CN100564359C - 一种2,3-二氯-5-三氯甲基吡啶的制备方法 - Google Patents
一种2,3-二氯-5-三氯甲基吡啶的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶的制备方法技术领域。本发明所述的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶的制备方法，以价廉易得规模商品化的2-氯-5-氯甲基吡啶为原料，在催化剂和氯气等的存在下，反应温度为100～250℃，氯化合成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。本发明所用的原料催化剂在国内外及世界上均已大规模商品化且价格低廉。本发明方法制备过程简单、一步反应可直接合成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，产率高，极适用于大规模商品化生产。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成领域，具体地涉及2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶的制备方法技术领域。
背景技术
2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶是一种非常有应用价值的杂环中间体，已广泛应用于农药、医药和精细化工领域。
US4508907、US4555575、GC1599123等专利文献中述及到以下合成方法：以2-氨基-5-甲基吡啶为原料，经过溴代、氯代等步骤，合成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，其不足之处在于：原料成本高，反应后处理分离异构体困难。
US4469896中公开了以下方法：以全卤代醛与不饱和腈为原料，合成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，其不足之处在于：原料全卤代醛合成和分离提纯存在一定困难。
US4331811、US4636565等文献中公开了以下方法：以2-氯-5-三氯甲基吡啶为原料，在催化剂和氯气的存在下，氯化合成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，其不足之处在于：应用该方法制备时，需首先合成原料2-氯-5-三氯甲基吡啶，此原料制备不易。一般均以2-氯-5-氯甲基吡啶为原料在紫外光或引发剂催化下生成2-氯-5-三氯甲基吡啶，目前国内外均无大量商品化。
综上所述，根据上述所列方法，具有下列缺点：生产成本过高、催化剂昂贵以及原料不易取得，使得工业化实现存在许多困难。
发明内容
本发明的目的在于获得一种2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶的制备方法，该方法以工业上易购得的原料进行反应，工艺简单、后处理易行、产率高，极适用于工业化。
本发明的再一目的在于获得钼金属催化剂的用途。
在本发明的第一方面，提供了一种1.一种2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶的制备方法，其包括如下步骤：
(a)提供2-氯-5-氯甲基吡啶，
(b)在催化剂存在下，步骤(a)的所述2-氯-5-氯甲基吡啶在100～250℃与氯化试剂进行氯化反应，得到所述2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。
在本发明的一个具体实施方式中，所述的催化剂为钼金属氧化物、钼金属氯化物、钼金属氯氧化物、钨金属氯化物或其组合。
在本发明的一个具体实施方式中，所述氯化试剂为氯气。
在本发明的一个具体实施方式中，所述的催化剂选自MoO2、MoO3、MoCl5、MoCl2O2、WCl6或其组合。
在本发明的一个具体实施方式中，所述的催化剂选自MoO2、MoO3、MoCl5、WCl6或其组合。
优选地，所述的钼金属氧化物为MoO2、MoO3或其组合。
在本发明的一个具体实施方式中，所述的催化剂的用量为0.1～10重量％，以2-氯-5-氯甲基吡啶的总重量计算。
在本发明的一个具体实施方式中，所述的催化剂的用量为2～5重量％，以2-氯-5-氯甲基吡啶的总重量计算。
在本发明的一个具体实施方式中，所述的氯化反应的反应温度为150～200℃。
在本发明的一个具体实施方式中，上述方法还包括如下步骤：
(c)将步骤(b)得到的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶进行分离，得到精制的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，和其余氯化未完全的副产物；
所述其余氯化未完全的副产物继续进行氯化反应制备2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，直到达到所需转化率。
本发明再一方面提供一种钼金属催化剂的用途，其用于催化2-氯-5-氯甲基吡啶的氯化反应，制备2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。
在本发明的一个具体实施方式中，所述的钼金属催化剂为钼金属氧化物、钼金属氯化物、钼金属氯氧化物、钨金属氯化物或其组合。
在本发明的一个具体实施方式中，所述的催化剂选自MoO2、MoO3、MoCl5、MoCl2O2、WCl6或其组合。
在本发明的一个具体实施方式中，所述的催化剂选自MoO2、MoO3、MoCl5、WCl6或其组合。
优选地，所述的钼金属氧化物为MoO2、MoO3或其组合。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进制备工艺，使用了一种价格便宜，国内外均有大规模商品化的2-氯-5-氯甲基吡啶为原料，在催化剂及氯气条件下，可一步反应，而直接生成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，取代了现有技术的两步反应法。本方法以工业上易购得的原料进行反应，工艺简单、后处理易行、产率高极适用于工业化。在此基础上完成了本发明。
以下对本发明与现有技术的不同进行进一步的说明。
在现有技术中，通常采用以下的两步反应合成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶：
步骤一：在紫外光的作用下合成2-氯-5-三氯甲基吡啶；
步骤二：在路易斯酸的作用下合成产品2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。
说明：
步骤一：紫外光用于引发自由基反应，在氯气作用下将氯甲基转化为三氯甲基，最终合成2-氯-5-三氯甲基吡啶。
步骤二：路易斯酸作用于吡啶环上，在氯气作用下将吡啶环上的H转化为氯。
本发明人曾经尝试过将上述两步反应进行合并，从而提高效率并节约成本，发现以下问题：
在紫外光，以2-氯-5-氯甲基吡啶为原料，在路易斯酸作用下合成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。但是反应过程中容易生成如2，4-二氯-5-三氯甲基吡啶、2，6-二氯-5-三氯甲基吡啶、2，3，4-三氯-5-三氯甲基吡啶、2，3，6-三氯-5-三氯甲基吡啶等副产物，这些副产物无法进行循环反应继续得到本发明的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，从而影响收率。反应不可行。
发明人研究发现，在两步反应中，由于氯甲基与三氯甲基的定位效应不同，氯甲基定位于吡啶环的4位与6位，三氯甲基定位于吡啶环的3位，先用紫外光在氯气作用下将氯甲基转化为三氯甲基，再用路易斯酸在氯气作用，定位效应好，基本没有副产物，反应生成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。而在一步反应中在氯甲基的定位效应下，定位效应差，从而产生上述问题。
基于上述发现，发明人采用了以下反应路线：以2-氯-5-氯甲基吡啶为原料，在催化剂及氯气条件下，一步反应，而直接生成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，从而取代了现有技术的两步反应法。
如无特别注明，本发明所提供的化合物可以通过市售原料和传统化学转化方式合成。例如，本发明的2-氯-5-三氯甲基吡啶可以通过市售原料和传统化学转化方式合成。
催化剂
本发明的钼金属催化剂优选钼金属氧化物、钼金属氯化物、钼金属氯氧化物、钨金属氯化物或其组合。
本发明的催化剂可以直接采用所述钼金属氧化物、钼金属氯化物、钼金属氯氧化物、钨金属氯化物或其组合，也可以将所述钼金属氧化物、钼金属氯化物、钼金属氯氧化物、钨金属氯化物或其组合作为活性成分负载到惰性载体上。
本发明的钼金属氧化物的价态不受限制，可以是MoO2、MoO3、MoO、Mo2O5或其组合。优选地，所述的钼金属氧化物为MoO2、MoO3或其组合。
本发明的钼金属氯化物的价态不受限制。优选地，所述钼金属氯化物为MoCl5。
本发明的钼金属氯氧化物的价态不受限制。优选地，所述钼金属氯化物为MoCl2O2。
本发明的钨金属氯化物的价态不受限制。优选地，所述钨金属氯化物为WCl6。
所述惰性载体没有特别限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可，例如可以是：石墨、氧化铝、各种白土或分子筛或其组合。
所述的负载催化剂可以采用负载法制备，也可以采用直接法在合成惰性载体的同时制备含有活性组分的材料。
在一个优选例中，负载法分以下几步完成：先制备惰性载体，然后用含活性组分前体(也即钼金属氧化物、钼金属氯化物、钼金属氯氧化物、钨金属氯化物或其组合)的溶液或浆液浸渍该惰性载体，蒸发掉部分水分后得含活性组分的惰性载体。
本发明的催化剂的用量没有特别限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可，具体地例如为0.1～10重量％，优选地2～5重量％，以2-氯-5-氯甲基吡啶的总重量计算。
氯化反应
本发明的氯化试剂没有特别限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。例如，所述氯化试剂为氯气。
所述氯化试剂用量没有特别限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。例如，在反应过程中向原料通入氯气直至饱和。
本发明的所述的氯化反应的反应温度为100～250℃的温度范围，优选地反应温度为150～200℃。
反应温度过低影响反应速度，当温度低于100℃，原料不能完全液化，该反应很难正常行进，而反应温度高于250℃后，氯化取代的副产物和高沸点杂质明显增加，影响该反应的选择性，引起二次取代，并增加高沸点物的生成量，降低产品收率，反应温度优选为100℃～250℃，其中更优选150℃～200℃。
反应时间根据具体反应物、催化剂和反应温度而定，一般为10-80小时左右，优选的是10-20小时。
为防止过度反应，而引起二次取代，可以采用常规方法(如气相色谱等)对反应的完成程度进行跟踪监测。
目标产物可以采用元素分析、沸点测定或气相质谱等方法来检测证明。
循环使用
本发明的未完全反应的部分可以回收进行循环反应，直到达到所需产率为止。
具体地，本发明的氯化反应还包括如下步骤：
(c)将步骤(b)得到的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶进行分离，得到精制的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，和其余氯化未完全的副产物；
所述其余氯化完全的副产物继续进行氯化反应，直到达到所需转化率。
由于本发明采用的反应条件使得步骤(b)得到的副产物避免了过度氯化，因此其可以容易地继续氯化反应而得到2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。
转化率可以采用常规方法(如气相色谱等)对反应的完成程度进行跟踪监测。
本发明所提供的化合物可以通过市售原料和传统化学转化方式合成。
上述合成方法只是本发明部分化合物的合成路线，根据上述例子，本领域技术人员可以通过调整不同的方法来合成本发明的其他化合物，或者，本领域技术人员根据现有公知技术可以合成本发明的化合物。合成的化合物可以进一步通过柱色谱法、高效液相色谱法或结晶等方式进一步纯化。
具体地例如，以上反应完成后采用常规的后处理方法(萃取、抽滤、洗涤、干燥、脱溶等)。
合成化学改造、保护官能团方法学(保护或去保护)对合成应用化合物是很有帮助的，并且是现有技术中公知的技术，如R.Larock，ComprehensiveOrganic Transformations，VCH Publishers(1989)；T.W.Greene和P.G.M.Wuts，Protective Groups in Organic Synthesis，第三版，John Wiley andSons(1999)；L.Fieser and M.Fieser，Fieser and Fieser’s Reagentsfor Organic Synthesis，John Wiley and Sons(1994)；以及L.Paquette，等，Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis，John Wiley andSons(1995)中都有公开。
本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
有益效果
(1)本发明所用的原辅料在国内及世界上均已大规模商品化且价格低廉，反应过程中不需要任何有机溶剂，可减少后处理过程，且几乎无副反应，生产能力大，反应条件温和，成本低，易工业化生产等优点，用本发明制备方法得到的产品的纯度可达到99.5％以上，产率通常达到70-90％。
(2)本发明的制备方法以工业上易购得的价格低廉、大量商品化的原料进行反应，本方法的原辅料廉价易得、工艺简单、一步反应直接制得目标产物、后处理易行、条件温和、对环境污染小，能以较高收率制得2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，同时易工业化。
(3)在本发明的一个优选实施方式中，采用了新的催化剂，也即钼氧化物催化剂。其不易吸湿水解，降低了对反应容器的腐蚀程度，反应条件更加温和，达到了较高产率且降低了成本，减少了环境污染。
以下结合具体实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，例如是《贝尔斯坦有机化学手册》(化学工业出版社，1996年)中的条件，或按照制造厂商所建议的条件。比例和百分比基于重量，除非特别说明。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
实施例1
在装有温度计、冷凝管和机械搅拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，25g(5％wt)MoO2，搅拌均匀，在T内＝175℃，向上述溶液中通入Cl2，29小时反应完毕。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品经洗涤、调PH＝8-9、分层、干燥、蒸馏，得到产品651g，产率79.7％。
实施例2：
在装有温度计、冷凝管和机械搅拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，0.5g(0.1％wt)MoO2，搅拌均匀，在T内＝100℃，向上述溶液中通入Cl2，80小时反应完毕。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品洗涤、经PH＝8-9、分层、干燥、蒸馏，得到产品93.2g，产率11.4％。
本发明的氯化未完全的产物可以回收进行循环反应，直到达到所需产率为止。
实施例3：
在装有温度计、冷凝管和机械搅拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，25g(5％wt)MoO3，搅拌均匀，在T内＝175℃，向上述溶液中通入Cl2，33小时反应完毕。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品经洗涤、调PH＝8-9、分层、干燥、蒸馏，得到产品638.6g，产率78.5％。
实施例4
在装有温度计、冷凝管和机械搅拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，2.5g(0.5％wt)MoCl5，搅拌均匀，在T内＝250℃，向上述溶液中通入Cl2，72小时反应完毕。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品经洗涤、调PH＝8-9、分层、干燥、蒸馏，得到产品489.6g，产率59.7％。
实施例5：
在装有温度计、冷凝管和机械搅拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，25g(5％wt)MoCl5，搅拌均匀，在T内＝175℃，向上述溶液中通入Cl2，35小时反应完毕。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品经洗涤、调PH＝8-9、分层、干燥、蒸馏，得到产品683.6g，产率83.6％。
实施例6
在装有温度计、冷凝管和机械搅拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，25g(5％wt)MoCl2O2，搅拌均匀，在T内＝200℃，向上述溶液中通入Cl2，31小时反应完毕。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品经洗涤、调PH＝8-9、分层、干燥、蒸馏，得到产品614.1g，产率75.1％。
实施例7：
在装有温度计、冷凝管和机械搅拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，25g(5％wt)WCl6，搅拌均匀，在T内＝175℃～185℃，向上述溶液中通入Cl2，12小时反应完毕。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品经调PH＝8-9，洗涤，分层，干燥，蒸馏，得到产品721g，产率87.9％，其沸点b.p.为104℃(2mmHg)。
实施例8：
在装有温度计、冷凝管和机械搅拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，10g(2％wt)WCl6，搅拌均匀，在T内＝150℃，向溶液中通入Cl2，45小时反应完毕。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品经洗涤、调PH＝8-9、分层、干燥、蒸馏，得到产品471.6g，产率57.8％。
实施例9：
在装有温度计、冷凝管和机械搅拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，25g(5％wt)WCl6，搅拌均匀，在T内＝175℃，向上述溶液中通入Cl2，50小时反应完毕。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品经洗涤、PH＝8-9、分层、干燥、蒸馏，得到产品453.2g，产率55.1％。
本发明的氯化未完全的产物可以回收进行循环氯化反应，直到达到所需产率为止。
实施例10：
在装有温度计、冷凝管和机械搅拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，15g(3％wt)WCl6，搅拌均匀，在T内＝100℃，向上述溶液中通入Cl2，48小时反应完毕。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品经洗涤、PH＝8-9、分层、干燥、蒸馏，得到产品412.6g，产率50.4％。
本发明的氯化未完全的产物可以回收进行循环氯化反应，直到达到所需产率为止。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)提供2-氯-5-氯甲基吡啶，
(b)在催化剂存在下，步骤(a)的所述2-氯-5-氯甲基吡啶在100～250℃与氯化试剂进行氯化反应，得到所述2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶；
所述的催化剂为钼金属氧化物、钼金属氯化物、钼金属氯氧化物、钨金属氯化物或其组合；
和所述氯化试剂为氯气。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的催化剂选自MoO2、MoO3、MoCl5、MoCl2O2、WCl6或其组合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的催化剂选自MoO2、MoO3、MoCl5、WCl6或其组合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的催化剂的用量为0.1～10重量％，以2-氯-5-氯甲基吡啶的总重量计算。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的催化剂的用量为2～5重量％，以2-氯-5-氯甲基吡啶的总重量计算。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氯化反应的反应温度为150～200℃。
7.如权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
(c)将步骤(b)得到的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶进行分离，得到精制的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，和其余氯化未完全的副产物；
所述其余氯化未完全的副产物继续进行氯化反应制备2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，直到达到所需转化率。
8.一种钼金属催化剂的用途，其特征在于，用于催化2-氯-5-氯甲基吡啶的氯化反应，制备2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶；
所述的钼金属催化剂为钼金属氧化物、钼金属氯化物、钼金属氯氧化物、钨金属氯化物或其组合。
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| 2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的合成方法评述. 袁其亮等.现代农药，第5卷第2期. 2006 |
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| 合成2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的研究进展. 赵文魁等.化学试剂，第26卷第6期. 2004 * |
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