氯甲基吡啶類化合物的液相氟化法的製作方法
2023-08-05 10:52:26 2
專利名稱：氯甲基吡啶類化合物的液相氟化法的製作方法
技術領域：
本發明涉及氯甲基吡啶類化合物的液相氟化法。
一氟甲基吡啶、二氟甲基吡啶和三氟甲基吡啶類化合物是用於合成高效、低毒含氟農藥及殺鼠劑等的重要中間體。到目前為止，合成方法主要有兩種，一種是由吡啶與CF3I等經催化反應製備，但反應很困難，產率很低。另一種是由氯甲基吡啶經過氟化反應得到主要生成產物為三氟甲基吡啶。例如以SbF3作為氟化劑，在80～120℃時通入氯氣置換出氟離子，與2-氯-5-三氯甲基吡啶反應，製得的2-氯-5-三氟甲基吡啶的產率為37.8％[黃俊玲等，《農藥》，1989,(1),1]。以AlCl3或CrF3作為催化劑，反應溫度350℃，一步氣相法可製備2-氯-5-三氟甲基吡啶，但是該法的催化劑較難獲得，並且反應溫度過高[JP62/12758,21 Jan 1987]。除此之外，液相氟化的方法已開始應用於鄰氯三氯甲苯的氟化反應[《農藥》，1994,(4),1]。
本發明的目的是提供一種氯甲基吡啶類化合物的液相氟化法。
本發明提供了一種氯甲基吡啶類化合物的液相氟化方法。主要是將氯甲基吡啶類化合物在催化劑的存在下與無水氟化氫發生氟化反應。反應一般是在高壓下進行。將原料、催化劑、無水氟化氫等加入高壓釜中，加熱攪拌，升溫到反應溫度，反應2-40小時，還可延長反應時間。
具體來說，本發明是在100～250℃、壓力為2～15MPa和催化劑的存在下，分子通式為 的氯甲基化合物與無水氟化氫的摩爾比為1∶2-15，推薦摩爾比例為1∶5-15；催化劑與氯甲基化合物的重量比為1-10％，推薦重量比為4-6％；發生氟化反應2-40小時，推薦反應4-20小時，而實驗室反應一般4-6小時即可。得到了可用分子通式描述為 的純度較高的一氟、二氟或三氟甲基吡啶類化合物，式中m=0、1或2,n=1、2或3,m＜n,R1=H、HS、CH3O、(CH3)2N或滷素。所述的催化劑是SbCl5,KBF4,CuCl2或FeCl3，推薦使用三氯化鐵。增加氟化氫的用量有益於提高產率。
反應後可經後處理如下冷卻降溫，放氣洩壓，副產物氯化氫和過量的氟化氫用鹼如氫氧化鈉水溶液吸收。釜內物料用鹼如碳酸鈉水溶液中和氟化氫後，用有機溶劑如乙酸乙酯萃取。乾燥萃取液，過濾，濾液蒸餾，回收萃取溶劑。再升溫蒸出產物粗品，最後減壓精餾可以得到高純度的氟化產物。工業生產中可以將過量的氟化氫回收套用。氯化氫可製成工業鹽酸加以利用。
反應可用方程式舉例描述如下
上述反應推薦的反應條件是在130～150℃、壓力為2～7MPa和催化劑的存在下，
與無水氟化氫的在催化劑的作用下反應4-20小時得到了
在200～240℃、壓力為6～13MPa和催化劑的存在下，
與無水氟化氫反應4-20小時，得到了
。其中m、n、催化劑和其它反應條件如前所述，。
本發明還研究了具體反應條件如溫度、催化劑的種類、反應物的用量對反應結果的影響，分別如表1、表2、表3等所示。
表1反應溫度對結果的影響
從表1中09批、13批、16批的有關數據可以看出，對於反應
來說，採用同樣的催化劑在相同的反應時間條件下，反應溫度在130℃時主要為1F化合物，第一步氟化是比較容易的，當選用140℃反應時，1F化合物開始轉化成2F化合物，當反應溫度升高到150℃時1F化合物明顯地轉化為2F化合物，只有當溫度升高到180℃時主要產物才會是3F化合物。同樣的，對於反應
也是隨溫度的升高，氟化程度越高。說明氟化過程是分步進行的，能級分布也比較明顯，每步反應的活化能逐級上升，要上第三個氟是比較困難的。
表2無水氟化氫濃度對反應結果的影響
從表2中09-01、09-02或10-01、10-02很容易發現在相同的溫度條件下，分別採用同樣的催化劑，反應6小時後冷卻放氣洩壓，取樣分析。再補加無水氟化氫繼續反應6小時。從前後的分析結果可以看出增加氟化氫的濃度，產物中1F化合物明顯轉變成2F化合物。但轉化不完全，說明濃度的影響不如溫度的影響。
表3催化劑對反應結果的影響
從表1、表2、表3中可以看出只要有催化劑的存在下氟化反應很容易發生。不管什麼條件下0F化合物的含量都很低或沒有。說明上第一個氟很容易。從表3的有關數據看出在相同的溫度條件下，氟化催化劑三氯化鐵的催化活性最高。
我們分別採用2-氯-4-三氯甲基吡啶和2-氯-5-三氯甲基吡啶作為原料研究了不同原料對氟化反應的影響，從上面的實驗過程可以發現2-氯-4-三氯甲基吡啶的氟化要比2-氯-5-三氯甲基吡啶的氟化難得多。要達到相同的氟化程度，2-氯-4-三氯甲基吡啶的氟化反應溫度要高出約50℃以上，而且反應時間也要長許多。說明吡啶環上4號位的三氯甲基要比5號位的三氯甲基更難氟化，所需的活化能更高。
本發明採用液相氟化的方法，篩選出製備三氟甲基吡啶、二氟一氯甲基吡啶、一氟二氯甲基吡啶類化合物的催化劑和反應工藝條件，操作簡便，反應中過量的HF可循環套用，產生的HCl可進一步製成工業品，本發明的產率可達60％以上，較之以前的氣相氟化法或其它方法有突破性進展，並為工業化生產作好了準備。
實施例12-氯-4-一氟二氯甲基吡啶的製備
在0.5升高壓釜中加入含量為98％的2-氯-4-三氯甲基吡啶175克，無水氟化氫200克，催化劑五氯化銻8克。加熱攪拌，升溫到200℃後保溫16小時，最高壓力為9MPa。反應結束後冷卻到室溫。將釜內的反應副產物氯化氫和過量的原料氟化氫用氫氧化鈉水溶液吸收。釜內物料用N2壓入2升冰水中。用5％碳酸鈉水溶液中和到pH=8～9，用乙酸乙酯萃取水溶液，萃取液用無水硫酸鈉乾燥4小時，過濾，濾液蒸餾回收乙酸乙酯，減壓精餾收集115～120℃/-0.0985MPa的餾分112.5克，產物2-氯-4-一氟二氯甲基吡啶的含量為98％。反應得率為69.23％。
實施例22-氯-4-二氟一氯甲基吡啶的製備
在0.5升高壓釜中加入含量為98％的2-氯-4-三氯甲基吡啶175克，無水氟化氫200克，催化劑五氯化銻8克。加熱攪拌，升溫到215℃後保溫16小時，最高壓力為11MPa。反應結束後冷卻到室溫。將釜內的反應副產物氯化氫和過量的原料氟化氫用氫氧化鈉水溶液吸收。釜內物料用N2壓入2升冰水中。用5％碳酸鈉水溶液中和到PH=8～9，用乙酸乙酯萃取水溶液，萃取液用無水硫酸鈉乾燥4小時，過濾，濾液蒸餾回收乙酸乙酯，減壓精餾收集90～95℃/-0.0935MPa的餾分90.5克，產物2-氯-4-二氟一氯甲基吡啶的含量為98％。反應得率為60.33％。
實施例32-氯-4-三氟甲基吡啶的製備 在0.5升高壓釜中加入含量為98％的2-氯-4-三氯甲基吡啶175克，無水氟化氫200克，催化劑五氯化銻8克。加熱攪拌，升溫到230℃後保溫16小時，最高壓力為13MPa。反應結束後冷卻到室溫。將釜內的反應副產物氯化氫和過量的原料氟化氫用氫氧化鈉水溶液吸收。釜內物料用N2壓入2升冰水中。用5％碳酸鈉水溶液中和到PH=8～9，用乙酸乙酯萃取水溶液，萃取液用無水硫酸鈉乾燥4小時，過濾，濾液蒸餾回收乙酸乙酯，精餾收集140～145℃的餾分13.8克，產物2-氯-4-三氟甲基吡啶的含量為98％。反應得率為10.04％。
實施例42-氯-5--氟二氯甲基吡啶的製備 在0.5升高壓釜中加入含量為98％的2-氯-5-三氯甲基吡啶175克，無水氟化氫200克，催化劑五氯化銻8克。加熱攪拌，升溫到130℃後保溫4小時，最高壓力為2.9MPa。反應結束後冷卻到室溫。將釜內的反應副產物氯化氫和過量的原料氟化氫用氫氧化鈉水溶液吸收。釜內物料用N2壓入2升冰水中。用5％碳酸鈉水溶液中和到PH=8～9，用乙酸乙酯萃取水溶液，萃取液用無水硫酸鈉乾燥4小時，過濾，濾液蒸餾回收乙酸乙酯，減壓精餾收集112～114℃/-0.098Mpa的餾分103克，產物2-氯-5-一氟二氯甲基吡啶的含量為98％。反應得率為63.38％。
實施例52-氯-5-二氟一氯甲基吡啶的製備 在0.5升高壓釜中加入含量為98％的2-氯-5-三氯甲基吡啶175克，無水氟化氫200克，催化劑無水氯化銅8克。加熱攪拌，升溫到140℃後保溫4小時，最高壓力為4.8MPa。反應結束後冷卻到室溫。將釜內的反應副產物氯化氫和過量的原料氟化氫用氫氧化鈉水溶液吸收。釜內物料用N2壓入2升冰水中。用5％碳酸鈉水溶液中和到PH=8～9，用乙酸乙酯萃取水溶液，萃取液用無水硫酸鈉乾燥4小時，過濾，濾液蒸餾回收乙酸乙酯，減壓精餾收集95～100℃/-0.0950Mpa的餾分98克，產物2-氯-5-二氟一氯甲基吡啶的含量為98％。反應得率為65.33％。19F-NMR:-27ppm。
實施例62-氯-5-三氟甲基吡啶的製備 在0.5升高壓釜中加入含量為98％的2-氯-5-三氯甲基吡啶175克，無水氟化氫200克，催化劑三氯化鐵8克。加熱攪拌，升溫到150℃後保溫6小時，最高壓力為6.0MPa。反應結束後冷卻到室溫。將釜內的反應副產物氯化氫和過量的原料氟化氫用氫氧化鈉水溶液吸收。釜內物料用N2壓入2升冰水中。用5％碳酸鈉水溶液中和到PH=8～9，用乙酸乙酯萃取水溶液，萃取液用無水硫酸鈉乾燥4小時，過濾，濾液蒸餾回收乙酸乙酯，精餾收集148～152℃餾分86.8克，產物2-氯-5-三氟甲基吡啶的含量為98％。反應得率為63.13％。19F-NMR:-13ppm。
實施例74-三氟甲基吡啶的製備 在0.5升高壓釜中加入含量為98％的4-三氯甲基吡啶150克，無水氟化氫200克，催化劑五氯化銻8克。加熱攪拌，升溫到200℃後保溫6小時，最高壓力為9MPa。反應結束後冷卻到室溫。將釜內的反應副產物氯化氫和過量的原料氟化氫用氫氧化鈉水溶液吸收。釜內物料用N2壓入2升冰水中。用5％碳酸鈉水溶液中和到PH=8～9，用乙酸乙酯萃取水溶液，萃取液用無水硫酸鈉乾燥4小時，過濾，濾液蒸餾回收乙酸乙酯，減壓精餾收集的餾分56.5克，產物4-三氟甲基吡啶的含量為98％。反應得率為50.35％實施例83-三氟甲基吡啶的製備 在0.5升高壓釜中加入含量為98％的3-三氯甲基吡啶200克，無水氟化氫100克，催化劑五氯化銻8克。加熱攪拌，升溫到150℃後保溫6小時，最高壓力為6.0MPa。反應結束後冷卻到室溫。將釜內的反應副產物氯化氫和過量的原料氟化氫用氫氧化鈉水溶液吸收。釜內物料用N2壓入2升冰水中。用5％碳酸鈉水溶液中和到PH=8～9，用乙酸乙酯萃取水溶液，萃取液用無水硫酸鈉乾燥4小時，過濾，濾液蒸餾回收乙酸乙酯，減壓精餾收集餾分78克，產物3-三氟甲基吡啶的含量為98％。反應得率為69.51％。
實施例92-巰基-5-三氟甲基吡啶的製備 在0.5升高壓釜中加入含量為98％的2-巰基-5-三氯甲基吡啶175克，無水氟化氫200克，催化劑五氯化銻4克。加熱攪拌，升溫到150℃後保溫6小時，最高壓力為6.0MPa。反應結束後冷卻到室溫。將釜內的反應副產物氯化氫和過量的原料氟化氫用氫氧化鈉水溶液吸收。釜內物料用N2壓入2升冰水中。用5％碳酸鈉水溶液中和到PH=8～9，用乙酸乙酯萃取水溶液，萃取液用無水硫酸鈉乾燥4小時，過濾，濾液蒸餾回收乙酸乙酯，濃縮得黃色固體121克，產物2-巰基-5-三氟甲基吡啶的含量為98％。反應得率為88.26％。
實施例102-甲氧基-5-三氟甲基吡啶的製備 在0.5升高壓釜中加入含量為98％的2-甲氧基-5-三氯甲基吡啶175克，無水氟化氫200克，催化劑五氯化銻8克。加熱攪拌，升溫到150℃後保溫6小時，最高壓力為6.0MPa。反應結束後冷卻到室溫。將釜內的反應副產物氯化氫和過量的原料氟化氫用氫氧化鈉水溶液吸收。釜內物料用N2壓入2升冰水中。用5％碳酸鈉水溶液中和到PH=8～9，用乙酸乙酯萃取水溶液，萃取液用無水硫酸鈉乾燥4小時，過濾，濾液蒸餾回收乙酸乙酯，減壓精餾收集餾分81.5克，產物2-甲氧基-5-三氟甲基吡啶的含量為98％。反應得率為60.28％。
實施例112-(N、N-二甲氨基)-5-三氟甲基吡啶的製備 在0.5升高壓釜中加入含量為98％的2-(N、N-二甲氨基)-5-三氯甲基吡啶183克，無水氟化氫200克，催化劑五氯化銻15克。加熱攪拌，升溫到150℃後保溫6小時，最高壓力為6.0MPa。反應結束後冷卻到室溫。將釜內的反應副產物氯化氫和過量的原料氟化氫用氫氧化鈉水溶液吸收。釜內物料用N2壓入2升冰水中。用5％碳酸鈉水溶液中和到PH=8～9，用乙酸乙酯萃取水溶液，萃取液用無水硫酸鈉乾燥4小時，過濾，濾液蒸餾回收乙酸乙酯，減壓精餾收集餾分98克，產物2-(N、N-二甲氨基)-5-三氟甲基吡啶的含量為98％。反應得率為67.50％。
權利要求
1．一種氯甲基吡啶類化合物的液相氟化法，其特徵是在100～250℃、壓力為2～15MPa和催化劑的存在下，分子通式為 的氯甲基吡啶類化合物與無水氟化氫的摩爾比為1∶2-15，催化劑與氯甲基化合物的重量比為1-10％，發生氟化反應2-40小時，得到了分子通式為 的一氟、二氟或三氟甲基吡啶類化合物，式中m=0、1或2,n=1、2或3,m＜n,R1=H、HS、CH3O、(CH3)2N或滷素，所述的催化劑是SbCl5,KBF4,CuCl2或FeCl3。
2．如權利要求1所述的一種氯甲基吡啶類化合物的液相氟化法，其特徵是所述的氯甲基吡啶類化合物的分子通式為 ，式中m、R1如權利要求1所述。
3．如權利要求1所述的一種氯甲基吡啶類化合物的液相氟化法，其特徵是所述的氯甲基吡啶類化合物的分子通式為 式中m、R1如權利要求1所述。
4．如權利要求2所述的一種氯甲基吡啶類化合物的液相氟化法，其特徵是在130～150℃、壓力為2～7MPa和催化劑的存在下， 與無水氟化氫的摩爾比為1∶5-15，反應4-20小時，式中m、R1、催化劑如權利要求2所述。
5．如權利要求3所述的一種氯甲基吡啶類化合物的液相氟化法，其特徵是在200～240℃、壓力為6～13MPa和催化劑的存在下， 與無水氟化氫的摩爾比為1∶5-15，反應4-20小時，式中m、R1、催化劑如權利要求3所述。
6．如權利要求1、2或3所述的一種氯甲基吡啶類化合物的液相氟化法，其特徵是所述的催化劑是三氯化鐵。
全文摘要
本發明涉及一種氯甲基吡啶類化合物的液相氟化法，其是在100～250℃和高壓下，將氯甲基吡啶類化合物在催化劑的存在下與無水氟化氫發生氟化反應。本發明所得的化合物是用於合成高效、低毒含氟農藥及殺鼠劑等的重要中間體。
文檔編號C07D213/26GK1316423SQ0110598
公開日2001年10月10日 申請日期2001年4月13日 優先權日2001年4月13日
發明者沈彪, 司玉貴, 姜標, 張芳江, 徐德偉 申請人:中國科學院上海有機化學研究所, 中國科學院有機合成工程研究中心