一種2,3－二氯－5－三氯甲基吡啶的製備方法
2023-04-26 14:50:11 2
專利名稱：一種2,3－二氯－5－三氯甲基吡啶的製備方法
技術領域：
本發明涉及有機合成領域，具體地涉及2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶的製備方法技術領域。
背景技術：
2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶是一種非常有應用價值的雜環中間體，已廣泛應用於農藥、醫藥和精細化工領域。
US4508907、US4555575、GC1599123等專利文獻中述及到以下合成方法以2-氨基-5-甲基吡啶為原料，經過溴代、氯代等步驟，合成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，其不足之處在於原料成本高，反應後處理分離異構體困難。
US4469896中公開了以下方法以全滷代醛與不飽和腈為原料，合成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，其不足之處在於原料全滷代醛合成和分離提純存在一定困難。
US4331811、US4636565等文獻中公開了以下方法以2-氯-5-三氯甲基吡啶為原料，在催化劑和氯氣的存在下，氯化合成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，其不足之處在於應用該方法製備時，需首先合成原料2-氯-5-三氯甲基吡啶，此原料製備不易。一般均以2-氯-5-氯甲基吡啶為原料在紫外光或引發劑催化下生成2-氯-5-三氯甲基吡啶，目前國內外均無大量商品化。
綜上所述，根據上述所列方法，具有下列缺點生產成本過高、催化劑昂貴以及原料不易取得，使得工業化實現存在許多困難。
發明內容
本發明的目的在於獲得一種2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶的製備方法，該方法以工業上易購得的原料進行反應，工藝簡單、後處理易行、產率高，極適用於工業化。
本發明的再一目的在於獲得鉬金屬催化劑的用途。
在本發明的第一方面，提供了一種1.一種2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶的製備方法，其包括如下步驟(a)提供2-氯-5-氯甲基吡啶，(b)在催化劑存在下，步驟(a)的所述2-氯-5-氯甲基吡啶在100～250℃與氯化試劑進行氯化反應，得到所述2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述的催化劑為鉬金屬氧化物、鉬金屬氯化物、鉬金屬氯氧化物、鎢金屬氯化物或其組合。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述氯化試劑為氯氣。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述的催化劑選自MoO2、MoO3、MoCl5、MoCl2O2、WCl6或其組合。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述的催化劑選自MoO2、MoO3、MoCl5、WCl6或其組合。
優選地，所述的鉬金屬氧化物為MoO2、MoO3或其組合。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述的催化劑的用量為0.1～10重量％，以2-氯-5-氯甲基吡啶的總重量計算。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述的催化劑的用量為2～5重量％，以2-氯-5-氯甲基吡啶的總重量計算。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述的氯化反應的反應溫度為150～200℃。
在本發明的一個具體實施方式
中，上述方法還包括如下步驟(c)將步驟(b)得到的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶進行分離，得到精製的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，和其餘氯化未完全的副產物；所述其餘氯化未完全的副產物繼續進行氯化反應製備2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，直到達到所需轉化率。
本發明再一方面提供一種鉬金屬催化劑的用途，其用於催化2-氯-5-氯甲基吡啶的氯化反應，製備2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述的鉬金屬催化劑為鉬金屬氧化物、鉬金屬氯化物、鉬金屬氯氧化物、鎢金屬氯化物或其組合。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述的催化劑選自MoO2、MoO3、MoCl5、MoCl2O2、WCl6或其組合。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述的催化劑選自MoO2、MoO3、MoCl5、WCl6或其組合。
優選地，所述的鉬金屬氧化物為MoO2、MoO3或其組合。
具體實施例方式
本發明人經過廣泛而深入的研究，通過改進位備工藝，使用了一種價格便宜，國內外均有大規模商品化的2-氯-5-氯甲基吡啶為原料，在催化劑及氯氣條件下，可一步反應，而直接生成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，取代了現有技術的兩步反應法。本方法以工業上易購得的原料進行反應，工藝簡單、後處理易行、產率高極適用於工業化。在此基礎上完成了本發明。
以下對本發明與現有技術的不同進行進一步的說明。
在現有技術中，通常採用以下的兩步反應合成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶步驟一在紫外光的作用下合成2-氯-5-三氯甲基吡啶；步驟二在路易斯酸的作用下合成產品2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。
說明步驟一紫外光用於引發自由基反應，在氯氣作用下將氯甲基轉化為三氯甲基，最終合成2-氯-5-三氯甲基吡啶。
步驟二路易斯酸作用於吡啶環上，在氯氣作用下將吡啶環上的H轉化為氯。
本發明人曾經嘗試過將上述兩步反應進行合併，從而提高效率並節約成本，發現以下問題在紫外光，以2-氯-5-氯甲基吡啶為原料，在路易斯酸作用下合成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。但是反應過程中容易生成如2，4-二氯-5-三氯甲基吡啶、2，6-二氯-5-三氯甲基吡啶、2，3，4-三氯-5-三氯甲基吡啶、2，3，6-三氯-5-三氯甲基吡啶等副產物，這些副產物無法進行循環反應繼續得到本發明的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，從而影響收率。反應不可行。
發明人研究發現，在兩步反應中，由於氯甲基與三氯甲基的定位效應不同，氯甲基定位於吡啶環的4位與6位，三氯甲基定位於吡啶環的3位，先用紫外光在氯氣作用下將氯甲基轉化為三氯甲基，再用路易斯酸在氯氣作用，定位效應好，基本沒有副產物，反應生成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。而在一步反應中在氯甲基的定位效應下，定位效應差，從而產生上述問題。
基於上述發現，發明人採用了以下反應路線以2-氯-5-氯甲基吡啶為原料，在催化劑及氯氣條件下，一步反應，而直接生成2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，從而取代了現有技術的兩步反應法。
如無特別註明，本發明所提供的化合物可以通過市售原料和傳統化學轉化方式合成。例如，本發明的2-氯-5-三氯甲基吡啶可以通過市售原料和傳統化學轉化方式合成。
催化劑本發明的鉬金屬催化劑優選鉬金屬氧化物、鉬金屬氯化物、鉬金屬氯氧化物、鎢金屬氯化物或其組合。
本發明的催化劑可以直接採用所述鉬金屬氧化物、鉬金屬氯化物、鉬金屬氯氧化物、鎢金屬氯化物或其組合，也可以將所述鉬金屬氧化物、鉬金屬氯化物、鉬金屬氯氧化物、鎢金屬氯化物或其組合作為活性成分負載到惰性載體上。
本發明的鉬金屬氧化物的價態不受限制，可以是MoO2、MoO3、MoO、Mo2O5或其組合。優選地，所述的鉬金屬氧化物為MoO2、MoO3或其組合。
本發明的鉬金屬氯化物的價態不受限制。優選地，所述鉬金屬氯化物為MoCl5。
本發明的鉬金屬氯氧化物的價態不受限制。優選地，所述鉬金屬氯化物為MoCl2O2。
本發明的鎢金屬氯化物的價態不受限制。優選地，所述鎢金屬氯化物為WCl6。
所述惰性載體沒有特別限制，只要不對本發明的發明目的產生限制即可，例如可以是石墨、氧化鋁、各種白土或分子篩或其組合。
所述的負載催化劑可以採用負載法製備，也可以採用直接法在合成惰性載體的同時製備含有活性組分的材料。
在一個優選例中，負載法分以下幾步完成先製備惰性載體，然後用含活性組分前體(也即鉬金屬氧化物、鉬金屬氯化物、鉬金屬氯氧化物、鎢金屬氯化物或其組合)的溶液或漿液浸漬該惰性載體，蒸發掉部分水分後得含活性組分的惰性載體。
本發明的催化劑的用量沒有特別限制，只要不對本發明的發明目的產生限制即可，具體地例如為0.1～10重量％，優選地2～5重量％，以2-氯-5-氯甲基吡啶的總重量計算。
氯化反應本發明的氯化試劑沒有特別限制，只要不對本發明的發明目的產生限制即可。例如，所述氯化試劑為氯氣。
所述氯化試劑用量沒有特別限制，只要不對本發明的發明目的產生限制即可。例如，在反應過程中向原料通入氯氣直至飽和。
本發明的所述的氯化反應的反應溫度為100～250℃的溫度範圍，優選地反應溫度為150～200℃。
反應溫度過低影響反應速度，當溫度低於100℃，原料不能完全液化，該反應很難正常行進，而反應溫度高於250℃後，氯化取代的副產物和高沸點雜質明顯增加，影響該反應的選擇性，引起二次取代，並增加高沸點物的生成量，降低產品收率，反應溫度優選為100℃～250℃，其中更優選150℃～200℃。
反應時間根據具體反應物、催化劑和反應溫度而定，一般為10-80小時左右，優選的是10-20小時。
為防止過度反應，而引起二次取代，可以採用常規方法(如氣相色譜等)對反應的完成程度進行跟蹤監測。
目標產物可以採用元素分析、沸點測定或氣相質譜等方法來檢測證明。
循環使用本發明的未完全反應的部分可以回收進行循環反應，直到達到所需產率為止。
具體地，本發明的氯化反應還包括如下步驟(c)將步驟(b)得到的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶進行分離，得到精製的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，和其餘氯化未完全的副產物；所述其餘氯化完全的副產物繼續進行氯化反應，直到達到所需轉化率。
由於本發明採用的反應條件使得步驟(b)得到的副產物避免了過度氯化，因此其可以容易地繼續氯化反應而得到2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。
轉化率可以採用常規方法(如氣相色譜等)對反應的完成程度進行跟蹤監測。
本發明所提供的化合物可以通過市售原料和傳統化學轉化方式合成。
上述合成方法只是本發明部分化合物的合成路線，根據上述例子，本領域技術人員可以通過調整不同的方法來合成本發明的其他化合物，或者，本領域技術人員根據現有公知技術可以合成本發明的化合物。合成的化合物可以進一步通過柱色譜法、高效液相色譜法或結晶等方式進一步純化。
具體地例如，以上反應完成後採用常規的後處理方法(萃取、抽濾、洗滌、乾燥、脫溶等)。
合成化學改造、保護官能團方法學(保護或去保護)對合成應用化合物是很有幫助的，並且是現有技術中公知的技術，如R.Larock，ComprehensiveOrganic Transformations，VCH Publishers(1989)；T.W.Greene和P.G.M.Wuts，Protective Groups in Organic Synthesis，第三版，John Wiley andSons(1999)；L.Fieser and M.Fieser，Fieser and Fieser’s Reagentsfor Organic Synthesis，John Wiley and Sons(1994)；以及L.Paquette，等，Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis，John Wiley andSons(1995)中都有公開。
本發明的其他方面由於本文的公開內容，對本領域的技術人員而言是顯而易見的。
有益效果(1)本發明所用的原輔料在國內及世界上均已大規模商品化且價格低廉，反應過程中不需要任何有機溶劑，可減少後處理過程，且幾乎無副反應，生產能力大，反應條件溫和，成本低，易工業化生產等優點，用本發明製備方法得到的產品的純度可達到99.5％以上，產率通常達到70-90％。
(2)本發明的製備方法以工業上易購得的價格低廉、大量商品化的原料進行反應，本方法的原輔料廉價易得、工藝簡單、一步反應直接製得目標產物、後處理易行、條件溫和、對環境汙染小，能以較高收率製得2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，同時易工業化。
(3)在本發明的一個優選實施方式中，採用了新的催化劑，也即鉬氧化物催化劑。其不易吸溼水解，降低了對反應容器的腐蝕程度，反應條件更加溫和，達到了較高產率且降低了成本，減少了環境汙染。
以下結合具體實施例，進一步闡明本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件，例如是《貝爾斯坦有機化學手冊》(化學工業出版社，1996年)中的條件，或按照製造廠商所建議的條件。比例和百分比基於重量，除非特別說明。
除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業與科學用語與本領域技術熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用於本發明方法中。
實施例1在裝有溫度計、冷凝管和機械攪拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，25g(5％wt)MoO2，攪拌均勻，在T內＝175℃，向上述溶液中通入Cl2，29小時反應完畢。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品經洗滌、調PH＝8-9、分層、乾燥、蒸餾，得到產品651g，產率79.7％。
實施例2在裝有溫度計、冷凝管和機械攪拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，0.5g(0.1％wt)MoO2，攪拌均勻，在T內＝100℃，向上述溶液中通入Cl2，80小時反應完畢。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品洗滌、經PH＝8-9、分層、乾燥、蒸餾，得到產品93.2g，產率11.4％。
本發明的氯化未完全的產物可以回收進行循環反應，直到達到所需產率為止。
實施例3在裝有溫度計、冷凝管和機械攪拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，25g(5％wt)MoO3，攪拌均勻，在T內＝175℃，向上述溶液中通入Cl2，33小時反應完畢。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品經洗滌、調PH＝8-9、分層、乾燥、蒸餾，得到產品638.6g，產率78.5％。
實施例4在裝有溫度計、冷凝管和機械攪拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，2.5g(0.5％wt)MoCl5，攪拌均勻，在T內＝250℃，向上述溶液中通入Cl2，72小時反應完畢。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品經洗滌、調PH＝8-9、分層、乾燥、蒸餾，得到產品489.6g，產率59.7％。
實施例5在裝有溫度計、冷凝管和機械攪拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，25g(5％wt)MoCl5，攪拌均勻，在T內＝175℃，向上述溶液中通入Cl2，35小時反應完畢。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品經洗滌、調PH＝8-9、分層、乾燥、蒸餾，得到產品683.6g，產率83.6％。
實施例6在裝有溫度計、冷凝管和機械攪拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，25g(5％wt)MoCl2O2，攪拌均勻，在T內＝200℃，向上述溶液中通入Cl2，31小時反應完畢。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品經洗滌、調PH＝8-9、分層、乾燥、蒸餾，得到產品614.1g，產率75.1％。
實施例7在裝有溫度計、冷凝管和機械攪拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，25g(5％wt)WCl6，攪拌均勻，在T內＝175℃～185℃，向上述溶液中通入Cl2，12小時反應完畢。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品經調PH＝8-9，洗滌，分層，乾燥，蒸餾，得到產品721g，產率87.9％，其沸點b.p.為104℃(2mmHg)。
實施例8在裝有溫度計、冷凝管和機械攪拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，10g(2％wt)WCl6，攪拌均勻，在T內＝150℃，向溶液中通入Cl2，45小時反應完畢。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品經洗滌、調PH＝8-9、分層、乾燥、蒸餾，得到產品471.6g，產率57.8％。
實施例9在裝有溫度計、冷凝管和機械攪拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，25g(5％wt)WCl6，攪拌均勻，在T內＝175℃，向上述溶液中通入Cl2，50小時反應完畢。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品經洗滌、PH＝8-9、分層、乾燥、蒸餾，得到產品453.2g，產率55.1％。
本發明的氯化未完全的產物可以回收進行循環氯化反應，直到達到所需產率為止。
實施例10在裝有溫度計、冷凝管和機械攪拌1L四口瓶中投入500g(3.08mol)2-氯-5-氯甲基吡啶(分子量162g/mol)，15g(3％wt)WCl6，攪拌均勻，在T內＝100℃，向上述溶液中通入Cl2，48小時反應完畢。2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶粗品經洗滌、PH＝8-9、分層、乾燥、蒸餾，得到產品412.6g，產率50.4％。
本發明的氯化未完全的產物可以回收進行循環氯化反應，直到達到所需產率為止。
在本發明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發明的上述講授內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
權利要求
1.一種2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟(a)提供2-氯-5-氯甲基吡啶，(b)在催化劑存在下，步驟(a)的所述2-氯-5-氯甲基吡啶在100～250℃與氯化試劑進行氯化反應，得到所述2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的催化劑為鉬金屬氧化物、鉬金屬氯化物、鉬金屬氯氧化物、鎢金屬氯化物或其組合；和/或所述氯化試劑為氯氣。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的催化劑選自MoO2、MoO3、MoCl5、MoCl2O2、WCl6或其組合。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的催化劑選自MoO2、MoO3、MoCl5、WCl6或其組合。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的催化劑的用量為0.1～10重量％，以2-氯-5-氯甲基吡啶的總重量計算。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的催化劑的用量為2～5重量％，以2-氯-5-氯甲基吡啶的總重量計算。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的氯化反應的反應溫度為150～200℃。
8.如權利要求1～7任一項所述的方法，其特徵在於，還包括如下步驟(c)將步驟(b)得到的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶進行分離，得到精製的2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，和其餘氯化未完全的副產物；所述其餘氯化未完全的副產物繼續進行氯化反應製備2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶，直到達到所需轉化率。
9.一種鉬金屬催化劑的用途，其特徵在於，用於催化2-氯-5-氯甲基吡啶的氯化反應，製備2，3-二氯-5-三氯甲基吡啶。
10.如權利要求9所述的用途，其特徵在於，所述的鉬金屬催化劑為鉬金屬氧化物、鉬金屬氯化物、鉬金屬氯氧化物、鎢金屬氯化物或其組合。
全文摘要
本發明屬於2，3－二氯－5－三氯甲基吡啶的製備方法技術領域。本發明所述的2，3－二氯－5－三氯甲基吡啶的製備方法，以價廉易得規模商品化的2－氯－5－氯甲基吡啶為原料，在催化劑和氯氣等的存在下，反應溫度為100～250℃，氯化合成2，3－二氯－5－三氯甲基吡啶。本發明所用的原料催化劑在國內外及世界上均已大規模商品化且價格低廉。本發明方法製備過程簡單、一步反應可直接合成2，3－二氯－5－三氯甲基吡啶，產率高，極適用於大規模商品化生產。
文檔編號B01J27/06GK101092392SQ20071004278
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月27日 優先權日2007年6月27日
發明者戴信培, 張京, 唐運宏 申請人:上海康鵬化學有限公司