一种高选择性地制备2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的方法与流程

文档序号:17918117发布日期:2019-06-14 23:55

本发明涉及一种氯代三氟甲基吡啶的制备方法,尤其是涉及一种2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法。



背景技术:

含氟、杂环、手性是现代农药和医药领域新药的三大特征。近年来,含氟吡啶类新型农药,如啶虫隆、啶蜱脲、盖草能和氟啶胺等,具有广谱内吸、高效低毒、污染小等优点,已成为高效杀虫剂、除草剂和杀菌剂的骨干品种。2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶(2,3,5-DCTF)是生产这些新型农药的关键中间体,已成为业内人士关注的热点。

对于2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的合成,现有技术中有以下公开:

(1)欧洲专利EP0078410报道了以流化床为反应器、2-氯-5-三氟甲基吡啶和氯气在FeCl3/AC催化剂作用下、于250℃发生氯化反应生成2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的方法。此方法的收率能够达到74%,但气相氯化反应有多种异构体生成,以致产物分离困难;

(2)美国专利US4420618报道了常压液相氯化工艺制备2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的方法,在金属氯化物催化剂作用下,2-氯-5-三氟甲基吡啶与氯气反应生成2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶。此方法的收率为16~75%,催化剂用量非常大,需要达到原料质量的40~200%,且反应过程中需要不断通入氯气,氯气利用效率低,导致生产成本高。

公开的现有技术中,气相氯化法存在2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶选择性差、副产异构体多、分离困难的缺点,液相氯化法存在催化剂用量大、氯气利用率低的缺点。因此,有必要对2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的制备方法做进一步改进。



技术实现要素:

本发明针对现有技术的不足,提供一种加压液相氯化制备2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的方法,具有目标产物选择性高、氯气利用率高、工艺条件温和、操作简单和三废量少的特点。

本发明所述的原料和产物的名称及缩写如下:

2,5-CTF:2-氯-5-三氟甲基吡啶(2-chloro-5-trifluoromethylpyridine);

3,5-CTF:3-氯-5-三氟甲基吡啶(3-chloro-5-trifluoromethylpyridine);

2,3,5-DCTF:2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶(2,3-dichloro-5-trifluoromethylpyridine);

2,6,3-DCTF:2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶(2,6-dichloro-3-trifluoromethylpyridine);

2,3,6,5-TCTF:2,3,6-三氯-5-三氟甲基吡啶(2,3,6-trichloro-5-trifluoromethylpyridine)。

本发明提供的制备方法,其化学反应式如下:

本发明提供如下技术方案:

一种制备2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的方法,所述方法包括:

在100~150℃温度和0.5~5.0MPa压力下,在催化剂作用下,2-氯-5-三氟甲基吡啶和氯气反应得到2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶;

所述催化剂选自负载型金属氯化物、负载型沸石分子筛和负载型杂多酸中的至少一种,

所述负载型金属氯化物,其活性组分选自WCl6、MoCl5、FeCl3、AlCl3、CuCl2、ZnCl2、SnCl4、和SbCl5中的至少一种,且活性组分的负载量为1~50wt%,

所述负载型沸石分子筛,其沸石分子筛选自ZSM-5、Beta、X、Y、5A和L型沸石分子筛中的至少一种,且沸石分子筛的负载量为1~50wt%,

所述负载型杂多酸,其杂多酸选自磷钨酸、硅钨酸、磷钼酸和硅钼酸中的至少一种,且杂多酸的负载量为1~50wt%。

本发明提供的制备2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的方法,以2-氯-5-三氟甲基吡啶和氯气为原料,在催化剂作用下,经反应得到2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶。使用的催化剂通过将金属氯化物、沸石分子筛或杂多酸负载在载体,来提供活性组分的分散度,从而使其适合用于以2-氯-5-三氟甲基吡啶和氯气为原料制备2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的反应,并且能够显著提高目标化合物2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的选择性。

本发明使用的催化剂选自负载型金属氯化物、沸石分子筛和杂多酸中的至少一种。

当所述催化剂为负载型金属氯化物,其活性组分自WCl6、MoCl5、FeCl3、AlCl3、CuCl2、ZnCl2、SnCl4、和SbCl5中的至少一种。

优选的是,所述活性组分选自WCl6、MoCl5、ZnCl2、FeCl3中的至少一种。

所述负载型金属氯化物中,活性组分的负载量优选为1~50wt%。

进一步优选的是,所述活性组分的负载量为5~20wt%。

当所述催化剂为负载型沸石分子筛时,沸石分子筛选自ZSM-5、Beta、X、Y、5A和L型沸石分子筛中的至少一种。

优选的是,所述沸石分子筛选自ZSM-5、Beta、L中的至少一种。

所述沸石分子筛,其Si/Al比满足使反应顺利进行即可。优选的是,所述沸石分子筛的Si/Al比为200以下,且平衡阳离子选自H+、碱金属离子、碱土金属离子、过渡金属离子和稀土金属离子中的至少一种。

所述负载型沸石分子筛,沸石分子筛的负载量优选为1~50wt%。

进一步优选的是,所述沸石分子筛的负载量为5~20wt%。

当所述催化剂为负载型杂多酸时,杂多酸选自磷钨酸、硅钨酸、磷钼酸和硅钼酸中的至少一种。

所述负载型杂多酸中,杂多酸的负载量优选为1~50wt%。

进一步优选的是,所述杂多酸的负载量为5~20wt%。

本发明所述催化剂使用的载体,优选为选自二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆、活性炭、碳化硅和介孔分子筛中的至少一种。

本发明提供的制备2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的方法,催化剂的用量满足使反应顺利进行即可。

优选的是,所述催化剂的用量为2-氯-5-三氟甲基吡啶质量的0.1~30wt%。

进一步优选的是,所述催化剂的用量为2-氯-5-三氟甲基吡啶质量的5~20wt%。

本发明提供的制备2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的方法,原料氯气与2-氯-5-三氟甲基吡啶的配比满足使反应顺利进行即可。

优选的是,所述氯气与2-氯-5-三氟甲基吡啶的摩尔配比为0.5~10:1。

进一步优选的是,所述氯气与2-氯-5-三氟甲基吡啶的摩尔配比为1~3:1。

本发明提供的制备2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的方法,反应压力需满足使反应顺利进行。

优选的是,所述反应压力为0.5~5.0MPa。

进一步优选的是,所述反应压力为1.0~2.0MPa。

本发明提供的制备2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的方法,反应温度满足使反应顺利进行即可。

优选的是,所述反应温度为100~150℃。

本发明提供的制备2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的方法,优选在高压反应釜中进行反应。所述高压反应釜,其材质优选为选自316L、蒙耐尔合金、英康合金或者哈氏合金。

本发明提供的制备2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的方法,在反应结束后,可以先加入碱液,再经分离后得到2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶。

所述碱液可以是有机碱和/或无机碱。所述有机碱,优选为选自二甲胺、二乙胺、三乙胺、二丙胺和三丙胺中的至少一种。所述无机碱,优选为选自NaOH、Na2CO3、NaHCO3、KOH、K2CO3、KHCO3和氨水中的至少一种。

本发明制备的2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶可以用GC-MS进行定性分析,用气相色谱内标法进行定量分析。

本发明所述的2-氯-5-三氟甲基吡啶的转化率和产物的2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶选择性及和收率的计算公式如下:

(1)2,5-CTF转化率:X2,5-CTF=反应中消耗的2,5-CTF摩尔数/加入到反应器中的2,5-CTF摩尔数×100%;

(2)产物i选择性:Si=产物i的摩尔数/反应中消耗的2,5-CTF摩尔数×100%;

(3)产物i收率:Yi=X2,5-CTF×Si=产物i的摩尔数/加入到反应器中的2,5-CTF摩尔数×100%,

其中i代表2,3,5-DCTF、2,6,3-DCTF和2,3,6,5-TCTF等产物。

本发明提供的制备2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的方法,相比现有技术具有如下优势:

(1)目标产物2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的选择性和收率高,能够达到90%以上;

(2)催化剂用量少,且与反应物易分离,能够实现催化剂的回收利用;

(3)无需使用有机溶剂,成本低,且氯气使用效率高。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明,但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到,本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

实施例1

将2-氯-5-三氟甲基吡啶(90.8g,0.5mol)和15%WCl6/AC(活性炭负载的WCl6,载量为15wt%,12g)加入到250mL高压反应釜(Inconel合金)中,装好釜盖后,充入2MPa氮气保压2h,对反应釜进行试漏,确认反应物不漏气后,将其放入冰乙醇浴中进行冷却,当反应釜冷却至0℃以后,从反应釜气相管中向反应釜内充入约37.5g氯气(0.5mol),然后将反应釜放入带磁力搅拌的加热套中,在搅拌条件下将反应体系加热至150℃,此时反应体系压力约为2.0MPa,在该温度下连续反应20小时。反应结束后,待反应体系温度降至室温时,从液相管中向反应釜通氮气置换30min(置换出来的尾气通入到碱洗瓶中进行吸收、中和),打开反应釜,通过过滤的方式将催化剂和产品分离,并向产品中加入10wt%的NaOH溶液中和,萃取、分液得到油状产品。所得到的油状产品用无水硫酸钠干燥之后称量质量为107.0g,用GC-MS进行定性分析,用气相色谱内标法进行定量分析。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

实施例2

将实施例1中的反应温度由150℃降低至100℃,其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为91.2g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

实施例3

将实施例1中15%WCl6/AC(活性炭负载的WCl6,载量为15wt%,12g)换成15%MoCl5/AC(活性炭负载的MoCl5,载量为15wt%,12g),其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为97.9g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

实施例4

将实施例1中15%WCl6/AC(活性炭负载的WCl6,载量为15wt%,12g)换成15%FeCl3/AC(活性炭负载的FeCl3,载量为15wt%,12g),其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为107.2g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

实施例5

将实施例1中15%WCl6/AC(活性炭负载的WCl6,载量为15wt%,12g)换成15%CuCl2/AC(活性炭负载的CuCl2,载量为15wt%,12g),其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为100.9g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

实施例6

将实施例1中15%WCl6/AC(活性炭负载的WCl6,载量为15wt%,12g)换成15%CuCl/AC(活性炭负载的CuCl,载量为15wt%,12g),其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为98.1g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

实施例7

将实施例1中15%WCl6/AC(活性炭负载的WCl6,载量为15wt%,12g)换成15%ZnCl2/AC(活性炭负载的ZnCl2,载量为15wt%,12g),其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为100.7g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

实施例8

将实施例1中15%WCl6/AC(活性炭负载的WCl6,载量为15wt%,12g)换成15%AlCl3/AC(活性炭负载的AlCl3,载量为15wt%,12g),其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为105.2g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

实施例9

将实施例1中15%WCl6/AC(活性炭负载的WCl6,载量为15wt%,12g)换成15wt%NaY/AC(活性炭负载的NaY沸石分子筛,载量15wt%,NaY的Si/Al=5.4,12g),其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为103.5g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

实施例10

将实施例1中15%WCl6/AC(活性炭负载的WCl6,载量为15wt%,12g)换成15%HPW/AC(活性炭负载的磷钨酸,载量为15wt%,12g),其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为106.8g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

实施例11

将实施例1中15%WCl6/AC(活性炭负载的WCl6,载量为15wt%,12g)换成15%HSiW/AC(活性炭负载的硅钨酸,载量为15wt%,12g),其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为93.2g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

实施例12

将实施例1中15%WCl6/AC(活性炭负载的WCl6,载量为15wt%,12g)换成15%HPW/TiO2(TiO2负载的磷钨酸,载量为15wt%,12g),其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为93.2g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

实施例13

将实施例1中氯气通入量有37.5g(0.5mol)增加至71.0g(1.0mol),其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为108.7g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

对比实施例1

实施例1中15%WCl6/AC(活性炭负载的WCl6,载量为15wt%,12g)换成WCl6(不负载,1.8g),其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为98.2g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。与实施例1比较可知,当活性组分不负载在AC上时,不仅2-氯-5-三氟甲基吡啶的转化率从99.9%下降至65.2%,而且目标产物2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的选择性也有了明显的降低,从92.1%降低至65.7%。可见将金属氯化物负载在高比表面积的载体上能够显著提高其催化性能。

对比实施例2

将实施例1中的反应温度由150℃升高至200℃,其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为109.5g。2-氯-5-三氟甲基吡啶转化率及氯化反应产物的选择性和收率见表1。

表1

再多了解一些
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