式如下：
对产品进行1HNMR和LC-MS分析，得到的数据如下：
1HNMR(400MHz，CDCl3)δppm：8.63(s，2H)；
LC-MS[M+H]+：216.9901，理论分子量：[M+H]+为216.9842。
实施例2一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法
在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的装置中，依次加入二氯乙烷1000mL、3,5-二羟基吡啶(112.8g，纯度98.5％，1mol)、二(三氯甲基)碳酸酯(207.7g，0.7mol)和四甲基氯化铵(10.9g，0.1mol)，搅拌得到混合浊液，升温至50℃，缓慢滴加N，N-二甲基苯胺(266.5g，2.2mol)，滴加完毕后保温反应2h，所得体系经液相分析检测3,5-二羟基吡啶未反应的量<0.1％，反应结束，将反应液滴加至5wt％的氯化钠水溶液中，搅拌分液，水相用二氯乙烷萃取两次后分液，合并得到的有机相减压蒸馏得到固体的含氮芳香杂环氯代有机物148.7g，纯度为98.4％，收率为98.9％。
具体化学反应式如下：
对产品进行1HNMR和LC-MS分析，得到的数据如下：
1HNMR(400MHz，CDCl3)δppm：8.89(s，2H)，8.22(s，1H)；
LC-MS[M+H]+：148.9903，理论分子量：[M+H]+为148.9860。
实施例3一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法
在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的装置中，依次加入二氯甲烷1000mL、5-羟基-2,3-二甲氧基吡啶(158.3g，纯度为98％，1mol)、二(三氯甲基)碳酸酯(296.7g，1.0mol)和四丁基氯化铵(13.8g，0.05mol)，搅拌得到混合浊液，升温至30℃，缓慢滴加三乙胺(202g，2.0mol)，滴加完毕保温反应1.5h，所得体系经液相分析检测5-羟基-2,3-二甲氧基吡啶未反应的量<0.1％，反应结束，将反应液滴加至5％的氯化钠水溶液中，搅拌分液，水相用二氯甲烷萃取两次后分液，合并得到的有机相减压蒸馏得到固体的含氮芳香杂环氯代有机物183.3g，纯度为98.9％，收率为98.4％。
具体化学反应式如下：
对产品进行1HNMR和LC-MS分析，得到的数据如下：
1HNMR(400MHz，CDCl3)δppm：8.87(s，1H)，8.50(s，1H)；
LC-MS[M+H]+：183.4301，理论分子量：[M+H]+为183.4280。
实施例4一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法
在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的装置中，依次加入甲苯1000mL、4,6-二羟基嘧啶(114.3g，纯度为98％，1mol)、三氯氧磷(383.3g，2.5mol)和四丁基氯化铵(1.38g，0.005mol)，搅拌得到混合浊液，升温至100℃，缓慢滴加N，N-二甲基苯胺(242.36g，2mol)控制温度不高于110℃，滴加完毕回流1h，所得体系经液相分析检测4,6-二羟基嘧啶未反应的量<0.1％，反应结束，将反应液滴加至5％的氯化钠水溶液中，搅拌分液，水相用甲苯萃取两次后分液，合并得到的有机相减压蒸馏得到固体的含氮芳香杂环氯代有机物148.6g，纯度为99.2％，收率为98.28％。
具体化学反应式如下：
对产品进行1HNMR和LC-MS分析，得到的数据如下：
1HNMR(400MHz，CDCl3)δppm：9.70(s，1H)，7.98(s，1H)；
LC-MS[M+H]+：149.9812，理论分子量：[M+H]+为149.9740。
实施例5一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法
在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的装置中，依次加入二氯甲烷1000ml，4,6-二甲氧基嘧啶(143.0g，纯度为98％，1mol)，三氯氧磷(314.3g，2.05mol)，苄基三乙基氯化铵(3.42g，0.015mol)，搅拌得到混合浊液，升温至30℃，缓慢滴加三乙胺(212.1g，2.1mol)，滴加完毕保温1.5h，所得体系经液相分析检测4,6-二甲氧基嘧啶未反应的量<0.1％，反应结束，将反应液滴加至5％的氯化钠水溶液中，搅拌分液，水相用二氯甲烷萃取两次后分液，合并得到的有机相减压蒸馏得到固体的含氮芳香杂环氯代有机物149.31g，纯度为98.6％，收率为98.89％。
具体化学反应式如下：
实施例6一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法
在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的装置中，依次加入二氯甲烷1000ml，4-羟基-6-甲氧基嘧啶(128.7g，纯度为98％，1mol)，三氯氧磷(337.3g，2.2mol)，四丁基溴化磷(1.70g，0.005mol)，搅拌得到混合浊液，升温至40℃，缓慢滴加三乙胺(222.2g，2.2mol)，滴加完毕保温1.5h，所得体系经液相分析检测4-羟基-6-甲氧基嘧啶未反应的量<0.1％，反应结束，将反应液滴加至5％的氯化钠水溶液中，搅拌分液，水相用二氯甲烷萃取两次后分液，合并得到的有机相减压蒸馏得到固体的含氮芳香杂环氯代有机物148.0g，纯度为99.6％，收率为99.03％。
具体化学反应式如下：
实施例7一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法
在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的装置中，依次加入1，2-二氯乙烷1000ml，4-甲基-5-羟基-6-甲氧基嘧啶(143.0g，纯度为98％，1mol)，三氯氧磷(314.3g，2.05mol)，四丁基溴化铵(6.45g，0.02mol)，搅拌得到混合浊液，升温至回流，缓慢滴加三乙胺(303.2g，3mol)，滴加完毕保温1.5h，所得体系经液相分析检测4-甲基-5-羟基-6-甲氧基嘧啶未反应的量<0.1％，反应结束，将反应液滴加至5％的氯化钠水溶液中，搅拌分液，水相用1，2-二氯乙烷萃取两次再分液，合并得到的有机相减压蒸馏得到固体的含氮芳香杂环氯代有机物162.34g，纯度为99.1％，收率为98.7％。
具体化学反应式如下：
对产品进行1HNMR和LC-MS分析，得到的数据如下：
1HNMR(400MHz，CDCl3)δppm：9.40(s，1H)，2.43(s，1H)；
LC-MS[M+H]+：164.0100，理论分子量：[M+H]+为164.0010。
实施例8一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法
在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的装置中，依次加入二氯甲烷1000ml，4,6-二羟基嘧啶(114.3g，纯度为98％，1mol)，二(三氯甲基)碳酸酯(207.7g，0.7mol)，四丁基氯化磷(0.15g，0.0005mol)，搅拌得到混合浊液，升温至30℃，缓慢滴加四甲基乙二胺(174.3g，1.5mol)，滴加完毕保温2h，所得体系经液相分析检测4,6-二羟基嘧啶未反应的量<0.1％，反应结束，将反应液滴加至5％的氯化钠水溶液中，搅拌分液，水相用二氯甲烷萃取两次再分液，合并有机相减压蒸馏得到固体的含氮芳香杂环氯代有机物147.57g，纯度为99.5％(以4,6-二羟基嘧啶计)，收率为98.63％。
具体化学反应式如下：
实施例9一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法
在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的装置中，依次加入1，2-二氯乙烷1000mL、4-苯基-6-羟基嘧啶(175.7g，纯度为98％，1mol)、二(三氯甲基)碳酸酯(222.6g，0.75mol)和四甲基氯化铵(21.92g，0.2mol)，搅拌得到混合浊液，升温至30℃，缓慢滴加三乙胺(253.0g，2.5mol)，滴加完毕保温2h，所得体系经液相分析检测4-苯基-6-羟基嘧啶未反应的量<0.1％，反应结束，将反应液滴加至5％的氯化钠水溶液中，搅拌分液，水相用1，2-二氯乙烷萃取两次再分液，合并有机相减压蒸馏得到固体的含氮芳香杂环氯代有机物191.3g，纯度为98.1％，收率98.44％。
具体化学反应式如下：
对产品进行1HNMR和LC-MS分析，得到的数据如下：
1HNMR(400MHz，CDCl3)δppm：7.50(m，1H)，7.56(m，2H)，7.83(s，1H)，7.94(d，2H)，8.78(s，1H)；
LC-MS[M+H]+：191.6401，理论分子量：[M+H]+为191.6300。
实施例10一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法
在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的装置中，依次加入二氯甲烷1000mL、2-苯基-4-羟基-5-甲氧基吡啶(205.3g，纯度为98％，1mol)、二(三氯甲基)碳酸酯(148.4g，0.5mol)和四丁基硫酸氢铵(10.2g，0.03mol)，搅拌得到混合浊液，升温至40℃，缓慢滴加N，N-二甲基苯胺(303.0g，2.5mol)，滴加完毕保温1h，所得体系经液相分析检测2-苯基-4-羟基-5-甲氧基吡啶未反应的量<0.1％，反应结束，将反应液滴加至5％的氯化钠水溶液中，搅拌分液，水相用二氯甲烷萃取两次后分液，合并得到的有机相减压蒸馏得到固体的含氮芳香杂环氯代有机物221.4g，纯度为99.3％，收率98.10％。
具体化学反应式如下：
对产品进行1HNMR和LC-MS分析，得到的数据如下：
1HNMR(400MHz，CDCl3)δppm：7.50(m，1H)，7.56(m，2H)，8.43(d，2H)，7.16(s，1H)，7.98(s，1H)，9.48(s，1H)，3.83(s，3H)；
LC-MS[M+H]+：202.2464，理论分子量：[M+H]+为202.2250。
实施例11一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法
在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的装置中，依次加入甲苯1000mL、3-羟基-4-甲氧基吡啶(127.7g，纯度为98％，1mol)、三氯氧磷(383.3g，2.5mol)和十六烷基三甲基溴化铵(10.9g，0.03mol)，搅拌得到混合浊液，升温回流，缓慢滴加四甲基乙二铵(290.5g，2.5mol)，滴加完毕保温1h，所得体系经液相分析检测3-羟基-4-甲氧基吡啶未反应的量<0.1％，反应结束，将反应液滴加至5％的氯化钠水溶液中，搅拌分液，水相用甲苯萃取两次后分液，合并得到的有机相减压蒸馏得到固体的含氮芳香杂环氯代有机物221.4g，纯度为98.5％，收率98.36％。
对产品进行1HNMR和LC-MS分析，得到的数据如下：
1HNMR(400MHz，CDCl3)δppm：7.63(d，1H)，8.44(d，1H)，8.81(s，1H)；
LC-MS[M+H]+：148.1020，理论分子量：[M+H]+为148.9860。
对比例1一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法(不加相转移催化剂)
在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的装置中，依次加入二氯甲烷1000mL、3,5-二羟基-4-(三氟甲基)吡啶(182.7g，纯度为98％，1mol)和三氯氧磷(314.3g，2.05mol)，搅拌得到混合浊液，升温至30℃，缓慢滴加三乙胺(181.8g，1.8mol)，滴加完毕保温8h，所得体系经液相分析检测3,5-二羟基-4-(三氟甲基)吡啶未反应的量为5％，且基本不再变化，反应结束，将反应液滴加至5％的氯化钠水溶液中，搅拌分液，水相用二氯甲烷萃取两次后分液，合并得到的有机相减压蒸馏得到固体的含氮芳香杂环氯代有机物199.4g，纯度为92.4％，收率85.3％。
对比例2一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法(不加相转移催化剂)
在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的装置中，依次加入二氯甲烷1000mL、4,6-二羟基嘧啶(114.3g，98％，1mol)和二(三氯甲基)碳酸酯(222.6g，0.75mol)，搅拌得到混合浊液，升温至30℃，缓慢滴加四甲基乙二胺(244.04g，2.1mol)，滴加完毕保温10h，所得体系经液相分析检测4,6-二羟基嘧啶未反应的量为12.3％，且基本不再变化，将反应液滴加至5％的氯化钠水溶液中，搅拌分液得到的有机相减压蒸馏得到固体的含氮芳香杂环氯代有机物118.4g，纯度为98.1％，收率78.0％。
通过对比对比例1～2和实施例1～11可以看出，对比例的反应过程中未加入相转移催化剂，为保证反应进行需要提高反应温度，且反应时间较长，最终获得的含氮芳香杂环氯代有机物纯度和收率却都有所较低。而实施例中采用了相转移催化剂，能够降低反应温度，缩短反应时长，同时有效提高所得含氮芳香杂环氯代有机物的收率和纯度。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法，其特征在于，所述合成方法是取含氮芳香杂环化合物加至非极性溶剂中，在相转移催化剂的催化作用下，与氯化试剂和有机碱进行氯化反应，即得所述含氮芳香杂环氯代有机物；其中，所述含氮芳香杂环化合物的结构式为：
或者/>结构式中，R1、R2、R4、R5、R6、R7、R8分别为各自独立的氢、羟基、烷基、烷氧基、芳香基；
R3为氢、羟基、烷基、烷氧基、三氟甲基、三氯甲基、三氟乙基或三氯乙基。
2.根据权利要求1所述的含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法，其特征在于，所述含氮芳香杂环化合物的结构式中，R1、R2、R4、R5、R6、R7、R8分别为各自独立的氢、羟基、甲基、甲氧基、乙基、乙氧基或苯基；
R3为氢、羟基、甲基、甲氧基、乙基、乙氧基、三氟甲基、三氯甲基、三氟乙基或三氯乙基。
3.根据权利要求1或2所述的含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法，其特征在于，所述相转移催化剂为季铵盐与季磷盐中的至少一种；
其中，季铵盐的结构式为R4NX，季磷盐的结构式为R4PX；
结构式中，N表示氮原子，P表示磷原子，X表示Cl-、Br-或HSO4 -；
R为C1～C16之间的烃基。
4.根据权利要求1或2所述的含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法，其特征在于，所述非极性溶剂为甲苯、二甲苯、二氯甲烷或二氯乙烷。
5.根据权利要求1或2所述的含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法，其特征在于，所述氯化试剂为三氯氧磷或二(三氯甲基)碳酸酯。
6.根据权利要求1或2所述的含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法，其特征在于，所述有机碱为三乙胺、N,N-二甲基苯胺或四甲基乙二胺。
7.根据权利要求1或2所述的含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法，其特征在于，所述相转移催化剂的用量为含氮芳香杂环化合物的0.05～20mol％。
8.根据权利要求1或2所述的含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法，其特征在于，所述含氮芳香杂环化合物与氯化试剂的摩尔比为1：0.5～2.5。
9.根据权利要求1或2所述的含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法，其特征在于，所述含氮芳香杂环化合物与有机碱的摩尔比为1：1.5～3。
10.根据权利要求1或2所述的含氮芳香杂环氯代有机物的催化合成方法，其特征在于，所述氯化反应的温度为30～110℃。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118146056A true CN118146056A (zh) | 2024-06-07 |
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