专利名称：一种合成2－氯－5－三氟甲基吡啶的方法
技术领域：
本发明涉及合氟、杂环有机中间体的制备，特别提供了一种合成2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法。
2-氯-5-三氟甲基吡啶是一种含氟、杂环关键有机中间体，在农药、医药等精细化工领域有着广泛的用途。US 4241213，US 4497955，US 2590279，US 5198547，EP 0557967A1，等专利文献都述及到2-氯-5-三氯甲基吡啶、2-氯-5-三氟甲基吡啶的合成方法，但这些方法都是以吡啶为原料，通过氯化、氟化步骤，合成2-氯-5-三氟甲基吡啶；由于产品的收率低、反应选择性差、反应中间体易聚合和结焦，副产物较多等，使得工业实现存在有许多困难。
本发明的目的是提供一种制备2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法，其具有高选择性、高收率。
本发明的具体内容如下1.2-氯-5-甲基吡啶的氯化反应以2-氯-5-甲基吡啶为原料，在有机溶剂和氯气等存在条件下，通过光照或引发剂引发，一步直接氯化合成2-氯-5-三氯甲基吡啶。所用有机溶剂可以是氯苯、二氯苯、三氯苯、硝基苯等芳香族化合物，也可以是二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氯化碳等脂肪族卤代烃，最好是二氯苯、三氯苯等芳香族氯化物。溶剂是原料2-氯-5-甲基吡啶的0.1-10.0倍重量，最好在1.0～5.0倍的范围内。
氯化反应所用的引发剂可以是过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈或α，α二羟基过氧化二乙酰基三氯乙醛等有机化合物引发剂，也可是过硫酸氨等无机化合物引发剂，最好是采用有机引发剂；引发剂的加入量是原料2-氯-5-甲基吡啶的0.01～0.5倍(wt.)，最好在0.02～0.08倍(wt.)之间；引发剂的加料方式可根据反应时间长短分批均匀加入，以保证反应体系在反应过程中有引发剂的存在。除了使用引发剂引发反应外，也可以用光辐射来引发反应，所用光源波长可在190～700nm范围内，最好在270～480nm之间；波长大于480nm时，光化离解反应困难，引发反应的效率低，而波长小于300nm的紫外光又不能透过普通玻璃照射到反应物上。
氯化反应的温度可以在80℃～200℃内；温度低于80℃时，反应速度慢，反应不完全；反应温度高于200℃后，在吡啶环上氯化取代的副产物含量增多，主产物选择性低，最好的温度范围在120℃～140℃。在引发剂作用下，反应8-12小时即可得到含2-氯-5-三氯甲基吡啶的混合物。
氯化后反应混合物通过减压蒸馏的方法，提纯2-氯-5-三氯甲基吡啶；减压蒸馏的目的是除去反应体系中的有机溶剂和其他杂质；减压蒸馏的真空度，要求能够以一定速度蒸馏出溶剂，但蒸馏釜温不超过180℃为宜；温度过高容易引起产物结焦。
2.2-氯-5-三氯甲基吡啶的氟化反应以氯化纯化后中间物产品2-氯-5-三氯甲基吡啶为原料，一步氟化合成2-氯-5-三氟甲基吡啶。氟化试剂可以用无水HF，也可以用SbF3、KF、NaF等氟化试剂；考虑氟化效率和经济因素，使用无水HF更好，在该反应中，HF既是氟化试剂，又是容剂；HF的加入量可以是2-氯-5-三氯甲基吡啶的5.0～50.0倍(mol.)左右，最好是10-20倍。氟化反应温度可以在100℃-250℃之间，但最好是在150℃～200℃之间。反应温度低于150℃时，反应速度慢、氟化反应不彻底；反应温度高于200℃后，环上氯容易被氟化取代，生成副产物2-氟-5-三氟甲基吡啶。为提高氟化效率，反应最好在加压下进行；反应三力范围可以是1.0-15.0MPa之间，从反应本身特性和工业设备成本考虑，反应压力最好在4.0～10.0MPa范围。
本发明是以2-氯-5-甲基吡啶(CMP)为原料，通过氯化、氟化两步反应，高选择性合成高纯度的2-氯-5-三氟甲基吡啶。氯化过程是在有机溶剂存在下进行的，通过减压蒸馏除去溶剂的方法，合成高纯度的2-氯-5-三氯甲基吡啶；然后以2-氯-5-三氯甲基吡啶为原料，一步氟化合成2-氯-5-三氟甲基吡啶。本发明的原料转化率高，反应选择性好，中间体聚合和结焦少，容易分离，产品纯度高。
实施例1.
在1L的反应瓶中加入2-氯-5-甲基吡啶164.0g(1.29mol)，1，2-二氯苯618.0g，通入氮气、搅拌加热至60℃，停止通氮气并切换通入氯气，加入偶氮二异丁腈1.0g，继续搅拌加热至140℃，在恒温、通氯气鼓泡反应。在反应过程中，每隔1.5小时补加一次偶氮二异丁腈1.0克。反应进行到8小时以后开始进行取样分析，当反应12小时后，反应液中2-氯-5-三氯甲基吡啶的含量＞96.0％，停止加热，关闭氯气进样阀，结束反应。然后将反应体系降温至120℃，减压蒸馏除去溶剂1，2-二氯苯，将倒出的反应釜液在0℃下冷却2小时后，抽滤、烘干；得到固体2-氯-5-三氯甲基吡啶218.0g，纯度97.78％(GC)；抽滤残液重109.3g，2-氯-5-三氯甲基吡啶含量为45.58％。计算得到2-氯-5-三氯甲基合成反应的结果为转化率99.33％选择性90.39％收率89.79％实施例2.
将实施例1.冲的溶剂1，2-二氯苯改用1，2，4-三氯苯，反应时间为11小时，其它操作条件(包括后处理步骤)与实施例1.相同。结果得到固体2-氯-5-三氯甲基吡啶213.2g，纯度95.5％(GC)；抽滤残液重106.4g，2-氯-5-三氯甲基吡啶含量为45.58％。计算得到2-氯-5-三氯甲基合成反应的结果为转化率98.78％选择性87.20％收率86.13％实施例3.
将实施例1.中的引发剂偶氮二异丁腈去掉，改用汞灯(发出光的波长范围为300～500nm)发光辐射引发反应，反应时间为12小时，其它操作条件(包括后处理步骤)与实施例1.相同。结果得到固体2-氯-5-三氯甲基吡啶189.5g，纯度93.5％(GC)；抽滤残液重116.4g，2-氯-5-三氯甲基吡啶含量为40.56％。计算得到2-氯-5-三氯甲基合成反应的结果为转化率97.65％选择性77.46％收率75.64％实施例4.
将实施例1.中的温度改为120℃，反应时间为11小时，其它操作条件(包括后处理步骤)与实施例1.相同。结果得到固体2-氯-5-三氯甲基吡啶168.2g，纯度94.40％(GC)。抽滤残液重121.0g，分析2-氯-5-三氯甲基吡啶含量52.7％。计算得到2-氯-5-三氯甲基合成反应的结果为转化率98.86％选择性76.74％收率75.87％实施例5.
在200毫升高压釜中，加入2-氯-5-三氯甲基吡啶20.0g(0.087mol)，上好釜盖，充氮气10.0MPa保持压力5小时，对反应釜试漏；确认反应釜不漏气后，放空釜内压力；然后将反应釜置于冰盐浴中进行冷却；当釜内温度降至-5.0℃以下时，向反应釜内充无水氟化氢50.0g(～2.5mol.)，在搅拌条件下，将反应体系加热至195℃，在该温度下反应10小时。
反应完毕后，降温至30℃，向反应釜内通氮气置换半小时(置换出的气体通入氢氧化钠水溶液中进行中和吸收)，将反应液压入100ml的冰水中，用20％的氢氧化钠溶液中和至pH＝10左右。然后，反应混合液用100ml乙醚分三次萃取，合并萃取液，用去离子水洗至中性；向萃取液中加入10克无水硫酸钠干燥6小时，过滤掉其中的固体物，再进行常压蒸馏，以除去其中的乙醚，得到的液体在减压蒸馏条件下，收集沸点在80.0～81.0℃(70.0mmHg)的馏分，得到2-氯-5-三氟甲基吡啶产品11.5g，分析测得产品中2-氯-5-三氟甲基吡啶的含量为99.60％(GC)。将减压蒸馏前馏分和釜底残液合并，称重为3.4g，其中2-氯-5-三氟甲基吡啶的含量为84.9％。计算得到2-氯-5-三氟甲基吡啶合成反应的结果为转化率98.8％选择性91.9％收率91.2％实施例6.
将实施例4.中的温度换为180℃，其它操作条件包括后处理步骤与实施例4.相同。得到2-氯-5-三氟甲基吡啶10.8g，纯度98.9％(GC)。将减压蒸馏前馏分和釜底残液合并，称重为4.2g，其中2-氯-5-三氟甲基吡啶的含量为60.3％。计算得到2-氯-5-三氟甲基吡啶合成反应的结果为转化率98.8％选择性86.5％收率85.5％
权利要求
1.一种合成2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法，其特征在于该方法包括下述步骤(1)2-氯-5-三氯甲基吡啶的合成以2-氯-5-甲基吡啶为原料，在有机溶剂和氯气存在条件下，通过光照或引发剂引发，一步直接氯化合成2-氯-5-三氯甲基吡啶；所用有机溶剂为氯苯、二氯苯、三氯苯、硝基苯的芳香族化合物，或者是二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氯化碳的脂肪族氯代烃，溶剂的加入量是原料2-氯-5-甲基吡啶的0.1-10.0倍重量；氯化反应的温度在80℃～200℃内；氯化后反应混合物通过减压蒸馏的方法提纯2-氯-5-三氯甲基吡啶；(2)2-氯-5-三氟甲基吡啶的合成以氯化纯化后中间物产品2-氯-5-三氯甲基吡啶为原料，一步氟化合成2-氯-5-三氟甲基吡啶；氟化试剂为无水HF、SbF3、KF、NaF，加入量为2-氯-5-三氯甲基吡啶的5.0～50.0倍摩尔；氟化反应温度在100℃～250℃之间；反应压力范围在1.0-15.0MPa之间。
2.按权利要求1所述合成2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法，其特征在于氯化反应所用的引发剂是过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈或α，α二羟基过氧化二乙酰基三氯乙醛的有机化合物引发剂，或者是过硫酸氨的无机化合物引发剂，引发剂的加入量是原料2-氯-5-甲基吡啶的0.01～0.5倍重量。
3.按权利要求2所述合成2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法，其特征在于氯化反应所用的引发剂为有机化合物，加入量是原料2-氯-5-甲基吡啶的0.02～0.08倍反应所用的引发剂是过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈或α，α二羟基过氧化二乙酰基三氯乙醛的有机化合物引发剂，引发剂的加入量是原料2-氯-5-甲基吡啶的0.02～0.08倍重量。
4.按权利要求1所述合成2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法，其特征在于用光辐射来引发反应时，所用光源波长在190～700nm范围内。
5.按权利要求4所述合成2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法，其特征在于所用光源波长在270～480nm之间。
6.按权利要求1所述合成2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法，其特征在于所用有机溶剂为二氯苯、三氯苯等芳香族氯化物，溶剂的加入量是原料2-氯-5-甲基吡啶的1.0～5.0倍重量。
7.按权利要求1所述合成2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法，其特征在于氯化试剂为无水HF，HF的加入量是2-氯-5-三氯甲基吡啶的10-20倍摩尔。
8.按权利要求1所述合成2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法，其特征在于氯化反应的温度在120℃～140℃之间；氟化反应温度在150℃～200℃之间，反应压力在4.0～10.0Mpa之间。
9.按权利要求1所述合成2-氯-5-三氟甲基吡啶的方法，其特征在于减压蒸馏温度不超过180℃。
全文摘要
一种合成2－氯－5－三氟甲基吡啶的方法,其特征在于以2－氯－5－甲基吡啶为原料,在有机溶剂和氯气存在条件下,通过光照或引发剂引发,一步直接氯化合成2－氯－5－三氯甲基吡啶;再以氯化纯化后中间物产品2－氯－5－三氯甲基吡啶为原料,一步氟化合成2－氯－5－三氟甲基吡啶。本发明具有高选择性、高收率。
文档编号C07D213/61GK1342648SQ0012298
公开日2002年4月3日 申请日期2000年9月13日 优先权日2000年9月13日
发明者张伟, 徐杰 申请人:中国科学院大连化学物理研究所