一种2-氯吡啶的合成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于精细化工技术领域，具体涉及医药、农药等2-氯吡啶类中间体的合成技术。
【背景技术】
[0002]2-氯吡啶是一种重要的有机合成中间体和精细化工原料，主要应用于杀菌剂、杀虫剂、除草剂等“三药”合成和日用化学品添加剂，其下游产品具有高效、低毒特点，是一种重要的有机合成中间体。
[0003]目前，2-氯吡啶的合成主要包括官能团转化法和直接取代氯化法两种。前者以2-氨基吡啶、2-羟基吡啶等吡啶衍生物为原料，原料来源困难、成本高。吡啶及其衍生物的直接取代氯化主要以Cl2为原料，通过热氯化、催化氯化或光氯化反应完成。一般吡啶环直接氯化反应活性较低，热氯化需要较高的反应温度(300°C以上)，从而导致产物选择性差、反应控制困难。为了提高氯化选择性，传统的2-氯吡啶的合成方法是将吡啶氧化成吡啶N-氧化物，然后再进行通Cl2氯化生成2-氯代吡啶N-氧化物，最后经还原得到2-氯吡啶。该技术成熟简单，但是路线冗长，三废污染严重，收率较低。近年来，辛峰等(CN1110481C)通过反应精馏耦合的方法，发明了一种吡啶直接氯化合成2-氯吡啶新工艺。该工艺具有流程短、收率高、废液排放少的特点。单永华等(CN103554013A，103554014A)先后公开了有机溶剂和无溶剂法生产2-氯吡啶和2，6-二氯吡啶的合成方法，该方法主要在有机溶剂或水蒸气稀释条件下利用C12与吡啶反应，产物以2-氯吡啶和2,6-二氯吡啶为主，总收率达到90-98%。陈汝祝(CN101830844A)发明了一种紫外光催化2-氯吡啶制备方法，并通过添加激活剂提高了原料的转化率和选择性。虽然光氯化法温度较低(190°C)，反应条件温和，但是选择性较低，影响因素复杂、反应过程操作难于控制。除C12以外，COCl2、POCl3、SOCl2等也被应用于吡啶及其衍生物的取代氯化。例如，Jung等(Synth.Commun.，2001)也报道了一种在三乙胺存在下利用三氯氧磷氯化吡啶合成2-氯吡啶的方法，2-氯吡啶收率达到90 %。然而，由于Cl2、C0C12等氯化剂，普遍存在严重的污染和安全问题，特别是C0C12的生态污染问题已被许多地区禁止使用。因此，开发安全、清洁的吡啶及其衍生物氯化方法具有非常重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种2-氯吡啶的合成方法，以工业生产中廉价的盐酸和次氯酸盐副产物代替C12、C0C12等作为氯化剂，解决生产2-氯吡啶生产过程中的环境和安全问题，并降低生产成本。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供的2-氯吡啶的合成方法，其具体步骤为:
[0006](1)室温下，在次氯酸盐溶液中，按有效氯与吡啶的质量比1:0.9?1.1加入吡啶，混合均匀得到溶液A;所述次氯酸盐为次氯酸钠和次氯酸钙溶液，其有效氯含量为8-13% ;
[0007](2)在步骤(1)得到的溶液A中，按吡啶与HC1的质量比1:0.9?1.1缓慢滴加稀盐酸，室温下搅拌反应1?2h，然后加热至60?80°C，继续反应1?2h后得到溶液B;所述稀盐酸溶液质量浓度为20-25% ;
[0008](3)在步骤(2)得到的溶液B中加入NaOH溶液中和至pH 9?11，以三氯甲烷萃取分离;所得萃取相蒸馏依次除去三氯甲烷溶剂，回收未反应的吡啶，得到以2-氯吡啶为主的氯代吡啶产物。
[0009]本发明的科学原理:在吡啶和次氯酸盐溶液中，缓慢滴加盐酸，可以逐渐反应生成活性氯或Cl2，从而实现对吡啶氯化，并有利于控制氯化深度。同时，通过缓慢滴加盐酸也可以避免吡啶盐酸盐的产生，提高氯化反应活性。反应后期提高温度主要是促进氯化完全。所以，本发明利用盐酸和次氯酸盐反应产生的Cl2进行原位氯化，可以实现吡啶低温选择性氯化合成2-氯吡啶。此外，由于盐酸和次氯酸盐溶液浓度较低，可以使用氯化工艺中含HC1和Cl2尾气分别经水吸收和碱吸收产生的副产物，可以实现资源回收利用、降低成本。所以，本发明的有益效果如下:
[0010]1.提供了一种2-氯吡啶的合成方法，氯代吡啶质量收率最高达到141%，2_氯吡啶选择性最高达到83%，副产物以2,6-二氯吡啶为主。
[0011]2.本发明以工业生产中廉价的盐酸和次氯酸盐副产物作为氯化剂，成本低、反应温和、操作安全。
[0012]3.本发明未反应的吡啶可以回收，循环利用；主要副产物2，6_二氯吡啶也是一种高附加值合成中间体。
【附图说明】
[0013]图1为实施例1氯代吡啶产物总离子流色谱图。
[0014]图2为实施例1主产物2-氯代吡啶质谱图。
[0015]图3为实施例1副产物2，6_氯代吡啶质谱图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
[0017]实施例1
[0018]在500mL烧瓶中加入120ml次氯酸钠溶液(有效氯13%)，不断搅拌下加入15g吡啶，混合均匀。通过滴液漏斗缓慢滴加20 %盐酸70ml，并在室温下搅拌lh。然后，加热至60°C，继续反应2h。反应完成后，加入一定量NaOH溶液中和至pH=9?11，以500ml三氯甲烷分三次萃取反应物。所得萃取相经蒸馏依次脱除溶剂三氯甲烷，并回收未反应的吡啶(10.lg)，最终得至l」6.9g氯代吡啶产物，氯代吡啶质量收率141 %。该氯代吡啶产物经GC-MS分析，主要包括2-氯吡啶和少量的2,6-二氯吡啶、3-氯吡啶、4-氯吡啶及2,5-二氯吡啶等其他二氯吡啶。其中，2-氯吡啶选择性80 %。
[0019]实施例2
[0020]在500mL烧瓶中加入180ml次氯酸钠溶液(有效氯8%)，不断搅拌下加入15g吡啶，混合均匀。通过滴液漏斗缓慢滴加20 %盐酸80ml，并在室温下搅拌2h。然后，加热至80°C，继续反应2h。反应完成后，加入一定量NaOH溶液中和至pH=9?11，以500ml三氯甲烷分三次萃取反应物。所得萃取相经蒸馏依次脱除溶剂三氯甲烷，并回收未反应的吡啶(10.3g)，最终得至l」6.5g氯代吡啶产物，氯代吡啶质量收率138 %。该氯代吡啶产物经GC-MS分析，主要包括2-氯吡啶和少量的2，6-二氯吡啶、3-氯吡啶、4-氯吡啶及2,5-二氯吡啶等其他二氯吡啶。其中，2-氯吡啶选择性82 %。
[0021]实施例3
[0022]在500mL烧瓶中加入120ml次氯酸钠溶液(有效氯13%)，不断搅拌下加入15g吡啶，混合均匀。通过滴液漏斗缓慢滴加25 %盐酸60ml，并在室温下搅拌lh。然后，加热至60°C，继续反应lh。反应完成后，加入一定量NaOH溶液中和至pH=9?11，以500ml三氯甲烷分三次萃取反应物。所得萃取相经蒸馏依次脱除溶剂三氯甲烷，并回收未反应的吡啶(10.8g)，最终得至l」5.8g氯代吡啶产物，氯代吡啶质量收率138 %。该氯代吡啶产物经GC-MS分析，主要包括2-氯吡啶和少量的2,6-二氯吡啶、3-氯吡啶、4-氯吡啶及2,5-二氯吡啶等其他二氯吡啶。其中，2-氯吡啶选择性83 %。
[0023]实施例4
[0024]在500mL烧瓶中加入150ml次氯酸钠溶液(有效氯10%)，不断搅拌下加入15g吡啶，混合均匀。通过滴液漏斗缓慢滴加25 %盐酸60ml，并在室温下搅拌2h。然后，加热至60°C，继续反应lh。反应完成后，加入一定量NaOH溶液中和至pH=9?11，以500ml三氯甲烷分三次萃取反应物。所得萃取相经蒸馏依次脱除溶剂三氯甲烷，并回收未反应的吡啶(11.2g)，最终得至l」4.9g氯代吡啶产物，氯代吡啶质量收率129 %。该氯代吡啶产物经GC-MS分析，主要包括2-氯吡啶和少量的2,6-二氯吡啶、3-氯吡啶、4-氯吡啶及2,5-二氯吡啶等其他二氯吡啶。其中，2-氯吡啶选择性75 %。
[0025]实施例5
[0026]在500mL烧瓶中加入22g次氯酸钙，以80ml去离子水溶解(有效氯13%)，不断搅拌下加入15g吡啶，混合均匀。通过滴液漏斗缓慢滴加25%盐酸60ml，并在室温下搅拌lh。然后，加热至60°C，继续反应lh。反应完成后，加入一定量NaOH溶液中和至pH=9?11，以500ml三氯甲烷分三次萃取反应物。所得萃取相经蒸馏依次脱除溶剂三氯甲烷，并回收未反应的吡啶(9.8g)，最终得到6.9g氯代吡啶产物，氯代吡啶质量收率133%。该氯代吡啶产物经GC-MS分析，主要包括2-氯吡啶和少量的2,6-二氯吡啶、3-氯吡啶、4-氯吡啶及2,5-二氯吡啶等其他二氯吡啶。其中，2-氯吡啶选择性78%。
[0027]实施例6
[0028]在500mL烧瓶中加入28g次氯酸钙，以75ml去离子水溶解(有效氯9.5%)，不断搅拌下加入15g吡啶，混合均匀。通过滴液漏斗缓慢滴加20%盐酸80ml，并在室温下搅拌2h。然后，加热至80°C，继续反应lh。反应完成后，加入一定量NaOH溶液中和至pH=9?11，以500ml三氯甲烷分三次萃取反应物。所得萃取相经蒸馏依次脱除溶剂三氯甲烷，并回收未反应的吡啶(9.4g)，最终得到7.lg氯代吡啶产物，氯代吡啶质量收率127%。该氯代吡啶产物经GC-MS分析，主要包括2-氯吡啶和少量的2,6-二氯吡啶、3-氯吡啶、4-氯吡啶及2,5-二氯吡啶等其他二氯吡啶。其中，2-氯吡啶选择性81%。
【主权项】
1.一种2-氯吡啶的合成方法，其特征在于，以次氯酸盐和盐酸溶液为氯化剂对吡啶进行氯化制备2-氯吡啶，其具体步骤为: (1)室温下，在次氯酸盐溶液中，按有效氯与吡啶的质量比1:0.9?1.1加入吡啶，混合均匀得到溶液A;所述次氯酸盐为次氯酸钠和次氯酸钙溶液，其有效氯含量为8-13% ; (2)在步骤(1)得到的溶液A中，按吡啶与HC1的质量比1:0.9?1.1缓慢滴加稀盐酸，室温下搅拌反应1?2h，然后加热至60?80°C，继续反应1?2h后得到溶液B;所述稀盐酸溶液质量浓度为20-25%; (3)在步骤(2)得到的溶液B中加入NaOH溶液中和至pH9?11，以三氯甲烷萃取分离;所得萃取相蒸馏依次除去三氯甲烷溶剂，回收未反应的吡啶，得到以2-氯吡啶为主的氯代吡啶产物。
【专利摘要】本发明公开了一种2-氯吡啶的合成方法，属于精细化工技术领域。该方法具体步骤为：在次氯酸盐溶液中加入吡啶，混合均匀后，室温下缓慢滴加盐酸，搅拌反应1～2h。然后，加热至60～80℃，继续反应1～2h。最后，加入一定量NaOH溶液中和至pH？9～11，以三氯甲烷萃取分离。所得萃取相蒸馏依次除去三氯甲烷溶剂，回收未反应的吡啶，得到氯代吡啶产物。该氯代吡啶产物经GC/MS分析，2-氯吡啶的选择性可达83％。该方法以工业生产中廉价的盐酸和次氯酸盐副产物代替Cl2等氯化剂，反应条件温和、选择性较好、工艺简单、成本低，并可以解决生产2-氯代吡啶生产过程中的环境和安全问题。
【IPC分类】C07D213/61
【公开号】CN105418493
【申请号】CN201510998900
【发明人】王知彩, 刘善和, 杨红兵, 水恒福, 雷智平, 任世彪, 潘春秀, 吴德清
【申请人】安徽工业大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月25日