（化学工艺专业论文）吡啶定位氯化技术研究.pdf

摘要 摘要 毗啶氯化物都是重要的化工原料，各种吡啶氯化物合成的研究多年来一直是化工行业的 一个热点。 本文在调研了大量文献的基础上。成功合成了五氯吡啶、2 , 3 ，5 ，6 - 四氯吡啶、2 ，3 ，5 - 三氯 毗啶、3 5 二氯吡啶及3 , 5 , 6 - 三氯吡啶2 一酚等吡啶氯化物及其氯化衍生物。 五氯吡啶合成方面，通过固定床气固相催化氯化，由吡啶直接氯化生成五氯吡啶。对反 应装置及催化剂做了合理的改进，给出了合理的工艺条件。研究结果表明：催化剂( 7 0 c o c h 3 0 l a c l 2 c ) 是一种催化活性比较高的吡啶氯化催化剂，对于该催化剂，最优的反应条件是 反应温度3 8 0 ，氯气和吡啶摩尔比为8 5 ：1 ，接触时间为8 s ，反应物中吡啶摩尔浓度为6 在该条件下，收率约为9 0 e ，产品经乙腈提纯，纯度可达9 9 0 6 。在该条件下反应器连续运 行1 6 0 h 后，催化剂仍有较高的活性。在小试的基础上，进行了合理的工业化概念设计 年产2 0 0 0 吨五氯毗啶工业装置设计。 在2 ，3 ，5 。6 四氯吡啶合成方面，以五氯吡啶为原料，通过锌粉还原，氯化铵为供质子剂， 定位脱去氮原予对位氯原子制备2 356 - 四氯吡啶，研究了锌粉用量、氯化氨滴加速度、反 应时间等因素对该反应的影响。优化的反应条件为：反应温度为7 8 ，锌粉与五氯吡啶摩 尔比为1 5 ：1 ，氯化铵滴加时间为4 5 m i n ，反应时间为2 5 h ，该条件下收率为9 5 ，产品 纯度 9 6 。 在2 ，3 ，5 三氯吡啶合成方面，以五氯毗啶为原料，通过锌粉还原，水为供质子剂，碱性 条件下，定位脱去氮原子对位和邻位两个氯原子制各2 ，3 ，5 三氯吡啶，研究了锌粉用量，碱 液浓度，反应温度，反应时间等因素对反应的影响。优化的反应条件为：锌粉与五氯吡啶摩 尔比为4 ：1 ，n a o h 质量百分比为2 5 ，反应温度为9 0 ，反应时间为8 h ，该条件下收率能 达到6 2 3 ，产品纯度为9 5 。 在3 , 5 二氯吡啶合成方面，以五氯吡啶为原料，通过锌粉还原，醋酸为供质子剂，定位 脱去氮原子对位和两个邻位三个氯原子制备3 , 5 二氯吡啶，研究了反应时间、锌粉用量、反 应温度对该反应的影响。优化的反应条件为：反应温度为1 0 0 ，z n 粉与五氯吡啶摩尔比 为7 ：i ，反应时间为1 0 1 1 ，该条件下收率能达到6 6 5 3 ，产品经乙腈提纯，纯度可达9 8 。 在3 , 5 ，6 - 兰氯吡啶一2 - 酚合成方面，通过2 ，3 ，5 ，6 一四氯吡啶在k o h 溶液中水解，再用 5 0 h 2 s 0 4 溶液还原，制取3 , 5 ，6 三氯吡啶2 酚。研究了反应时间、反应温度及碱浓度对水 解反应的影响。优化的反应条件为：反应温度为9 5 c 。反应时间为2 0 h ，k o h 质量百分比 约1 5 ，该条件下收率能达到9 5 ，产品纯度 9 9 。 关键词：固定床，五氯吡啶、催化剂、2 ，3 ，5 , 6 四氯吡啶、2 , 3 ，5 三氯毗啶、3 , 5 二氯毗啶、3 5 , 6 - 三氯毗啶2 酚 东南大学硕士学位论文 a b s t a c t p 蜘d i n ea n dc h l o t o - p y r i d i n e smv e r yu s e f u lc h e m i c a lm a t e r i a l s ，c h e m i c a li n t e r m e d i a t e ， m e d i c a la n dp e s t i c i d ei n t e r m e d i a t e s i nr e c e n ty e a r s , t h es t u d yo ns y n t h e s i z i n gd i v e r s i f i e d c h l o r o - p y r i d i n e sh a sb e e nah o t s p o ti nc h e m i c a lf i e l d i nt h i sp a p e r , a c c o r d i n gt oag r e a td e a lo f r e f e r e n c e s , p c n t a c h l o r o p y r i d i n e , 2 , 3 ，5 ，6 - t e t r a c h l o r o p y r i d i n e ，2 , 3 ，5 - t r i c h l o r o p y r i d i n e , 3 ，5 - d i c h l o r o p y r i d i n ea n d3 , 5 ，6 - t r i c h i n r o p y r i d i n e - 2 - o lh a db e e n s y n t h e s i z e ds u c c e s s f u l l y i nt h es t u d yo f s y n t h e s i z i n gp e n t a c h l o r o p y r i d i n e ，t h ep y r i d i n eb yt h eg a s - s o l i dc h l o r i n ec r a f t o fp r e p a r i n gp e n t a c h l o r o p y r i d i n eo fc a t a l y s i so ft h ef i x e db e dh a db e e ns t u d i e d ，t h er e a c t i o n d e v i c ea n dt h ec a t a l y z e rh a db e e ni m p r o v e d ，t h eo p t i m i s t i cc o n d i t i o n so ft h i sc r a f tw a sa t t a i n e d t h er e s u l ts h o w e dt h ec a t a l y s t ( 7 0 c o c l 2 2 0 l a c l 2 ) w a sah i g ha c t i v eo n ef u rp y r i d i n e c h i o r i n a t i o n a b o u tt h i s c a t a l y s t t h e o p t i m u m r e a c tc o n d i t i o n sw e r et h e f i n i n g r e a c t t e m p e m t u r e ：3 8 0 c ，r a t i oo fc h l o r i n et op y r i d i n e ：8 5 ：1 c o n t a c tt i m e ：8 s , p y r i d i n em o l e so f c o n s i s t e n c ei nt h er o wm a t e r i a l ：6 u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s t h ey i e l dw a sa b o u t9 0 0 6 , t h ep u r l t y o ft h ep r o d u c t sw a s9 9 t h ec a t a l y s th a dg o o da c t i v i t ya n ds e l a c t i v i t ya f t e rc o n t i n u o u sw o r k i n g 1 6 0 h o nt h eb a s eo fi t , an o t i o n a li n d u s t r i a ld e s i g no f p e n t a c h l o r o p y r i d i n ew i t ha n n u a l p r o d u c t i o n2 0 0 0t o n sw a sb u i l t i nt h es t u d yo f 2 356 - t e w a c h l o r o p y r i d i n e , p e n t a c h l o r o p y r i d i n ea sa 洲m a t e r i a l r e d u c e db y z i n cd u s t , p r o t o np r o v i d e db yn i 山c i ，o n ec h l o r i n ea t o mo nt h ec o n t r a p o s i t i e no fn i t r o g e na t o m h a db e e nr e p l a c e db yh y d r o g e na t o m t h ei n f l u e n c eo f s e v e r a lf a c t o r s ，s u c ha st h ed o s a g eo f z i n c d u s t ，t h ea d d i n gt i m eo fn h 4 c i t h er e a c t i o nt i m e , h a db e e ns t u d i e d t h eo p t i m i s t i cc o n d i t i o n s w e r er a t i oo f z i n ct op y d d i n e ：1 5 ：l 。r e a c t i o nt i m eo f t h i sp r o c e s s ：2 5 i l ，a d d i n gt i m eo f n h 4 c i ： 4 5 r a i n u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，t h ey i e l dw a sa b o u t9 5 t h ep u r i t yo ft h ep r o d u c t sw a sb e y o n d 9 6 i nt h es t u d yo f 2 , 3 ，5 - t r i c h l o r o p y r i d i n e ，p e n t a c h l o r o p y r i d i n ea sar o wm a t e r i a l , r e d u c e db yz i n c d u s t , p r o t o np r o v i d e db yw a t e r , i nb a s ec o n d i t i o n , t w oc h l o r i n ea t o m so nt h ec o n t r a p o s i t i o na n d a d j a c e n tp o s i t i o no f n i t r o g e na t o mh a db e e nr e p l a c e db yh y d r o g e na t o m s t h ei n f l u e n c eo f s e v e r a l f a c t o r s ，s u c ha st h ed o s a g eo fz i n cd u s t , t h ec o n s i s t e n c eo fn a o h ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e , t h e r e a c t i o nt i m e ，h a db e e ns t u d i e d t h eo p t i m i s t i cc o n d i t i o i l sw e i - er a t i oo f z i n ct op y r i d i n e ：4 ：1 t h e c o n s i s t e n c eo fn a o h ：2 5 , r e a c t i o nt e m p e r u t u l _ e ：9 0 ，r e a c t i o nt i m eo ft h i sp r o c e s s ：8 h u n d e r t h e s ec o n d i t i o n s ，t h ey i e l dw a sa b o u t6 2 3 。t h ep u r i t yo f t h ep r o d u c t sw a s b e y o n d9 5 i nt h es t u d yo f3 ，5 - t r i c h l o r o p y r i d i n e ，p e n t a c h l o r o p y r i d i n ea sat o wm a t e r i a l ，r e d u c e db yz i n c 帆p r o t o np r o v i d 酣b ya c o i ca c i d t h r e ec h l o r i n ea t o m so nt l l ec o n t r a p o s i t i o na n da d j a c e n t p o s i t i o n so fn i t r o g e na t o mh a db e e nr e p l a c e db yh y d r o g e na t o m s t h ei n f l u e n c eo fs e v e r a l f a c t o r s ，s u c ha st h ed o s a g eo fz i n cd u s t , t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，t h er e a c t i o nt i m e ，h a db e e n s t u d i e d 1 1 1 eo p t i m i s t i cc o n d i t i o n sw f f f er a t i oo fz i n ct op y r i d i n e ：7 ：1 r e a c t i o nt e m p e r a t u r e ：1 0 0 , r e a c t i o nt i m eo ft h i sp r o c e s s ：1 0 h u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s t h ey i e l dw a sa b o u t6 6 5 3 t h e p u f f t yo f t h ep r o d u c t sw a sb e y o n d9 8 i nt h es t u d yo f3 , 5 ，6 - t r i c h l o r op y r i d i n e - 2 - o l ，2 , 3 ，5 ，6 - t e t r a c h l o r o p y r i d i n eh y d r o l y z e di nk o h s o l u t i o n , t h e nr e d u c e db y5 0 v i t r i o ls o l u t i o n t h ei n f l u e n c eo fs e v e r a lf a c t o r s ，t h er e a c t i o n t e m p e r a t u r e ，t h er e a c t i o nt i m e , t h ec o n s i s t e n c eo fk o h h a db e e ns t u d i e d 1 1 1 eo p t i m i s t i c c o n d i t i o n sw e r er e a c t i o nt e m p e r a t u r e ：9 5 , r e a c t i o nt i m eo ft l l i sp r o c e s s ：2 0 h , t h ec o n s i s t e n c eo f a b s l a c t k o h ：1 5 u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s 。t h ey i e l dw a sa b o u t9 5 ，t h ep u r i t yo ft h ep r o d u c t s 、憎 b e y o n d9 9 k c yw o r d s ：f i x e db e d ，p e n m c h l o r o p y r i d i n e ，c a t a l y s t2 a 5 ，6 - t e t r a c h l o r o p y r i d i n e , 2 , 3 ，5 - t r i c h l o r o p y r i d i n e ，3 , 5 - d i c h l o r o p y r i d i n ea n d3 , 5 ，6 - t r i c h l o m p y r i d i n e - 2 - o l m 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所里交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：二硅导师签名： 前言 前言 吡啶氯化物及其氯化衍生物，都是重要的化工原料，主要用于制备系列以毗啶环为 母体的农用和医用中间体。我国是一个农业大国，每年需要大量的农药。但是目前市售的 很多农药都不能符合安全性标准，普遍存在毒性太强、杀虫范围小、残留时间长、降解效 果差等问题，直接对人畜产生极大的危害，更不利于我国农业的可持续发展。而毗啶的各 种氯化物及其氯化衍生物是生产各种高效、广谱、低残留、低抗药性的杀虫剂和除草剂的 中间体。本课题目的在于研究各种吡啶氯化物的生产工艺，在前人基础上优化现有工艺条 件，尤其对吡啶气固相催化氯化制备五氯吡啶的工艺，通过对不同催化剂、不同反应条件 的研究，解决常见的吡啶结焦、反应器堵塞问题，使得反应器能够连续、安全的生产，并 在小试的基础上，给出合理的工业化设计。对于其它几种重要的吡啶氯化物及其氯化衍生 物，通过对各自反应条件的研究，获得优化的工艺条件。 东南大学硕士学位论文 1 1 吡啶 第一章文献综述 吡啶是吸湿性较强的无色液体，有特殊的臭味，熔点- 4 2 0 ，沸点1 1 5 6 c ，相对密度 0 9 8 3 ( 2 0 ) ，折射率1 5 0 9 ( 2 】) 。闪点2 0 ，自燃点4 8 2 。与水、醇、醚及多种有 机溶剂互溶，呈现碱性；易吸收空气中的水分，可用苯共沸蒸馏。吡啶及其衍生物广泛分 布在自然界中，主要用于医药工业制磺胺、无味核霉素、维生素a 、可的松、以及驱虫药、 局部麻醉药等；还用于高级印花布的稳定性、合成橡胶促进剂、涂料溶剂、合成树脂的缩 合剂；也用于制造乙烯基吡啶、农用杀虫剂( 毒死蜱) 、除草剂( 百革枯) 等。 1 2 一氯代吡啶 一氯代吡啶的代表性物质是2 一氯毗啶，它是无色或淡黄色的透明液体，熔点- 4 6 1 2 ，沸 点1 7 0 c ，相对密度为1 2 0 1 2 1 8 ，闪点6 8 ，难溶于水，可溶于乙醚、醇。它和3 氯吡 啶、4 一氯毗啶都是重要的药物中间体，2 氯吡啶的应用最为广泛，下面重点介绍以下2 氯 毗啶的用途。i i “1 2 氯吡啶的合成始于1 8 9 1 年，随着实验条件的不断改善和化学理论的逐步完善，已经 发展了一些新的合成方法，从所用的原料可以分为三种：( 1 ) 毗啶衍生物的氯化；( 2 ) 吡 啶的直接氯化；( 3 ) 其他环合的方法。 路线l ：以2 氨基吡啶为原料来制取： 路线2 ：以2 - 羟基吡啶为原料制取： 路线3 ：以吡啶为原料经氧化、氧化、还原来制取： 0 蛆9 旦q 产 占占 路线4 ：以毗啶为原料直接氯化来制取： 0 l 队 q 。吼_ h 卜 2 第一章文献综述 n 、酽h h 趣l 【 路线2 原料来源难且需要通入光气，可操作性不大，不利于环境保护；路线3 原料简 单，但步骤比较多，造成整体收率低；路线4 原料易得，但工艺要求高，有副产物，单程 收率低，但此路线经过优化改进，有比较好的工业化价值。国内天津师范大学【1 】对路线4 做了大量研究，相关机理、实验研究都有重要进展。主要生产厂家有天津、武汉、衢州、 四川等地。 2 氯吡啶是一个重要的化工中间体，主要用于医药和农药的合成，其中某些产品已经 广泛应用于日用化工和农作物保护中，市场前景很为看好。在日本只有住友企业可以大量 生产。对于我国这样一个人口和农业大国，2 一氯吡啶的合成研究无疑是很有意义的。下面 就2 一氯吡啶在医药和农药方面的用途作以简单的介绍： 1 用于医药和日用化工的合成： ( 1 ) 医药方面2 - 氯吡啶中的氯原子能够被亲核试剂取代，如苯乙腈和2 氯吡啶用强 碱吡啶基化( p y r i d y l a t i o n ) ，然后再烷基化、水解和脱羧，可生产抗组胺剂非尼腊明 ( p h e n i m m i n c ) ( i ) 以及抗心率不齐药达叔平( d i s p y m m i d e ) ( ) 1 ( 2 ) 日化方面2 - 氯毗啶氧化后得2 氯吡啶氮氧化物，它和硫氢化钠反应后得巯氧 毗啶( 1 1 1 ) 。巯氧毗啶锌盐为杀真菌剂，主要用于生产洗发剂。2 - 氯毗啶还可以用来合成吡 硫霉净( 2 巯基吡啶n 氧化物钠) 以及其他一些防腐剂。 产栌眯一皂 唯 2 用于农药的生产 ( 1 ) 2 - 氯吡啶氮氧化物经过硝化得2 氯4 硝基吡啶，还原后得2 氯4 氨基毗啶，它 是制备氯吡脲( f o r c h l o r f e n u r o n ) o v ) 的必备中间体。 趾l o 氯吡脲是一类全新的高活性、低毒、广谱植物生长调节剂，具有细胞分裂活性，其作 用机理与嘌呤型细胞分裂素( 激动素、玉米素) 相同，但活性比它们高1 0 1 0 0 倍，实践 证明，氯毗脲对许多作物都有非常深远的作用，如花期前施用，可以诱导单性结实成无籽 果，提高作物的座果率；花期或花后施用时，可以增大果实，因而显著提高了农作物的产 量和果实品质，已用于粮食作物、瓜、果、蔬菜、某些经济作物和观赏植物。 也叫峪 o _ 吼 q 东南大学硕士学位论文 鬣喜p 丹鸭k v i i：贼v i i i 邺删 1 3 二氯代毗啶 主要有2 ，3 、2 , 4 - 、2 , 5 、2 , 6 - 、3 , 5 - 等几种二氯吡啶，它们的熔点大约在4 0 9 0 c ，它 们也都是重要的医药中问体尤其是3 , 5 二氯吡啶及2 , 6 - - - 氯吡啶，发展潜力很大。 1 3 13 ，5 _ 二氯吡啶 3 ，5 二氯毗啶常温下为白色晶体，熔点6 3 - 6 5 ，易升华，分子量1 4 8 1 ) 3 ，5 一二氯吡啶的应用 3 ，5 一二氯毗啶是生产各种农用和医用产品的重要中间体。 在农用方面，3 , 5 - 二氯吡啶可以用来制备各种高效、低毒、低残留的杀虫剂和除草剂， 如由3 ，5 - 二氯吡啶制备的各种二环胺化物是一系列高效低毒杀虫剂。例如由3 , 5 二氧吡啶 合成化合物( i ) ，是一种高效的杀虫剂 ( 1 ) 在医用方面，3 ，5 一二氯吡啶可以用来合成各种消炎药、抑制剂、抗生素、镇静剂等， 如制各螺环酰胺一类药物化合物，该类化合物可作为心理药物来治疗心理、记忆上的缺陷。 认识混乱等，例如：帕金森症和精神分裂症等1 4 0 一。 由3 ，5 一二氯吡啶制备化合物( 1 i ) ，是4a i n t e g r i n 的抑制剂( 4a - i n t e g r i n 是一类 细胞黏连的受体，经常增加细胞与有益基质的黏连而促进细胞的存活，对于肿瘤细胞的生 长至关重要。一种i n “翟妇的抑制剂能够诱导内皮细胞的死亡，导致肿瘤的萎缩) 。 ( 1 i ) 由3 ，5 二氯吡啶合成( i i i ) ，是一种治疗认识混乱症的药物。 4 第一章文献综述 ( n 1 ) 由3 , 5 二氯吡啶合成化合物( ) ，为p r o t e i nk i n a s e 阻碍剂( p r o t e i nk i n a s e 是蛋白质 磷酸酵素，在细胞内与细胞间占有重要的传达控制角色，同时也被认为是与各种病因息息 相关的物质。近年来在医药及生物技术领域的调查分析上富有业绩的瑞典调查公司b i o s e e k e rg r o u p ，针对p r o t e i nk i n a s e 阻碍剂市场进行调查分析，并出版综合报告书”b s oa n a l y t i c a lt 0 0 1 p r o t e i nk i n a s el n h i b i t o r s ”。该报告书针对p r o t e i nk i n a s e 阻碍剂开发企业的概 要、组成、新技术、合作关系与竞争环境、相关专利情报与新药的开发状况等进行评估) 嗍。 ( 1 v ) 由此可见，3 , 5 - 二氯毗啶在农用和医用方面有着极大的研究价值。 2 ) 3 , 5 一二氯吡啶的合成方法 3 , 5 二氯毗啶的合成国内未见报道。国外近年来对该化合物的合成给予较大的关注。 主要的有：日本的t a j i k a 等由2 , 3 ，5 三氯吡啶、2 ，3 ，5 ，6 四氧吡啶、五氯吡啶分别合成3 ， 5 二氯吡啶，有较好的收率，但其合成过程中要用到价格昂贵的钯和铂做催化剂鸭 c l 三墩： a y y a c v - 卫n - - o a 联 p t , p d p t p d a p a a u d a u d 美国的b r o w n 用2 ，3 ，5 三氯吡啶及2 ，3 ，5 ，6 - 四氯吡啶合成3 , 5 一二氯吡啶，其合成过程 中避免了使用贵金属催化剂。但其原料2 ，3 ，5 - 三氯毗啶和2 , 3 ，5 ，6 四氧吡啶较难获得i s ： 东南大学硕士学位论文 a c i c i a u a d u a 1 3 22 ，6 _ = 氯吡啶 2 , 6 - - - 氯吡啶用于合成农药中间体，用作杀菌剂；合成吡扎地尔( p 的z a d i i ) 用于降血脂、 抗血小板聚集药物；合成麝香吡啶( 香料) 等。1 2 1 关于2 ，6 二氯吡啶的应用国内外文献报道主要有以下用途：( 1 ) 2 , 6 - - - 氯吡啶在混酸中 硝化得到2 , 6 - - 氯- 3 硝基吡啶，根据与硝基相邻的氯原子能优先定量与氨反应，造成两个 氯原子与胺反应性有较大的差别这一特性，作为重要药物合成的原料；( 2 ) 2 , 6 - - - 氯吡啶 本身就可做杀菌剂，将其用氢氧化钠水解，然后氯化得到3 , 5 ，6 - - - - 氯吡啶酚，该品用于合 成目前全球广泛使用的高效、广谱、低残留杀虫杀螨剂o 。o - - 7 基，d 3 ，5 。6 - - - 氯- 2 毗啶基 磷酸酯( 即毒死蜱) ；( 3 ) 香料的合成，麝香吡啶的右旋体是从麝鹿体内得到的天然麝香的 香气成分之一，其消旋体，以前采用复杂的合成路线合成，收率非常低，国外开发出以2 6 - 二氯吡啶与2 甲基1 ，1 0 - - - 溴十烷的双g r i g n a r d 试剂，以二氯1 , 3 - - - - ( 二苯膦基) 丙烷镍 为催化剂，在四氢呋喃溶剂中反应，一步合成该消旋体。 2 ，6 二氯吡啶的合成主要是通过2 氯吡啶一步氯化法，是在紫外线照射下，2 氯吡啶溶 解在卤代烃中，与氯气进行反应制备2 ，6 - 二氯吡啶。要求选择低于2 一氯吡啶沸点值的卤代 烃作溶剂，与2 氯毗啶投料摩尔比控制在2 0 ：l 5 0 ：l 之问，并且氯化反应是在液相中 进行的。用卤代烃作为溶剂，卤代烃举例如下：二氯甲烷、二氯乙烷、四氯化碳、三氯乙 烯、三氯乙烷、四氯乙烯、三氯丙烷、四氯丙烷、五氯丙烷、六氯丙烷、七氯丙烷、八氯 丙烷、氟氯甲烷、一氯二氟甲烷、三氯一氟甲烷、= 氯二氟甲烷、二氯二氟乙烷、三氯一 氟乙烯、三氯二氟丙烷、三氟三氯丙烷、四氯一氟丙烷、五氯一氟丙烷、五氯二氟丙烷、 五氯三氟丙烷等。从以上这些溶剂中可使用一种，也可使用两种或两种以上的混合溶剂。 目前2 , 6 - - - 氯吡啶主要是以销定产。国内尚未见大规模生产的报道。在日本主要有住 友精化公司和广荣化学工业公司以2 一氯毗啶生产2 , 6 - 二氯吡啶。 1 4 三氯吡啶 目前常见的是2 3 ，5 一三氯吡啶和2 3 ，6 - 三氯吡啶。 1 4 1 2 ，3 ，5 一三氯吡啶 2 ，3 ，5 三氯吡啶为白色结晶，熔点5 0 ，不溶于水和稀酸，溶于乙醚、丙酮、氯仿和 苯，易溶于乙醇和石油醚，是合成多种农药的中间体，以本品为原料可制杀虫剂、除草剂 唧2 , 3 ，5 三氯吡啶还可用于制备近年投放市场的除草剂嗯草醚。 2 ，3 ，5 三氯吡啶的合成：s e l l 最先提出将毗啶与五氯化磷在密闭试管中2 1 0 2 2 0 反 应制备2 。3 5 - 三氯吡啶： 0 + 吲s c i 2 1 0 - 2 2 0 但其收率很低，副产很多，不易分离。 其后有人提出将吡啶盐酸盐与氯气在气相条件来制备2 3 ，5 一三氯吡啶，该方法要求以 3 ，5 - 二氯吡啶为起始反应物才能够较高产率得到2 3 ，5 一三氯吡啶，反应的温度为3 4 0 4 0 0 ： 6 第一章文献综述 a p a 掣l o 删 该反应深度不易控制，副产物多，作为起始反应物的3 , 5 一二氯毗啶也是不容易获得的。因 而造成生产成本高，不利于实现工业化。 k a l a m a c h e m i c a l 公司则进一步提出液相法制备2 ，3 ，5 一三氯毗啶的工艺，该工艺采用高 压条件下先将吡啶制成相应的盐酸盐，其后与液氯反应制备三氯毗啶【1 0 】，反应中温度为1 5 0 ( 温度过低或过高将使收率降低，副产物增加) ，反应每隔4h 左右需要停止反应将反应中 比重大的产物移出，该工艺需要在高压条件下进行反应，对设备的要求比较高。操作复杂，收 率较低，不利于实现工业化。 d o w 公司l i ”和c i b a g e i g y l l 2 1 公司相继在1 9 7 8 年和1 9 8 1 年提出了以2 ，3 ，5 ，6 - 四氯吡啶或 者五氯吡啶为原料在碱性条件下用锌粉还原制备三氯吡啶的工艺。该工艺具有操作相对简 便，安全性高的优点。 在1 9 7 9 年c i b a g e i g y 公司又开发了以三氯乙醛和丙烯腈为原料，催化闭环法制各三氯 毗啶的工艺，收率也是比较令人满意的【1 3 j ，该工艺对设备的要求比较高，反应中压力上升较 快。反应不易控制。 其它的合成方法还有氨基二氯吡啶法及三氯4 甲醛缩丁腈脱水闭环法。 氨基二氯吡啶法是以氨基二氯吡啶为原料经桑德迈尔反应而制得，其反应的方程式如 下； 该方法的优点在于反应在常温下进行，易于操作，收率高。但其原料氨基二氯吡啶不 易获得。 三氯4 甲醛缩丁腈脱水闭环法是三氯乙醛和丙烯腈在催化剂的存在下进行加成反应， 得到2 , 4 ，4 三氯甲醛缩丁腈，进而脱水环化即可制得，其反应方程式如下： c c k c h o+ c h 尸c h c nj 盗l o h c c c k c 心c h c j c n _ 取三 ：h 2 q y 、丫 该方法的优点在于原料易得，但是总收率较低。 1 4 22 ，3 ，6 _ 三氯吡啶 2 , 3 , 6 - - - 氯吡啶，白色晶体，熔点5 6 c 左右。其合成方法目前主要是通过2 , 6 - - 氯吡啶 光氯化法。反应在l o u i s 酸的催化作用下进行。 l o u i sa d d c i c k 1 5 四氯毗啶 1 5 1 2 ，3 ，5 ，6 _ 四氯毗啶的合成 目前制备2 , 3 ，5 ，6 - 四氯吡啶主要有如下的几种方法：氯化法、五氯吡啶脱氯法、分子闭 和成环法，但以前两种最为常用。 氯化法包括液相催化氯化法、气相催化氯化法和直接氯化法 7 东南大学硕士学位论文 1 ) 液相催化制备2 ，3 ，5 ，6 四氯吡啶： 液相催化法主要在液相条件下制取2 , 3 ，5 6 四氯吡啶。主要通过2 氯、2 , 3 二氯、2 。5 二氯、2 ，3 ，5 - 三氯岳三氯甲基吡啶等氯化吡啶和氯气在l e w i s 酸催化剂( 如锌、铁、铝、钼、 铌、钨、钌、钽的氯化物，但主要使用的催化剂是铝和铁的氯化物，以及金属铝和铁，首 选氯化铁。) 的作用下，在大气压或高压状态下，于1 6 0 2 4 0 的温度范围内反应生成。 是以在一定温度下将氯气通入液相原料中进行反应。 d o n a l dj p e r e r i e 在其专利【14 j 中介绍了以一系列吡啶的氯化衍生物的混合物为起始原 料( 包括3 , 5 二氯，2 ，3 ，5 三氯，2 3 矗三氯代吡啶) 与氯气反应制各2 , 3 ，5 ，6 - 四氯吡啶的方 法，反应历程是，将原料置于装有搅拌器，回流管，和气体喷头的玻璃仪器中，之后在搅 拌的条件下加入催化剂氯化铁( 用量为溶液质量的o 0 5 3 ) ，之后反应升温至2 0 0 并 由喷头通入氯气，在此条件下反应2 - 6 小时，可得2 3 ，5 ，6 - 四氯吡啶和五氯吡啶的混合物， 2 , 3 。5 ，6 - 四氯吡啶含量为7 3 左右； 2 ) 气相催化制备2 ，3 ，5 ，6 - 四氯吡啶： 气相催化法主要在气相条件下制取2 ，3 ，5 声四氯吡啶主要通过2 氯5 一三氯甲基吡啶、 2 甲基吡啶、2 ，6 二氯甲基毗啶等汽化后进入反应器和氯气在l e w i s 酸催化剂的作用下生成 2 , 3 。5 ，6 - 四氯吡啶。 a l l p h i n , c l a r kp 的专利i l ，j 重点介绍了以2 一氯一5 一三氯甲基毗啶为原料与氯气在固定床中 制备2 , 3 ，5 ，6 - 四氯吡啶的方法。该法是将2 氯5 三氯甲基吡啶溶于四氯化碳中( 浓度为 l o ) ，用泵将其带入汽化装置，汽化后用氮气带入固定床，氯气同时进入固定床，于2 5 0 至4 0 0 内反应，用o 的冰水冷凝并收集冷凝液。气体用氢氧化钠吸收中和后捧空。最高 收率为2 7 。 3 ) 直接氯化法：以3 ，3 ，5 - - - - 氯戊二酰胺为原料，以三氯氧磷为氯化剂制备2 ，3 ，5 ，6 四氯 吡啶。 n i e i sf r i i s 的专利【l ”阐述了这一方法。将11 9 3 ，3 ，5 三氯戊二酰胺，1 3 8 9 三氯化磷和 1 5 4 9 三氯氧磷充分混合后。通入氯气，于5 下反应2 h ，然后蒸出三氯化磷和三氯氧磷， 得7 0 克固体，其中含6 8 5 2 ，3 ，5 ，6 - 四氯吡啶。方程式如下： 4 - 2p o e t , 腻： - - + c i ，n i 五氯毗啶脱氯法：五氯毗啶法是以五氯吡啶被锌粉等还原脱氯生成2 3 5 , 6 - 四氯毗啶的 方法。 g a i l e v r i e l a n d 的专利1 1 中，将五氯吡啶、碘化钠、碳酸钠( 1 ：2 ：1 ) 置于1 5 0 m l 圆 底烧瓶中，用d m a c 溶解，加热至1 6 0 ( 2 ，在此条件下保持搅拌并加入甲酸钠，可得2 3 ，5 ，6 - 四氯毗啶，收率为8 6 ，其中五氯吡啶的转化率为9 6 1 ，2 ，3 ，5 ，6 - 四氯毗啶的含量为 8 9 8 。 分子闭和成环法：以2 2 ，4 - 三氯4 - 氰基丁酸酯为原料，在三氯氧磷和氯化氢的作用下 闭合成环制备2 , 3 ，5 ，6 - 四氯吡啶。 y o u v a ls h v o 的专利1 1 5 1 中介绍了这一方法。将1 2 ，0 9 2 ，2 ，4 三氯4 氰基丁酸酯，4 0 m l 三 氯氧磷，和1 5 9 干燥的氯化氢置于一玻璃反应器中，用油浴加热至1 4 0 ，反应1 0 1 1 后， 8 +o 。l 占 2 一n + 举 第一章文献综述 将体系冷却至常温，然后蒸出三氯氧磷，然后加入冰块，并搅拌1 5 m i n ，用二氯甲烷萃取， 分出二氯甲烷层，并蒸出氯化甲烷，收集白色结晶，得9 6 克2 ，3 ，5 , 6 四氯吡啶( 收率9 0 6 ) ， 方程式如下： 几种翻各法的比较：液相催化氯化法比较成熟，但缺点是反应速度慢，反应时间长， 且副产物较多。气相催化氯化法反应速度快，用时短，缺点是操作条件严格，若控制不当， 易发生氯化量不足或过氯化的问题。直接氯化法和分子闭合成环法虽然反应方程式均是一 步反应，但是直接氯化法的反应收率低，分子闭合成环的反应时问长，且其中用到氯化氢， 体系要保持无水。且二者的后续操作也比较多，如直接氯化法还无法得到较纯的2 , 3 , 5 。6 - 四氯吡啶，产物中还有3 , 5 , 6 三氯吡啶和3 ，3 ，5 ，5 四氯戊二酰胺。 用五氯吡啶脱氯制备，收率高，选择性好，虽然五氯毗啶的国内产量低，但近来五氯 吡啶的合成方法已得到解决。 1 5 2 2 3 ，5 ，6 一四氯吡啶的应用 主要用途是合成3 ，5 j 三氯吡啶2 酚，进一步农药生产毒死蜱 c c 骐酬3 6 83 7 3 kc 骥r k 一3 5 8 k 飙h 飞i “ c 氏a 俐 1 6 五氯吡啶 五氯吡啶具有较高的生物活性和内吸性，因而可用作农药、医药及染料合成的中间体。 五氯吡啶是以吡啶为原料经深度氯化而制得。吡啶的氯化技术一直是研究热点，也是世界 性难题，目前只有美国道氏公司等极少数公司掌握了这项技术，并实现了工业化生产，其 技术处于高度保密状态。中国工程物理研究院研究设计并建立了吡啶氯化反应的装置，并 对该装置进行了改进和完善，有效地降低了毗啶自聚、结晶及生成其他副产物的程度。从 五氯吡啶开发合成的一系列农药具有广谱、高效和低毒的特点，对农业发展和生态保护具 有重要的意义，目前其需求量不断增加，市场潜力非常广酣“埘j 目前主要用于农药毒 死蜱的合成。 本实验室杨浩师兄在五氯吡啶合成方面做了大量工作，积累了宝贵的经验，优化的实 验结果为： 催化剂为2 0 c m l z 8 0 l a c z 较适宜，原料配比值为8 左右较适宜，适宜的反应温度为 3 3 0 3 4 0 ，在内径为5 0 m 的固定床反应器中，装填催化剂量为4 0 0 9 左右时，最佳的吡 啶流量约为2 8 0 m l h ，转换为吡啶的液体空速为0 7 l ( k g h ) 。上述的条件下，最高收率 可达8 0 ，在催化剂连续使用4 2 h 后，吡啶转化率为7 1 ，五氯吡啶收率6 2 其主要的不足之处有三点： 1 ) 五氯毗啶收率较低，最高只有8 0 ，且随着催化剂的连续使用收率不断降低，副产主要 为吡啶盐酸盐和2 ，3 ，4 ，5 - 四氯吡啶，给后面的分离工作带来相当大的困难。 2 ) 预热器、固定床反应器和冷凝器容易堵塞，没能解决吡啶焦化的问题。 3 ) 反应过程不稳定，温度波动较大，生产的安全性和连续性差。 1 7 3 ，5 ，e - - - 1 吡啶_ 2 酚 3 , 5 ，6 三氯毗啶- 2 一酚是合成农药毒死蜱的必备中间体，毒死蜱是迄今为止世界上产量最 大的农药品种之一。 9 东南大学硕士学位论文 三氯吡啶酚的合成，根据反应的合成路线，可分为吡啶路线和环合路线。 1 7 1 毗啶法 此方法是吡啶在催化剂存在下，经高温气相氯化生成五氯吡啶，再经过选择性还原为 四氯吡啶，水解酸化后即得三氯吡啶酚旧“纠。 具体操作分为三步骤： ( 1 ) 吡啶的高温气相氯化：在一管式固定床反应器中进行( d = 2 0 m m ，l = 1 0 0 1 ) 把b n c i ：、 c o c h 、l a c l 。等催化剂负载在活性炭上，将催化剂预热至设定温度( 3 2 0 3 8 0 c ) ，井通入 氯气活化2 h ，然后将氯气，氮气和吡啶的高温气体混合物( 混合物中吡啶的体积含量应在 5 1 0 ) 通入反应器，控制物料流量与比例。反应后的混合气经冷却、结晶、分离得五 氯吡啶。 ( 2 ) 五氯吡啶的还原：在一个带搅拌器、回流冷凝管、温度计和滴液漏斗的四口烧瓶中 进行，加入五氯吡啶和乙腈开动搅拌器并加热回流，直至五氯吡啶全部溶解，向混合物中 添加适量锌粉，并缓缓滴加n i 山c i 水溶液，反应数小时后向混合物中加入适量浓盐酸，蒸 出溶剂乙腈后再加入盐酸搅拌1 h ，冷却、结晶、过滤得白色固体，即为2 ，3 ，5 ，6 - 四氯吡啶。 ( 3 ) 四氯吡啶的水解：在一带有搅拌器、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中进行，加入 四氯吡啶和适量氢氧化钾水溶液，搅拌加热至9 5 c 1 0 0 * c ，反应至四氯吡啶消失，将反 应后溶液在8 5 左右过滤，除去不溶物质，滤液为吡啶酚钾水溶液，向溶液中加入5 0 炳 酸至溶液呈酸性，冷却、过滤、洗涤、烘干得三氯吡啶酚。 反应方程式如下： f 、坠。墅k 夕c o c i 弗。 c