（应用化学专业论文）环化法合成23二氯5三氟甲基吡啶的研究.pdf

川 摘要 2 ，2 二氯3 ，3 ，3 三氟丙醛是环化法合成2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶的 重要原料，本文以相同的原料l ，l ，1 三氟三氯乙烷，经过两种路线合成2 ， 2 二氯3 ，3 ，3 三氟丙醛。第一种路线是v i l s m e i e r t y p e 甲酰化路线，以1 ，l ， 1 三氟三氯乙烷，三甲基氯硅烷和n n 二甲基甲酰胺作为起始原料合成l ，l 。1 三氟2 ，2 - 二氯一3 二甲氨基3 三甲硅氧基丙烷，然后在酸性条件下水解得到2 ， 2 二氯3 ，3 ，3 三氟丙醛：其中对水解反应提出了可能的反应机理，改进了合 成工艺，收率提高为8 6 3 。v i l s m e i e r t y p e 甲酰化法考察了反应温度、时间、 原料配比、锌粉活化程度、超声波以及搅拌方式及水解条件等方面对反应的影 响，由v i l s m e i e r t y p e 甲酰化路线合成醛的反应收率为4 8 5 。 第二种路线是c r i e g e e 臭氧氧化路线，以1 ，1 ，1 三氟三氯乙烷，甲基丙 烯酸甲酯为原料通过经典的加成反应合成2 ，4 ，4 一三氯一5 ，5 ，5 一三氟- 2 - 甲基 戊酸甲酯，然后在氟化钾的作用下脱去氯化氢生成4 ，4 一二氯一5 ，5 ，5 一三氟2 甲基2 戊烯酸甲酯，最后采用臭氧氧化、锌粉还原得到2 ，2 二氯3 ，3 ，3 三氟丙醛。其中，改进了c r i e g e e 臭氧化路线加成反应工艺，收率达9 0 ；研 究了消除反应中脱氯化氢的札依采夫( s a y t z e f f ) 和霍夫曼( h o f m a n n ) 反应机理，讨论 了副产物对反应的影响，通过改变条件控制反应的副产物生成。从而优化了反 应条件，收率为6 7 5 。c r i e g e e 臭氧化法考察了反应时间、温度、催化剂、 反应釜内衬、原料配比、碱的种类、溶剂极性、臭氧浓度、还原条件等方面对 反应的影响，由c r i e g e e 臭氧氧化路线合成醛的反应收率为4 1 6 。；以2 ，2 二氯3 ，3 ，3 三氟丙醛和丙烯腈为原料环化合成了2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶。 关键词：2 ，2 二氯一3 ，3 ，3 - 三氟丙醛v i l s m e i e r - t y p e 甲酰化反应 水解反应 c r i e g e e 臭氧化反应加成反应消除反应 叶，f-严 ij置 矗飞0j a b s t r a c t 2 , 2 - d i c h l o r o 3 ，3 ，3 一t r i f l u o r o p r o p i o n a l d e h y d ei s ai m p o r t a n ts t a r t i n g c o m p o u n do fs y n t h e s i z i n g2 , 3 一d i e h l o r o 一5 - t r i f l u o r o m e t h y l p y r i d i n eb yc y c l i z a t i o n i n t h ep a p e r ，t w om e t h o d so fs y n t h e s i z i n g 2 , 2 一d i c h l o r o - 3 ，3 ，3 t r i f l u o r o p r o p i o n a l d e h y d ew a sa d a p t e db a s e do ns a m ec o m p o u n d1 ，1 ，1 一t r i f l u o r o t r i c h l o r o e t h a n e a n dp r i m a r y 。s t u d yo ns y n t h e s i so f2 ，3 一d i c h l o r o - 5 一t r i n u o r o m e t h y l p ”i d i n e t h e f i r s tm e t h o di sv i l s m e i e r - t y p ef o r m y l a t i o n r e a c t i o n ，1 ，1 ，1 t r i f l u o r o 3 d i m e t h y l a m i n o - 3 - t r i m e t h y l s i l y o x y p r o p a n ew a so b t a i n e dt h r o u g h1 ，1 ，1 t r i f l u o r o t r i e h l o r o e t h a n e ，t r i m e t h y l e h l o r o s i l a n ea n dd i m e t h y l f o r m a m i d ei nt h ef i r s tr o u t e t h e n2 , 2 - d i c h l o r o 一3 ，3 ，3 一t r i f l u o r o p r o p i o n a l d e h y d e m a yp r o d u c e db yi t sh y d r o l y s i s i nt h e h y d r o l y s i s ，t h er e a c t i o nm e c h a n i s mw a sp u tf o r w a r d ，t h es y n t h e s i s w a si m p r o v e di n h i g hy i e l d s ( 8 6 3 ) ；t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，t i m e ，r a t i o ， a c t i v a t i o no fz i n cp o w d e r ，u l t r a s o u n d ，a g i t a t i o na n dc o n d i t i o no fh y d r o l y s i s ，t h et o t a ly i e l d si s4 8 5 t h es e c o n dr o u t ei s c r i e g e eo z o n i z i n gr e a c t i o n 2 , 4 ，4 t r i c h l o r o 5 ，5 ，5 t r i f l u o r o - 2 一m e t h y l p e n t a n o a t e m e t h y l e s t e rc a nb es y n t h e s i z e do n1 ，1 ，1 t r i f l u o r o t r i c h l o r o e t h a n ea n dm e t h y lm e t h a c r y l a t et h r o u g hc l a s s i c a la d d i t i o n r e a c t i o n ，t h e n 4 ，4 - d i c h l o r o - 5 ，5 ，5 一t r i f l u o r o - 2 - m e t h y l 一2 一p e n t e n e c a r b o x y l i ca c i dm e t h y le s t e rc a nb ea c h i e v e d e a s i l ya c c o r d i n gt oe l i m i n a t i o nr e a c t i o nb yd e h y d r o c h l o r o g e n a t i o n u s i n gb a s es u c h a s p o t a s s i u mf l u o r i d e a tl a s t ，2 , 2 d i e h l o r o 3 ，3 ，3 t r i f l u o r o p r o p i o n a l d ew a so b t a i n e db yo z o n i z i n gu s eo z o n e d u r i n gt h er o u t e ，t h ei m p r o v e ds y n t h e s i sw a nd i s c o v e r e di na d d i t i o nr e a c t i o ni n h i g hy i e l d ( 9 0 1 ) ， t h em e c h a n i s mo fd e h y d r o c h l o r o g e n a t i o na b o u t s a y t z e f fa n dh o f f m a n ni nt h ee l i m i n a t i o nw a ss t u d i e d ，a n dt h ee f f e c to fs i d e p r o d u c t i o n o nr e a c t i o nb yc o n t r o l l i n gc o n d i t i o nw a sd e b a t e d ，t h ey i e l dw a sh a n c e dt o6 7 5 t h ee f f e c t o ft i m e ，t e m p e r a t u r e ，c a t a l y s t ，r a t i o ，u n d e r l a y e r ，b a s ea n d s o l v e n t ，c o n c e n t r a t i o na n ds oo nw e r ep r e s e n t e d t h et o t a l y i e l d i s41 6 p r i m a r y s t u d yo ns y n t h e s i so f2 , 3 - d i c h l o r o - 5 一t r i f l u o r o m e t h y l p y r i d i n eb y c y c l i z i n g k e y w o r d s ： 2 , 2 一d i e h l o r o 一3 ，3 ，3 - t r i f l u o r o p r o p i o n a l d e h y d ev i l s m e i e r - t y p e f o r m y l a t i o nh y d r o l y s i sc r i e g e eo z o n i z a t i o na d d i t i o n e l i m i n a t i o n ，l， -f， h l ， 环化法合成2 3 二氯- 5 三氟甲基吡啶的研究 目录 1 前言1 2 文献综述2 2 1 当今农药研发趋势2 2 2 含氟农药的现状、特点及发展2 2 3 含氮杂环化合物在新农药创制中的广泛应用一3 2 4 2 ，3 一二氯一5 一三氟甲基毗啶研究意义与应用5 2 5 2 ，3 一二氯一5 一三氟甲基吡啶合成方法综述一7 2 5 1 羧酸转换法“7 2 5 2 由2 氯5 三氟甲基吡啶合成7 2 5 2 1 2 氯5 三氟甲基吡啶的合成7 2 5 2 2 由2 氯5 三氟甲基毗啶合成8 2 5 3 卤交换法9 2 5 3 1 2 ，3 二氯5 三氯甲基吡啶的合成9 2 5 3 2吡啶基三氯化物与氟交换法1o 2 5 4 环化法生成2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶1 2 2 5 4 1 醛的合成方法1 2 2 5 4 2 2 ，3 一二氯一5 一三氟甲基吡啶的合成方法1 4 3 实验部分1 5 3 1 主要试剂及规格1 5 3 2 实验装置1 6 3 3 主要仪器1 7 3 4 实验方法：17 3 4 1 2 ，2 一二氯一3 ，3 ，3 三氟。丙醛的合成1 7 3 4 1 1 v i l s m e i e r - t p y e 甲酰化路线：1 8 3 4 1 1 1 1 ，l ，1 一三氟一2 ，2 一二氯3 二甲氨基3 三甲硅氧基丙烷的合成18 环化法合成2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶的研究 3 4 1 1 22 ，2 二氯3 ，3 ，3 三氟丙醛的合成1 8 3 4 1 1 3副产物六甲基二硅氧烷的收集与验证1 9 3 4 1 2c r i e g e e 臭氧化路线：1 9 3 4 1 2 12 ，4 ，4 三氯5 ，5 ，5 三氟2 甲基戊酸甲酯的合成1 9 3 4 1 2 24 ，4 二氯5 ，5 ，5 三氟2 甲基2 戊烯酸甲酯的合成l9 3 4 1 2 32 ，2 二氯3 ，3 ，3 三氟丙醛的合成2 0 3 4 2 2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶的合成2 0 4 结果与讨论2 1 4 1论文构想与合成路线设计2 l 4 2v i l s m e i e r t y p e 甲酰化法合成2 ，2 二氯3 ，3 ，3 三氟丙醛2 2 4 2 1反应机理的探讨2 3 4 2 2 1 ，l ，l ，三氟2 ，2 二氯3 二甲氨基3 三甲硅氧基丙烷的合成2 5 4 2 2 1 滴加温度对的影响2 5 4 2 2 2 反应时间、反应温度的影响2 6 4 2 2 3 锌的活化效率对反应的影响t 2 6 4 2 2 4 原料的配比的影响2 7 4 2 2 5搅拌方式，超声波的影响2 7 4 2 2 6 结构鉴定：2 8 4 2 3 2 ，2 二氯3 ，3 ，3 三氟丙醛的合成3 0 4 2 3 1产物离开体系方式对反应的影响3 0 4 2 3 2 水解温度对反应的影响3 0 4 2 3 3结构鉴定31 4 3 c r i e g e e 臭氧化法合成2 ，2 二氯3 ，3 ，3 三氟丙醛3 4 4 3 1 2 ，4 ，4 一三氯一5 ，5 ，5 一三氟2 甲基戊酸甲酯合成3 4 4 3 1 1 机理探讨3 4 4 3 1 2 催化剂对反应收率的影响3 5 4 3 1 3 反应时间对收率的影响3 6 4 3 1 4 反应温度对收率的影响3 6 2 产mlj天 ；一 环化法合成2 ，3 二氯5 。三氟甲基吡啶的研究 4 3 1 5釜内内衬对反应的影响3 7 4 3 1 6 结构鉴定3 8 4 3 2 4 ，4 二氯5 ，5 ，5 三氟2 甲基2 戊烯酸甲酯的合成4 0 4 3 2 1反应机理4 0 4 3 2 2 反应时间的影响4 4 4 3 2 3反应温度的影响4 4 4 3 2 4原料配比的影响4 5 4 3 2 5不同碱对脱氯化氢的影响4 6 4 3 3臭氧化法合成2 ，2 二氯3 ，3 ，3 三氟丙醛4 9 4 3 3 1反应机理的讨论4 9 4 3 3 2 溶剂的选择及其用量5 0 4 3 3 3 反应温度的影响5 0 4 3 3 4反应时间的影响5 0 4 3 3 5 臭氧的浓度对臭氧化反应的影响51 4 3 3 6 臭氧化还原条件的选择5 2 4 3 4两种合成全卤代醛方法的评价5 2 4 4 2 ，3 一二氯5 三氟甲基吡啶的合成5 2 4 4 1反应机理5 2 4 4 2 反应时间、反应温度对反应的影响5 3 4 4 3催化剂对反应的影响5 4 4 4 4 结构鉴定5 5 5 结论5 7 6 参考文献5 8 发表学术论文6 2 致 谢。6 3 产q，-i-j是 环化法合成2 。3 二氯5 三氟甲基吡啶的研究 1 前言 农药工业的快速发展刺激和推动了农药中间体的开发与生产。随着我国加入wt o ，我国农药工业面临着前所未有的巨大压力，同时也提供了良好的发展机遇。农药工 业的发展依赖于高质量、低成本的有机中间体作为原料。目前国内尚有许多亟待发展 的农药中间体，这些中间体缺乏或合成技术的落后，已严重阻碍了我国农药工业的生产 与发展。 近2 0 年来，农药开发工作中最有成效的是众多杂环化合物被开发为低毒超高效 农药。在杂环化合物中，含氮杂环化合物，其中含氟吡啶衍生物尤为突出，由于含氟 毗啶类农药有着独特而高效的作用机理，可以做杀菌剂、除草剂和杀虫剂，所以，开 发此类农药有着广阔的前景。而开发含氟吡啶类农药关键是含氟吡啶类农药中间体的 开发。2 ，3 二氯一5 - 三氟甲基吡啶是氟代氮杂环类农药中重要的一种中间体。由它合成 的农药，一类如吡氟禾草灵，氯氟乙禾灵，吡氟氯禾灵等除草剂，它们具有药效高， 毒性低，污染小等特点；另一类如氟啶脲等苯甲酰脲类杀虫剂，作用机理独特，具有高 效、低毒、对环境友好等显著特点。由2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶合成的农药在美国、 西欧、日本等发达国家已上升为除草剂、杀虫剂的骨干品种。目前我国这种高效、低 用量中间体的开发还比较落后，影响了新农药品种的开发和工业化。因此，开发具有 工业化前景的中间体合成方法意义重大。 传统的合成方法是以甲基吡啶为主体，经氯化、氟化得到。以吡啶环为母体的合 成路线，其成本相对较低，这是这条方法的优点，但缺点也是明显的，如使用毒性大、 腐蚀性强的氯气、氟化氢气体以及价格昂贵的催化剂；氯化反应的选择性差，得到的 化合物分离困难。我们选择环化法合成2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶。这种方法的优点 是通过起始含有三氟甲基的化合物为原料环化合成2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶，而不 使用氟化氢：另一方面，把起始原料中的氯原子引入到吡啶环的固定位置上，不会有 难以分离的异构体，而不使用氯气，反应试剂毒性比较小，能够符合当前高效、低毒 农药化学的要求。 环化法合成2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶的研究 2 1 当今农药研发趋势 2 文献综述 二十世纪7 0 年代以后，新的作用机制、以昆虫所特有的生长发育系统作为攻击靶 标的昆虫生长调节剂问世后，使农药的概念发牛了根本的变化，昆虫生长调节剂具有特 异性，选择性高，安全性好，对环境友好，使农药对昆虫的作用从“杀死”变成了“调控”，开 始体现人类与生物和谐相处，维护一个生态平衡的大系统，这对人类本身的生存也具有 重要的意义，从而，人类发现农药和使用农药的过程也经历了一个质的飞跃。二十世纪 8 0 年代以后，新农药品种开发过程中，在强调高活性的同时，更加注重与环境的相容性， 以确保人类和非靶标生物的安全性。高效、低毒、选择性好、安全性高、环境相容性 好、性质稳定、合成方便、价格便宜成为新农药的追求目标。 含杂环和含氟农药不仅符合当今新农药的追求目标，也是当今新农药开发的热 点，和新农药创制的主体。在世界上千余个农药商品中，含氟农药约占5 左右。在近 l o 年所，l ：发的新农药品种内，含氟化合物更是高达5 0 以上，而既含杂环又含氟的农药 则达3 0 左右。含氟农药的开发已成为当今新农药开发的热点之一，尤其是既含杂环又 含氟的农药，不仅现在而且将来也是人们研究开发新农药的主要方向。 2 2 含氟农药的现状、特点及发展1 2 j 据有火专家介绍，由于含氟农药具有应用效果好，新品研发快等优点，目前已成 为世界农约工业发展重点之一。当前已开发应用的含氟杀虫剂、杀菌剂、除草剂i j j 以 及植物生长调节剂等已有上百种，其中应用较多的有以下几种：含氟杀虫剂：主要有 含氟拟除虫菊酯类和含氟苯甲酰脲类。含氟杀菌剂：品种较少，其主要品种有：氟硅 1 唑，它是含氟硅原子的高效杀菌剂；除草剂：国外已商品化的含氟除草剂品种较多， 我国已开发的主要品种有氟乐灵、乙氧氟草醚、氟磺胺草醚和三氟羧革醚等。国外近 年来还”发了一些杂环、多环新型除草剂，如吡氟禾草灵、吡氟氧禾灵、也是国内亟 需，1 ：发的新型除草剂、杀蛹剂。 氟原子在卤族元素中位居首位，其共价半径仅为07 2 ，为卤族元素中最小。在不带 电情况下，氟原子体积仅为氯原子的1 4 ，还不到碘原子的1 1 0 ，由此，可使较多的氟原子 缠绕在6 碳元素周围，有利于反应的进行。另外，氟原子的范德华半径仅系氢的11 3 倍， 为l3 5 ，是所有元素中与氢原子最为接近的元素，这样也使它的质子伪似性较高，易“冒 充”氢化合物进入生物体内，产：生模拟效应。同时，在所有元素中，以氟原予的电负性最大， 这样，它通过对分子上生理活性部分的电子传递作用提高药剂活性，并能破坏窖物的正 常生理i 乜了传递。尽管单个氟原子的疏水性很弱，但当同一碳原予上同时存在多个氟原 子时，| 于它们之间互相的携带作用，能使它的疏水性远高于碳氢化合物；但是它的这种 疏水作用与一般亲脂作用有着本质上的差异。这是由于结合状态氟的外层电子群充填 的紧密程度为各种元素之首，故不易受外界环境的影响而诱变，相反表现良好的排斥 性和离散性，从而使其相溶性和表面活性显著提高。并且，其对生物体内各种物质桐( 如 组织膜) 有管独特的渗透效应，使活性成分易被吸收、传递，达到杀虫、杀菌或除草的目 2 环化法合成2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶的研究 的。它还不易受外界的影n l j j ( 如光等) ，故能正常发挥作用。由于c f 键的键能极高( 4 8 5 5 8kj m01 ) ，故与氟结合的部位稳定性很好，这就大大提高化合物的生物活性，使病 菌、害虫、杂草等害物的代谢受阻，结果导致死亡。总之，在一氟取代时，由于相互抵消， 电子效应并不显著( 间位除外) ，故而它可很方便地“伪装”成氢原子并导致代谢障碍。这 一点对于农药分子设计具有相当重要的意义。根据氟元素的特点，并结合各种化学结构 的特性，农药科技人员设计了各种不同结构和不同用途的含氟农药。同时不断扩大含氟 基团范围，如将c f 3 扩大为c h f 2o c f 3s c f 3o c h 2 f 2o c f 2 c h f 2o c h 2 c f 3s o c f 3 ， 从而使研究设计思路及范围更加广泛，创制成果更加斐然。 由于农药市场竞争非常剧烈，对环境相容性的要求越来越高，国外农药公司开发的 农药从8 0 年代中期开始，其化学结构有较大的变化，主要表现在以下儿个方面： ( 1 ) 单一立体异构体的新农药品种正受到重视，这无疑大大减少了原药中无活性异构体对 环境的污染。( 2 ) 在新农药结构中引入氟元素，使其活性显著增高( 这一点已经得到证 实) ，冈此许多含氟农药得以迅速发展。 在发展方向上，除了上述两个方面使新农药品种发生较大变化外，人们更多的把 注意力转移到许多特点突出、作用机理强的杂环化合物，尤其足含氮杂环结构引入到农 药的结构中来，使活性提高，选择性增加，但制造方法难度也相应提高，生产成本也随之 增加。由于新农药品种结构的变化，一些6 0 年代和7 0 年代开发的品种已逐步被新型结 构的品种取代，这是历史发展的必然。 2 3 含氮杂环化合物在新农药创制中的广泛应用1 4 1 近2 0 年来，农药开发工作中最有成效的是众多杂环化合物被丌发为超高效农药。 而在杂环化合物中，含氮杂环化合物，尤其是吡啶衍生物又是最为突出的，不但有杀 菌剂、除草剂，而且有高效的杀虫剂，这为化学农药的发展丌拓了新天地。然而，人 们真币意识到吡啶环在生物活性物质q 的特殊作用是在上世纪8 0 年代。从生 物电子等排理论来说，吡啶和苯是一对生物电子等排体，两者在很多方面是 相似的。但由于两者的疏水性有较大的差别( 苯的疏水常数1 9 6 ，吡啶为 o 6 5 ) ，由吡啶取代苯环而得到的新化合物往往具有更高的生物活性、更低的 毒性、更高的内吸性或更高的选择性等。正因为吡啶环在农药分子中的独特效应， 人们对含有吡啶杂环的化合物的研究与同俱增，目前吡啶类已几乎遍及农药中所有领 域和各种结构类型。 吡啶与苯环相比，原料较难得到，反应更为困难，因此埘含吡啶环的农药的研究 往往要比苯环滞后。由于现在环境对农药的要求越来越高，先导化合物的发现也越来 越困难，加之人们对杂环特别是吡啶环在农药分子中的特殊效应越来越清楚，人们在 追踪新型结构农药时，又将目光重新转回到以前老的、但药效般的结构类型上，以 吡啶及其它杂环取代老结构中的苯环，期望有新的发现和有更好的品种问世。事实证 明这种期望已成为现实，并显示出广阔的前景【5 】。含吡啶环的新型农药类型繁多，层 出不穷，生物活性也多种多样；从新型的含吡啶类农药品种米看，含吡啶环农药不仅 高效、低毒、持效期长，l i j 且对人及有益生物有着卓越的环境相容性，符合农药的发 展要求和趋势。 近年来，在杀虫剂、除草剂和杀菌剂领域中，卡日继丌发出一些具有超高效、低毒、 环化法合成2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶的研究 低残留的农药新品种，他们的化学结构有别于传统的有机磷、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯， 取而代之的是一些新颖的杂环和稠杂环结构，在农药新产品的专利中，约有9 0 是杂环 化合物，超高效的化合物居多，有些超高效杂环农药其用量仅为1 0 - 1 0 0 克公顷，甚至低 达5 1 0 克公顷。这些超高效农药，不但使用成本低，更重要的是对环境的影响亦降低 到很小的程度。杂环农药的另一个特点是，大多数杂环化合物对温血动物毒性很低，对 鸟类、鱼类的毒性也很低。在杂环中，含氮杂环化合物又特别重要，在新发展起来的农 药中占有十分重要的地位。在这些含氮杂环化合物农药中，不但有杀菌剂、除草剂，而 且有超高效的新型杀虫剂。这些新的进展，为化学农药的发展开拓了广阔的新天地。近 三年开发的氮杂环类化合物主要有烟碱类似物、吡唑类化合物、噻( 嗯) 二唑啉类化合 物、噫唑啉类化合物、吡嗪酮类化合物、哒嗪酮类化合物、咪唑啉酮类，三唑类、三嗪 类，嘧啶类以及咪唑、噻唑化合物等。在杀虫剂方面，天然杀虫剂烟碱、杀虫双( 单) 的 动物源沙蚕毒素和氨基甲酸酯杀虫剂的植物源毒扁豆碱都是一些杂环农药。在寻找 高效、新型、高选择性的杀虫剂过程中，昆虫生长调节剂的发现是一个重大突破。昆虫 生长调节剂是以破坏昆虫正常生长发育或生殖作用，最终达到除虫目的的化合物。它的 作用一般都较缓慢，但能够长时间的抑制害虫种群。由于昆虫生长调节剂针对的是昆虫 所特有的生理过程，具有高度的选择性，属于调控而非杀死，它已成为绿色农药的象征和 代表，是近年来农药研究的热点。在该类农药中，含杂环结构的昆虫生长调节剂占据重 要地位。目前开发的具有杂环结构的昆虫生长调节剂主要有以下几类： 扣婶雨 毗氟甲禾灵 4 p o c h c 0 0 h 为人们重点选择的 磺酰脲类除草剂啶 唑类除草剂氟噻草 醚肟类除草剂氟醚 草酯( a k h 7 0 8 8 ) 等。开发成商品的在芳( 杂) 环上含c f 3 基的除草剂已达数十个，结构 有多种形式，但相对而言，大多在苯环上含c f 3 基，而在杂环上含蝴3 基的除草剂则 为数不多。3 三氟甲基吡啶用于生产吡氟禾草灵、氟啶胺：2 氯5 一三氟甲基吡啶用于 生产吡氟禾草灵；2 ，3 一二氯- 5 - 三氟甲基吡啶用于生产吡氟氯禾灵、吡虫隆；2 , 5 二氯 3 三氟甲基吡啶用于生产吡氟氯禾灵；2 氨基3 氯。5 三氟甲基吡啶用于生产氟啶胺： 3 ，5 二氯6 氟吡啶用于生产氟草烟。 综上所述，开发含氟的杂环农药是当今世界农药的发展趋势，而相应的农药中间 体的研究开发也就成为目前摆在人们面前的重要课题 业内人士分析，为适应农药工业结构调整的要求，我国农药中间体的发展方向应做 以下调整。1 重点发展含杂环的农药中间体。含杂环的有机磷杀虫剂中间体哆j ，如二嗪 农、毒死蜱、喹硫磷、杀扑磷、氯唑磷的中间体；含杂环的高效杀虫剂中间体，如吡虫 啉、吡虫清、锐劲特、氟唑虫清的中间体；磺酰脲类除草剂中间体、咪唑啉酮类除草剂 咪草烟、灭草喹的中间体，以及定草酯、二氯喹啉酸的中间体烨j 。2 重点发展含氟的农 药中间体，如除虫脲、氟铃脲、锐劲特、氟氯氰菊酯、喹禾灵的中间体【9 1 0 】。3 重点开 发手性中间体，手性农药将成为2 1 世纪新农药开发的热点。 以3 一甲基吡啶为起始原料合成出的一种非常有应用价值的有机中间体，己广泛 应用于农药、医药、精细化工等领域。在农药方面2 ，3 一二氯一5 一三氟甲基吡啶是 生产高效杀虫剂定虫隆、高效除草剂吡氟氯禾灵和高效杀茵剂氟啶胺等品种的关键中 间体。而本文就是研究2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶就是这样一类含氟、含杂环的中间 体的开发。由于其独特的高效作用机理，近年来备受重视。 2 4 2 ，3 一二氯一5 一三氟甲基吡啶研究意义与应用 2 ，3 一二氯- - 5 一三氟甲基吡啶是以3 一甲基吡啶为起始原料合成出的一种非常 有应用价值的有机中间体，己广泛应用于农药、医药、精细化工等领域。在农药方面 2 ，3 一二氯一5 一三氟甲基吡啶是生产高效杀虫剂定虫隆、高效除草剂吡氟氯禾灵和 高效杀茵剂氟啶胺等品种的关键中间体。三大农药品种均己发展成为国际市场的骨干 产品，有广泛的市场前景，但是以前国内对上述品种的研发进展并不快，市场需要基 本上依靠迸口。其原因主要是起始原料3 一甲基吡啶国产不配套和国内合成技术落后 5 环化法合成2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶的研究 所致。当今如何开发出2 ，3 一二氯一5 一三氟甲基吡啶先进的合成技术己成为业内 入士关注的热点。 近年来，含氟杂环类农药的发展i l l 】异常迅速，相关中间体的开发也成为近来关注 的热点。2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶( 简称2 ，3 ，5 d c t f ) ，是氟代氮杂环类农药中重要 的一种中间体。由它合成的农药( 见图) ，一类如吡氟禾草灵l l2 1 ，氯氟乙禾灵，吡氟 氯禾灵【l3 j 等除草剂【1 4 一，它们具有药效高，毒性低，污染小等特点；另一类如 氟啶脲1 1 5 , 1 6 , 1 7 】等苯甲酰脲类杀虫剂【1 8 ，1 9 捌，作用机理独特，具有高效、低毒、对环境友 好等显著特点。由2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶合成的农药在美国、西欧、日本等发达 国家已上升为除草剂、杀虫剂的骨干品种【2 五2 4 2 5 j 。目前我国这种高效、低用量中间 体的开发跟不上，影响了新农药品种的开发和工业化。因此，开发具有工业化前景的 中间体合成方法意义重大三大农药品种均己发展成为国际市场的骨干产品，有广泛的 市场前景，但是以前国内对上述品种的研发进展并不快，市场需要基本上依靠进口。 心 时 - 毽 翻姬= 十年以2 ，3 5 - d c t f 为中同体的毗啶类新生物农药 i o ：逝十年开发的新农药品种l 6 illllii_ 环化法合成2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶的研究 其原因主要是起始原料3 一甲基吡啶国产不配套和国内合成技术落后所致。据悉，江 苏南通与美国瑞利公司己合资建设年产1 1 0 0 t 吡啶及其衍生物的生产装置，项目投产 后每年可为市场提供4 0 0 0 t 3 - - 甲基吡啶，为开发2 ，3 一二氯一5 一三氟甲基吡啶及其 后续产品提供了很好的条件。当今如何开发出2 ，3 一二氯一5 一三氟甲基吡啶先进 的合成技术己成为业内入士关注的热点。 2 5 2 ，3 一二氯一5 一三氟甲基吡啶合成方法综述 2 5 1 羧酸转换法1 1 2 , 2 0 羧酸转化法是先用二氯乙腈和异丁烯醛环化【2 6 】直接合成2 ，3 二氯5 甲基吡啶， 利用环化氯原子的定位性比较好的特点，但反应中二氯乙腈只有6 0 的转化率，2 ，3 二氯5 甲基吡啶的收率仅为4 0 。在此法中2 ，3 二氯5 甲基毗啶的5 位上的基团氧 化成羧基 a = = = ( h c c l 2 c n + c h 2 c ( c h 3 ) c h o 旦业墨h 3 c 卜c i 当杏c 。旦叩矗a 后，再转换成三氟甲基。氧化的方法主要是用高锰酸钾氧化。经过氧化生成2 氯5 羧基吡啶，后者与h f 反应，四氟化硫做催化剂反应，即羧基向三氟甲基转化，但甲 基氧化工艺还尚不成熟，而且四氟化硫的毒性较大。 2 5 2 由2 氯5 三氟甲基吡啶合成1 2 s 】 此法主要是先合成也是目前市场上比较重要的中间体：2 氯5 三氟甲基吡啶，而 有后者再经过酮化，卤代，即可合成目标产物。 2 5 2 12 氯5 三氟甲基吡啶的合成 ( 1 ) 此法以烟酸【1 2 刎作为原料，先氟化得3 三氟甲基吡啶，再氯化而得，收率达 7 7 一q 旦r s c q 罴r 筘 卜a ( 2 ) 此法以2 氨基5 甲基吡啶为原料【2 9 】，再与溴作用，生成2 溴5 甲基吡啶，收 率 呲 卜一邺 卜一a 扣 卜a 詈哺 a 为9 1 6 再与氯气作用，生成2 氯5 三氯甲基吡啶，收率为6 5 8 ，再与h f 作用，用 ( 红) h g o 做催化剂【3 0 1 ，以7 5 的收率合成2 氯5 三氟甲基吡啶，尽管收率和转化 7 环化法合成2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶的研究 喇口毗 卜c c 。一c - c e q 叩电兰c 卜c 巳 邺q 等邮 c t 一1 4 2 e c8 h 叩 c 睇电杀哺 卜a + 叩。睇、汐斋哺、广0 + 叩弋芗 一瞄君 2 5 2 2由2 氯5 三氟甲基吡啶合成 ( 1 ) 活性炭催化剂【3 3 】 pp 够 卜a 篙导叩 两种制备全卤代醛路线的起始原料都为常见的氟利昂l ，l ，1 三氟2 ，2 ，2 三氯乙烷 环化的起始原料全卤代醛从两种路线考察均具有容易合成、产率高的特点。 充分利用传统的合成方法：加成、消除、v i l s m e i e r - t y p e 甲酰化等反应 c r i e g e e 臭氧化反应、v i l s m e i e r 水解反应污染程度低，符合目前绿色化学的主题 依据有关文献1 4 5 4 机47 4 8 j 完成我们的实验设计，从以上设计途径可以看出， 是以合成全卤代醛为主导，也就是说合成目标化合物的关键是合成三氟二氯 丙醛，而合成三氟二氯丙醛又有两种方法，作者在实验过程中作了大量的工 作，对两种路线都进行了进一步的研究，并比较了两种方法的优劣。旨在寻 找出成本低、反应合理、收率高的合成途径。 4 2 v i l s m e i e r - t y p e 甲酰化法合成2 ，2 二氯。3 ，3 ，3 三氟丙醛 2 ，2 二氯3 ，3 ，3 。三氟丙醛是一种重要的全卤代醛类化合物，由于该化合物同 时含有三氟甲基和氯原子，可以在由它合成的氮杂环化合物中间体上，引入已知定位 的三氟甲基和氯原子，提高卤素对这种中间体的选择性。1 9 8 7 年，瑞士的化学家 一川r w l a n g 根据v i l s m e i e r - t y p e 反应，用1 ，1 ，1 三氟三氯乙烷和d m f 以及r 二甲基 氯硅烷( r ：c h 3 或- c ( c h 3 ) 2 c h ( c h 3 ) 2 ) 合成1 ，1 ，1 ，三氟2 ，2 二氯3 二甲氨基3 ( r - 二甲基硅氧基) 丙烷。然后水解得到2 ，2 二氯3 ，3 ，3 三氟丙醛。作者使用相对较 简单的甲基氯硅烷( r ：一c h 3 ) 合成2 ，2 二氯3 ，3 ，3 三氟丙醛，提出了改进工艺， 并验证了反应副产物的结构，同时提出了可能的反应机理。 。 了h 2 c f 3 c c l 2 c h n ( c h 3 ) 2 o c f 3 c c l 2 c h o h o h l c f 3 c c l 2 c h n ( c h 3 ) 2 c f 3 c c l 2 c h = o ( 主糊 o h i 。 c f 3 c c l 2 c h n h ( c h 3 ) 2 ( 离嘞 - ( c h 3 ) 2 n h _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ j l 该反应可能的机理为，在酸催化条件下离去基首先质子化，然后与水发生s n 亲核取 c f 3 c c l 3 + ( c h 3 ) 3 s i c l + z n d m f c i 一。 一上怵c l n 入 ( c h 3 ) 3 s i o s i ( c h 3 b + 副产物) f f ( 主产物) j h 2 s 0 4 c f 3 c c l 2 c h o + ( c h 3