专利名称：3，3，5-三氯戊二酰亚胺的制备方法
技术领域：
本发明涉及3，3，5-三氯戊二酰亚胺的制备方法，其中将2，2，4-三氯-4-氰基丁酸衍生物转化为戊二酰亚胺目标化合物。
由其水解可得到的2，3，5，6-四氯吡啶和3，5，6-三氯吡啶-2-醇是制备各种活性物质特别是杀虫剂、除草剂和杀菌剂的有价值的中间体(例如参见美国专利No.4,133,675、3,244,586、3,355,278和3，751,421；法国专利申请No.2，171,939以及《农业食品化学期刊(J.Agr.Food Chem.)》14，304(1996))。已知的制备2，3，5，6-四氯吡啶的方法有诸多方面的不足。可通过吡啶或吡啶衍生物如3，5-二氯吡啶的高温氯化(约200-600℃，优选约350-600℃)得到2，3，5，6-四氯吡啶。这种高温工艺的选择性往往不高，经常导致需要除去的其它高度氯化的副产物的生成。一种副产物是五氯吡啶，它可通过用锌或电解选择性地在4-位进行氯原子还原而转化为2，3，5，6-四氯吡啶。但锌价格高而且往往产生大量的锌盐，从生态角度看这种方法是不可取的。除此之外，高温氯化、电解还原和锌的生成需要消耗大量的能量。
美国专利No.4,327,216(Martin)叙述了一种在催化剂存在下通过三氯乙酰氯与丙烯腈的反应来制备2，3，5，6-四氯吡啶和3，5，6-三氯吡啶-2-醇的方法。显然生成了2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯中间体，但没有分离出来。生成终产物的系列反应在一单步操作中进行。2，3，5，6-四氯吡啶和3，5，6-三氯吡啶-2-醇的混合产率并不太高。另外，该反应往往得到两种产物的混合物，必须进行后续处理以得到其中的一种。
美国专利No.4,996,323(PeWs)公开了一种制备3，5，6-三氯吡啶-2-醇的方法，它包含下面三个分立的反应在催化量的铜或亚铜盐的存在下将三氯乙酰氯加到丙烯腈中以得到2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯；2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯用酸性试剂，优选无水状态下环化生成3，3，5，6-四氯-3，4-二氢吡啶-2-酮；和在芳香化反应中将这种二氢吡啶酮脱氯化氢而生成3，5，6-三氯吡啶-2-酮。但二氢吡啶酮也可以脱水生成2，3，5，6-四氯吡啶。在生成2，3，5，6-四氯吡啶时作为副产物而形成的水因多种其它反应，是造成产率损失的主要原因。
美国专利No.5,017,705(Becker)公开了一种由式I所示的4-氰基-2，2，4-三氯丁酸芳基酯NC-CHCl-CH2-CCl2-COOAr(I)其中Ar代表可含有取代基的芳基或杂芳基的环化而制备3，5，6-三氯吡啶-2-醇的方法，它是将式I所示的化合物在惰性有机溶剂中以及无水氯化氢的存在下加热至100-180℃而生成3，5，6-三氯吡啶-2-醇。在反应介质中干燥的氯化氢的存在被认为是进行环化反应的关键因素。
美国专利No.4,360,676(Martin等人)公开了制备2，3，5，6-四氯吡啶的方法，它是将2，2，4-三氯-4-氰基丁酰胺或2，2，4-三氯-4-氰基丁腈(2，2，4-三氯戊二腈)在酸性水溶液介质中环化得到3，3，5-三氯戊二酰亚胺，并将该酰亚胺化合物转化为所要的2，3，5，6-四氯吡啶产物(通过二羧酸酰亚胺脱水，同时脱去氯化氢的芳香化反应，以及氯化反应)。环化反应在约-10-120℃，优选约60-110℃的温度下进行，所用的酸如乙酸、氢氯酸或硫酸。3，3，5-三氯戊二酰亚胺转化为2，3，5，6-四氯吡啶的适用的脱水、氯化试剂有以下化合物三氯化磷、五氯化磷、三氯氧磷、苯膦酰二氯和碳酰氯。在某些情况下，也在芳香化反应混合物中加入催化量的N，N-二甲基甲酰胺。
本发明涉及由4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯的环化制备3，3，5-三氯戊二酰亚胺的方法。特别地，本发明涉及一种制备3，3，5-三氯戊二酰亚胺的方法，其特征在于，在20-50℃将4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯与水在惰性有机溶剂中化合，得到3，3，5-三氯戊二酰亚胺和3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮的混合物，并将3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮在水和惰性有机溶剂的存在下加热到90-100℃，使3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮转化为3，3，5-三氯戊二酰亚胺。
本发明方法是制备3，3，5-三氯戊二酰亚胺的一种新途径。与以往工艺方法比较，本发明制备3，3，5-三氯戊二酰亚胺需要较少且较简单的工艺步骤。与以往制备3，3，5-三氯戊二酰亚胺的方法比较，本发明采用了价格相对便宜的原料，能够高产率地得到3，3，5-三氯戊二酰亚胺，没有大量副产物的生成。
本发明中的环化反应可采用接近化学计量比的4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯和水来进行，虽然优选水稍稍过量。对每摩尔4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯，水的化学计量为1摩尔。所用的水量十分重要，因为需要加入足够的水与所有的4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯以及反应混合物中可与水反应的所有杂质来进行反应。用于将3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮转化成3，3，5-三氯戊二酰亚胺的水可在环化反应之前和进行之中，或在环化反应完成之后加入。一般地，高摩尔比的水可使3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮向3，3，5-三氯戊二酰亚胺的转化更快更完全，但水量过多会导致分离出的3，3，5-三氯戊二酰亚胺产物的纯度下降，产生难于与3，3，5，-三氯戊二酰亚胺分离的许多杂质。每摩尔4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯一般用总量为1-5摩尔的水(两步反应)。优选每摩尔4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯用1.2摩尔的水。在环化反应之前和进行之中，优选缓慢地把水加入到4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯在有机溶剂中的溶液中。水的缓慢加入使终产物3，3，5-三氯戊二酰亚胺的产率和纯度达到最高。
环化反应以及3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮与水进一步生成戊二酰亚胺产物的反应一般在惰性有机溶剂中进行。“惰性有机溶剂”是指不与酰氯、所有其它起始的反应试剂或所有的反应产物发生反应的溶剂。二甲苯和四氯乙烯是最适用的溶剂。
环化反应以及随后的3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮与水的反应在适当的反应条件下进行。这里所说的“适当的反应条件”是指使这两个反应完全进行的反应压力和温度。虽然压力不是很关键的因素，但一般选择在大气压下。属于放热性的环化反应优选缓慢地进行，反应混合体系应冷却使温度保持在20-50℃之间。环化反应时间一般取决于反应温度，尤其是取决于反应器中水的存在量。但是，环化反应温度和水的摩尔比超出上述范围将可能影响到终产物的产率和纯度。另一方面，环化反应温度过低则导致反应物相分离，使反应根本不能进行。
3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮向3，3，5-三氯戊二酰亚胺的转化反应一般要进行10小时或更多时间以获得较高的转化率。一般地，在4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯环化成含有3，3，5-三氯戊二酰亚胺和3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮的混合物后，该混合物被加热到90-100℃之间以使3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮转化为3，3，5-三氯戊二酰亚胺。但也可采用已知的分离技术(例如重结晶)将3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮和/或3，3，5-三氯戊二酰亚胺从混合物中分离出来，并将3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮与水和惰性有机溶剂一起加热到90-100℃之间，以使3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮转化为3，3，5-三氯戊二酰亚胺。
由本发明方法制备的3，3，5-三氯戊二酰亚胺不需回收和/或纯化即可作为中间体用于以后的化学反应过程中。例如在3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮与水反应后，反应混合物一般进行冷却，例如冷却到20℃，然后过滤得到湿的滤饼，经一般性的洗涤和干燥后，得到高产率和高纯度的3，3，5-三氯戊二酰亚胺。
3，3，5-三氯戊二酰亚胺可按照已知方法转化为2，3，5，6-四氯吡啶，例如美国专利No.4,360,676所公开的方法，将3，3，5-三氯戊二酰亚胺用脱水、氯化试剂如三氯氧化磷进行处理。如果需要的话，可按照已知的方法将2，3，5，6-四氯吡啶水解，得到3，5，6-三氯吡啶-2-醇。
下面实施例进一步说明本发明。除非特别指出，所有的溶剂和试剂都是购买后直接使用，未进行进一步提纯；除非另外说明，所有的份数和百分数都以重量计。
实施例14-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯的制备丙烯腈、三氯乙酰氯和铜从Aldrich化学公司购得。反应器为一装有磁搅拌、回流冷凝管、氮气清洗导管、加热套和温度计套管的250ml(毫升)圆底三口烧瓶。向该反应器中加45.3g(0.86mol)丙烯腈、164.1g(0.9mol)三氯乙酰氯和0.36g(0.0057mol)铜。在氮气气氛下将该混合物加热回流28小时(反应器温度随转化率的提高而提高；当转化率经气液相色谱(GLC)检测为25％左右时，回流温度约为90℃；当转化率经GLC检测为35％左右时，回流温度约为95-100℃)。当转化率经GLC检测约为40％时，将体系改装为短通路的真空蒸馏系统，并加入27g邻二甲苯。将含有大量干冰的冷阱直接与蒸馏头相邻以收集在蒸馏头没有冷凝的物质。蒸馏过程大约1.5小时。加热套温度在压力从约15.3KPa(千帕)平稳降至约2.0KPa时一直保持在约50-60℃。所收集馏分(蒸馏分加上冷阱中所收集)的总重量为126.9g。含有丙烯腈和三氯乙酰氯的馏分被循环到反应器中以提高总的产率。用GLC法分析反应器中物质以确保不再能够检测到丙烯腈的存在，并随后用30.1g邻二甲苯稀释并过滤。滤饼经空气干燥，得到1.5g灰色固体。滤液重量为131.4g，含有29.2％邻二甲苯、2.3％三氯乙酰氯、62.7％4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯和1.8％各种重有机组分。得到的4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯的产率为39％。
实施例2 3，3，5-三氯戊二酰亚胺的制备在250ml烧瓶中加入30g邻二甲苯和81g含有64.0％ 4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯(0.22mol)、24.2％邻二甲苯和各种杂质以及未反应起始原料的粗混合物。在该混合体系温度维持在40-47℃下，将4.8g(0.27mol)水在约105分钟的时间内缓慢加入到该混合物中。得到的混合物中含有重量比为1.3∶1的3，3，5-三氯戊二酰亚胺和3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮。将该混合物加热并在约100℃保持约14小时。然后将混合物冷却至约17℃并过滤。用冷的邻二甲苯冲洗滤饼，干燥后得到38.4g褐色粉末，它含有98.2％3，3，5-三氯戊二酰亚胺和0.4％3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮，3，3，5-三氯戊二酰亚胺的产率为79％。滤液中含有8.8％3，3，5-三氯戊二酰亚胺、0.35％三氯吡啶醇和11.6％ 3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮。可将滤液循环入反应体系以提高总产率。
权利要求
1.一种制备3，3，5-三氯戊二酰亚胺的方法，其特征在于(a)在温度为20-50℃下，在惰性有机溶剂中将4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯与水化合，得到3，3，5-三氯戊二酰亚胺和3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮的混合物；和(b)将3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮在水和惰性有机溶剂的存在下加热至90-100℃，使3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮转化为3，3，5-三氯戊二酰亚胺。
2.权利要求1的方法，其特征在于，所述溶剂为二甲苯或四氯乙烯。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，对每摩尔的4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯使用1-5摩尔的水。
4.权利要求1或2的方法，其特征在于，对每摩尔的4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯使用1.2摩尔的水。
5.前述任一权利要求的方法，其特征在于，水是缓慢地加入到4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯中的。
全文摘要
3，3，5-三氯戊二酰亚胺如下所述制备，先在20-50℃、在惰性有机溶剂中将4-氰基-2，2，4-三氯丁酰氯与水化合，得到3，3，5-三氯戊二酰亚胺和3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮的混合物；然后将3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮在水和惰性有机溶剂的存在下加热至90-100℃，使3，3，5，6-四氯-5，6-二氢吡啶-2-酮转化为3，3，5-三氯戊二酰亚胺。
文档编号C07D211/88GK1163611SQ96190852
公开日1997年10月29日 申请日期1996年7月31日 优先权日1995年8月2日
发明者T·J·阿达伟, L·D·克什尼尔 申请人:道伊兰科公司