本发明涉及一种合成2,6-二羟基-3-氰基-4-三氟甲基吡啶的催化剂及其应用,属于合成催化技术领域。
背景技术：
近年来，由于氟啶虫酰胺杀菌活性化合物的杀菌谱广、毒力高、用量少的特点，使其在农药研究中越来越受到重用。2,6-二羟基-3-氰基-4-三氟甲基吡啶作为其合成过程中的重要中间体，对于提高氟啶虫酰胺的收率，缩短生产时间，降低反应能耗和废物排放具有重要意义。2,6-二羟基-3-氰基-4-三氟甲基吡啶的合成过程中，催化剂具有很重要的作用，寻求一种合成2,6-二羟基-3-氰基-4-三氟甲基吡啶的关键技术在于开发活性高的新型催化剂。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种合成2,6-二羟基-3-氰基-4-三氟甲基吡啶的催化剂，其在优化条件下能催化三氟乙酰乙酸乙酯和氰基乙酰胺的反应生成2,6-二羟基-3-氰基-4-三氟甲基吡啶,具有较高的产物收率。
一种合成2,6-二羟基-3-氰基-4-三氟甲基吡啶的催化剂，其特征在于，催化剂为taon@sio2纳米催化剂。
taon@sio2纳米催化剂制备方法如下：
步骤1、将ta2o5和纳米氧化硅用研磨的方法均匀混合，然后将得到的混合物置于刚玉方舟中,放入真空管式高温炉中；
步骤2、将nh3先通入含水的集气瓶，然后将集气瓶中收集的nh3以的90ml/min流速连续地注入到真空管式高温炉中，得到taon注入真空管式高温炉的过程中,真空管式高温炉的锻烧温度为900℃,注入时间为10小时；
步骤3、将上述taon分散到的100ml乙醇中,转移到装有1.5l氨水的的三口烧瓶中,将温度升高到60℃,加热1h,然后加入的15ml的teos，继续搅拌6h，将得到的浆料过滤,用乙醇洗涤3次,最后得到taon@sio2催化剂。
所述的催化剂在合成2,6-二羟基-3-氰基-4-三氟甲基吡啶的应用，合成条件为：
步骤1、在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的500ml四口烧瓶中，氮气保护下加入180g乙酸乙酯，搅拌下用冰盐水将体系降温至-5℃，快速加入45g固体乙醇钠，慢慢滴加94g三氟乙酸乙酯，滴毕，保温2h然后慢慢升温至50℃，保温反应4h；
步骤2、反应完毕加装精馏柱，当蒸出物中乙醇含量小于0.1%时，停止精馏；降温后加入280g无水邻二氯苯，减压除去低沸物乙酸乙酯，釜温达98℃停止，物料冷却至5℃，加浓硫酸调ph=2，保温2h，减压蒸馏得三氟乙酰乙酸乙酯；
步骤3、在室温下，向装有taon@sio2催化剂的四口圆底烧瓶中，依次加入73.9g的三氟乙酰乙酸乙酯、37g的氰基乙酰胺和50ml乙醇，加热至反应液回流，反应3h；
步骤4、向上述溶液中滴加30ml溶有22g氢氧化钾的乙醇溶液，在滴加的过程中会有白色固体析出，维温继续反应8个小时后，停止反应；
反应结束后蒸除溶剂，残留物冷却，抽滤，滤渣水洗，烘干得白色粉末状固体，得到产品2,6-二羟基-3-氰基-4-三氟甲基吡啶。
有益效果：本发明提供了一种合成2,6-二羟基-3-氰基-4-三氟甲基吡啶的催化剂，对于合成具有很好的催化活性，
三氟乙酰乙酸乙酯先与氰基乙酰胺生成相应的酰胺，该反应类似酯的胺解，氨基做为亲核试剂进攻酯的羰基碳，经过相应中间态的转换后，脱去烷氧离子，从而得到相应的酰胺；得到的酰胺在催化剂的作用下发生羰基的缩合反应，在碱性条件下亲核基团进攻羰基碳，过度中间态经过一系列转化后，在高温下脱除一分子水，得到产物；对比试验采用不同的碱对反应收率的影响，根据实验结果，不同碱对反应收率的影响十分显著，当采用氢氧化钾作为碱时；效果比较好，不仅提高了产物的纯度和收率，而且在一定程度上抑制了副反应的产生，提高中间体的选择性。
具体实施方式
实施例1
一种中间体2,6-二羟基-3-氰基-4-三氟甲基吡啶的合成方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1、在装有机械搅拌、温度计和冷凝管的500ml四口烧瓶中，氮气保护下加入180g乙酸乙酯，搅拌下用冰盐水将体系降温至-5℃，快速加入45g固体乙醇钠，慢慢滴加94g三氟乙酸乙酯，滴毕，保温2h然后慢慢升温至50℃，保温反应4h；
步骤2、反应完毕加装精馏柱，当蒸出物中乙醇含量小于0.1%时，停止精馏；降温后加入280g无水邻二氯苯，减压除去低沸物乙酸乙酯，釜温达98℃停止，物料冷却至5℃，加浓硫酸调ph=2，保温2h，减压蒸馏得三氟乙酰乙酸乙酯；
步骤3、在室温下，向装有2.0gtaon@sio2催化剂的四口圆底烧瓶中，依次加入73.9g的三氟乙酰乙酸乙酯、37g的氰基乙酰胺和50ml乙醇，加热至反应液回流，反应3h；
步骤4、向上述溶液中滴加30ml溶有22g氢氧化钾的乙醇溶液，在滴加的过程中会有白色固体析出，维温继续反应8个小时后，停止反应。反应结束后蒸除溶剂，残留物冷却，抽滤，滤渣水洗，烘干得白色粉末状固体，得到产品2,6-二羟基-3-氰基-4-三氟甲基吡啶。
所述的taon@sio2纳米催化剂制备方法如下：
步骤1、将12gta2o5和6g纳米氧化硅用研磨的方法均匀混合，然后将得到的混合物置于刚玉方舟中,放入真空管式高温炉中；
步骤2、将nh3先通入含水的集气瓶，然后将集气瓶中收集的nh3以的90ml/min流速连续地注入到真空管式高温炉中，得到taon注入真空管式高温炉的过程中,真空管式高温炉的锻烧温度为900℃,注入时间为10小时；
步骤3、将上述8.0gtaon分散到的100ml乙醇中,转移到装有1.5l氨水的的三口烧瓶中,将温度升高到60℃,加热1h,然后加入的15ml的teos，继续搅拌6h，将得到的浆料过滤,用乙醇洗涤3次,最后得到taon@sio2催化剂。
实施例2
步骤3、在室温下，向装有2.0gtaon@sio2催化剂的四口圆底烧瓶中，依次加入53.2g的三氟乙酰乙酸乙酯、37g的氰基乙酰胺和50ml乙醇，加热至反应液回流，反应3h；其余步骤同实施例1。
实施例3
步骤3、在室温下，向装有2.0gtaon@sio2催化剂的四口圆底烧瓶中，依次加入36.8g的三氟乙酰乙酸乙酯、37g的氰基乙酰胺和50ml乙醇，加热至反应液回流，反应3h；其余步骤同实施例1。
实施例4
步骤3、在室温下，向装有2.0gtaon@sio2催化剂的四口圆底烧瓶中，依次加入18.4g的三氟乙酰乙酸乙酯、37g的氰基乙酰胺和50ml乙醇，加热至反应液回流，反应3h；其余步骤同实施例1。
实施例5
步骤3、在室温下，向装有2.0gtaon@sio2催化剂的四口圆底烧瓶中，依次加入9.2g的三氟乙酰乙酸乙酯、37g的氰基乙酰胺和50ml乙醇，加热至反应液回流，反应3h；其余步骤同实施例1。
实施例6
步骤3、在室温下，向装有2.0gtaon@sio2催化剂的四口圆底烧瓶中，依次加入73.9g的三氟乙酰乙酸乙酯、18.5g的氰基乙酰胺和50ml乙醇，加热至反应液回流，反应3h；其余步骤同实施例1。
实施例7
步骤3、在室温下，向装有2.0gtaon@sio2催化剂的四口圆底烧瓶中，依次加入73.9g的三氟乙酰乙酸乙酯、7.4g的氰基乙酰胺和50ml乙醇，加热至反应液回流，反应3h；其余步骤同实施例1。
实施例8
步骤3、在室温下，向装有2.0gtaon@sio2催化剂的四口圆底烧瓶中，依次加入73.9g的三氟乙酰乙酸乙酯、46.3g的氰基乙酰胺和50ml乙醇，加热至反应液回流，反应3h；其余步骤同实施例1。
实施例9
步骤3、在室温下，向装有2.0gtaon@sio2催化剂的四口圆底烧瓶中，依次加入73.9g的三氟乙酰乙酸乙酯、55.5g的氰基乙酰胺和50ml乙醇，加热至反应液回流，反应3h；其余步骤同实施例1。
实施例10
步骤3、在室温下，向装有2.0gtaon@sio2催化剂的四口圆底烧瓶中，依次加入73.9g的三氟乙酰乙酸乙酯、64.8g的氰基乙酰胺和50ml乙醇，加热至反应液回流，反应3h；其余步骤同实施例1。
对照例1
与实施例1不同点在于：中间体的合成步骤1中，用甲酸乙酯取代乙酸乙酯，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例2
与实施例1不同点在于：中间体的合成步骤1中，用乙酸甲酯取代乙酸乙酯，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例3
与实施例1不同点在于：中间体的合成步骤1中，固体乙醇钠、三氟乙酸乙酯质量比为1:1，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例4
与实施例1不同点在于：中间体的合成步骤1中，固体乙醇钠、三氟乙酸乙酯质量比为2:1，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例5
与实施例1不同点在于：中间体的合成步骤3中，用taon取代taon@sio2催化剂，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例6
与实施例1不同点在于：中间体的合成步骤3中，不再加入taon@sio2催化剂，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例7
与实施例1不同点在于：中间体的合成步骤3中，用等量的氢氧化钠取代氢氧化钾；其余步骤与实施例1完全相同。
对照例8
与实施例1不同点在于：中间体的合成步骤3中，乙醇溶液中不再加入氢氧化钾；其余步骤与实施例1完全相同。
对照例9
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤1中，ta2o5、纳米氧化硅质量比为1:1，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例10
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤1中，ta2o5、纳米氧化硅质量比为1:2质量比为1:2，其余步骤与实施例1完全相同。
实施例和对照例不同条件下的反应结果如表所示
实验结果表明催化剂对三氟乙酰乙酸乙酯和氰基乙酰胺的合成反应具有良好的催化效果，在反应条件一定时，中间体收率越高，催化性能越好，反之越差；三氟乙酰乙酸乙酯、氰基乙酰胺质量比为2：1和10:1时，（实施例1和7）其他配料固定，合成效果最好，达到99%以上，与实施例1不同点在于，实施例2-6及8-10分别改变主要原料三氟乙酰乙酸乙酯、氰基乙酰胺的用量和配比，对合成产物的收率有不同的影响；对照例1至对照例2用甲酸乙酯和乙酸甲酯分别取代乙酸乙酯，其他步骤完全相同，导致产物收率明显降低，说明乙酸乙酯对反应的收率影响很大；对照例3至对照例4改变固体乙醇钠、三氟乙酸乙酯质量比，效果依然不好，说明固体乙醇钠和三氟乙酸乙酯质量比影响了反应的结果；对照例5至对照例6不再加入催化剂并用taon取代taon@sio2催化剂，使得产物得收率降低，反应效果明显变差，说明taon@sio2的催化效果较好；对照例7至对照例8乙醇溶液不再加入氢氧化钾并用氢氧化钠取代，反应的转化率和选择性很低，反应效果明显变差，产物收率依然不高；对照例9至对照例10ta2o5、纳米氧化硅质量比发生变化，改变了催化剂的原料配比，反应效果依然不好；因此使用本发明的催化剂对2,6-二羟基-3-氰基-4-三氟甲基吡啶合成反应具有优异的催化效果。