（应用化学专业论文）农药中间体23二卤5三氟甲基吡啶合成研究.pdf

农药中间体2 3 一二卤一 5 一三氟甲基吡啶的合成研究 摘要 2 ，3 二卤5 三二氟甲基吡啶是合成氟啶脲，高效盖草能等农药的中间 体，2 ，3 二卤5 三氟甲基吡啶的合成路线和方法非常多，本论文结合 国内原料来源情况及工业化难易程度选择了以2 氯5 甲基吡啶( 或 2 一氯5 - 氯甲基毗啶) 为起始原料经氯化，环氯化，氟化得2 一氟一3 一氯- 5 一三 氟甲基吡啶的合成线路。 2 氯5 三氯甲基吡啶的合成是以2 氯一5 一甲基毗啶( 或2 一氯一5 一氯 甲基吡啶) 与氯气为起始原料，采用液相光催化( 或联合催化) 氯化 法制得，经过大量的优化实验，做到反应时间为2 0 小时，收率9 1 。 与文献报导的以3 甲基吡啶为原料的合成方法( 收率4 3 8 ，反应 时间3 5 小时) 相比，无论是收率还是反应速度都成倍提高。并对 影响反应进程的因素进行了总结。 2 , 3 - 二氯一5 三氯甲基吡啶的合成，采用六氯化钨为催化剂，用 氯气氯化2 一氯一5 三氯甲基吡啶，反应时间为2 2 小时，收率9 0 ， 达到文献水平( 8 9 7 9 4 ) 。 2 ，3 一二卤5 一三氟甲基吡啶的合成，采用过量的廉价、安全的k f 为氟化剂把2 ，3 二氯5 三氯甲基吡啶氟化成2 一氟一3 一氯5 三氟甲基吡 啶，使反应易于控制并省去了产物的分离过程，可以大大简化工业 化过程，且收率能达到8 2 以上，含量大于9 0 ，也较为理想。 两个中间体，2 壕e - 5 三氯甲基吡啶和2 , 3 二氯5 三氯甲，不 需精制即可投入下一步反应。 关键词：2 , 3 一二卤- 5 一三氟甲基吡啶2 - 氯5 甲基毗啶2 一 氯一5 - 氯甲基吡啶 2 - 氯5 三氯甲基吡啶 2 , 3 二氯5 三氯甲 基吡啶 2 一氟一3 一氯5 一三氟甲基吡啶氯化 环氯化氟 化 光催化联合催化液相 a b s t r a c t 2 ，3 - d i h a l o - 5 - t r i f l u o r o m e t h y lp y r i d i n ei sa ni n t e r m e d i a t eu s e dt o p r o d u c ep e s t i c i d es u c h a sc h l o r f l u a z u z o na n d h a l o x y f o p - r - m e t h y l e t c t h e r ea r e m a n y r o u ta n dm e t h o dt o s y n t h e s i z e2 ，3 - d i h a l o 5 t r i f l u o r o m e t h y l p y r i d i n e c o n s i d e r i n g t h e r e s o u r c eo fd o m e s t i c m a t e r i a la n dt h e f e a s i b i l i t yo fi n d u s t r i a l i z i n g , t h i s p a p e rc h o i c e2 c h l o r o 5 。m e t h y lp y r i d i n e ( o r2 - c h l o r o 一5 一c h l o r o m e t h y lp y r i d i n e ) a st h e s t a r tm a t e r i a l t o s y n t h e s i z e 2 - f l u o r o 3 - c h l o r o - 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 h l o r i n a t i o n ，r i n gc h l o r i n a t i o na n df l u o r i n a t i o n 2 - c h l o r o 一5 - t r i c h l o r o m e t h y lp y r i d i n ei sp r e p a r e db yc h l o r i n a t i o n o f 2 - c h l o r o 一5 - m e t h y lp y r i d i n e ( o r2 - c h l o r o 一5 一c h l o r o m e t h y lp y r i d i n e ) u s i n gl i g h tc a t a l y s e d o r j o i n tc a t a l y s e dm e t h o d i nl i q u i d p h a s e t h e o p t i m u m r e a c t i o nc o n d i t i o ni s a c q u i r e d a f t e r m a n y e x p e r i m e n t s t h er e a c t i o nc a nb ef i n i s h e di n2 0h o u r s ，a n dt h e y i e l di sa b o u t91 t h ey i e l da n dr e a c t i o nv e l o c i t yi sb o t hn e a r l y t w i c ea sh i 【g ha st h o s ei nt h em e t h o d u s i n g3 - m e t h y lp y r i d i n ea ss t a r t m a t e r i a lw i t c hi sr e p o r t e d ( t h er e a c t i o nt i m ei s3 5 h o u r sa n dt h ey i e l di s 4 3 8 1 2 3 一d i c h l o r o 一5 一t r i c h l o r o m e t h y lp y r i d i n e i s p r e p a r e dt h r o u g h r e a c t i n g2 - c h l o r o 一5 一t r i c h l o r o m e t h y lp y r i d i n e w i t hc h l o r i n e u s i n g t u n g s t e nh e x a c h l o r i d ea sc a t a l y s t t h er e a c t i o nc a n b ef i n i s h e di n2 2 h o u r s ，a n dt h ey i e l di sm o r et h a n9 0 w i t c hr e a c h e st h e l e v e lo f 8 9 7 9 4 r e p o r t e d 2 3 d i h a l o 一5 一t r i f l u o r o m e t h y lp y r i d i n ei sp r e p a r e db yf l u o r i z a t i n g 2 3 一d i c h l o r o 一5 - t r i c m o r o m e t h y lp y r i d i n e i n t o2 - f l u o r o - 3 c h l o r o 5 一 t r i f l u o r o m e t h y lp y r i d i n ew i t he x c e s s i v ep o t a s s i u mf l u o r i d e w i t c hi s c h e a pa n ds a f e t h u s ，t h e c o n t r o lo fr e a c t i o ni s e a s y , a n d t h e s e p a r a t i o np r o c e s s i sl e ro u t t h ey i e l di sm o r et h a n8 2 t h et w oi n t e r m e d i a t e s ，2 - c h i o r o 5 - t r i c h l o r o m e t h y lp y r i d i n ea n d 2 ，3 d i c h l o r o 5 t r i c h l o r o m e t h y lp y r i d i n e ，b o t hn e e d n o tt ob ep u r i f i e d b e f o r es t a r t i n gn e x tr e a c t i o n k e vw o r d s 2 3 d i h a l o 一5 - t r i f l u o r o m e t h y lp y r i d i n e 2 - c h l o r o 一5 - m e t h y l p y r i d i n e2 - c h l o r o 5 一c h l o r o m e t h y lp y r i d i n e 2 - c h l o r o - 5 t r i c h l o r o m e t h y lp y r i d i n e 2 - 3 d i c h l o r o 一5 一t r i c h l o r o m e t h y l p y r i d i n e 2 - f l u o r o 一3 一c h l o r o - 5 - t r i f l u o r o m e t h y lp y r i d i n e c h l o r i n a t i o n r i n g c h l o r i n a t i o nf l u o r i n a t i o nl i g h tc a t a l y s e d j o i n tc a t a l y s e d l i q u i dp h a s e 4 第一章前言 2 3 二卤- 5 三氟甲基吡啶( 2 ，3 二氯- 5 三氟甲基吡啶或2 氟 3 一氯5 三氟甲基吡啶，两者由于在大多数后续使用过程的合成反 应中，2 位上的卤原子都要去掉，所以用途基本一样。) 是合成氟 啶脲( 定虫降) ，高效盖草能( 精毗氟氯禾灵) 等农药的中间体， 而氟啶脲和高效盖草能已发展成为国际市场上销量较大的农药品 种，国内有多家单位正在开展研究开发，有的开始小批量生产， 作为合成它们的中间体，2 3 一二卤5 三氟甲基吡啶的需求将会以 较快的速度增长，所以开发一条成本较低，易于工业化的2 , 3 一二 卤一5 三氟甲基吡啶的合成方法具有较好的应用前景。 氟啶脲( 定虫降) 是由日本石原公司开发的一种新型含氟氮 杂环，苯甲酰脲类农药，属几丁质抑制剂，广泛用于防治蔬菜、 果树、棉花上的多种害虫。具有杀虫谱广作用机制独特，高效低 毒，对环境友好，对蜂、鸟、鱼低毒等特点。其合成路线如下： c r 蚕锨n h 2 一c f c f 一c f f + 伊哟 f n h f 高效盖草能( 精吡氟氯禾灵) 是美国道化学公司开发的一种 芳氧丙酸类高效除草剂，广泛用于大豆，棉花，蔬菜等；防治一 年生和多年生禾本科杂草，具有杀草谱广、安全、高效等特点， 其合成路线如下： + 。h c r c f 备。q 跏 奄。口。繁m 或蒜叩h _ h 。毛卜。书叩心 口矗矗 co 产静 + c f 叫 h 。口。书吵h 。 4 c f ( x = 卤素、甲基磺酰基或对甲苯磺酰基1 9 2 c h 3 第二章研究现状 一、合成路线综述 由于合成2 ，3 一二卤一5 一三氟甲基吡啶的几个中间体本身就是合 成农药的中间体，所以2 ，3 一二卤一5 - 三氟甲基吡啶的合成路线在不 同的历史时期，根据原料来源情况有很多方法，综合如下 v ，c h 3 c ：j t ，弋c h 3 u l 一叮- j 但实际上可行的合成路线为如下四条： 1 、以2 - 氨基一5 甲基为原料经溴化，重氮化，光氯化，氟化 一篇可耵 k 一龇 +l_+j一 心 = 习灯黑 型一 而制得2 , 3 二卤一3 一三氟甲基吡啶： 掣僦玎等渤钎3 2 、以3 甲基毗啶为原料，先经光氯化生成2 - 氯一5 一三氯甲基 吡啶再环氯化成为2 ，3 二氯5 一三氯甲基吡啶然后氟化制得2 ，3 - 二 卤5 一三氟甲基吡啶： 叮c h 3c ；灯鼍珂= 耵讣3 ( 3 ) 以3 甲基吡啶为原料，气相氯化氟化一步生成2 一氯一5 - 三 氟甲基吡啶，然后再氯化生成2 , 3 二氯一5 三：氯甲基吡啶。 p 吣c h 3 【1 i 4 - c 1 2 4 - h f ， c f 3 ( 4 ) 以2 氯5 甲基吡啶( 或2 - 氯5 氯甲基毗啶) 为原料氯化 生成2 氯一5 一三氯甲基吡啶，再环氯化成为2 ，3 二氯5 - 三：氯甲基吡 啶，最后氟化制得2 , 3 二卤巧三氟甲基毗啶： c i 盯c 弋蚵眦j 叮鼍：玎篆耵 二、合成线路评述 路线1 是早期的合成路线，由于原料价格高，路线又长三废 较多所以不适合工业化生产。 路线2 表面上看由3 甲基吡啶直接氯化制得2 氯5 一三氯甲基 吡啶，具有原料便宜，路线又不长的优点，但实际上第一步的反 应时间非常长，且转化率也不高，付产物很多，所以很难实现工 业化。 路线3 是日本石原公司的合成路线，具有原料价格低，路线 短的优点，但第一步合成2 一氯5 三氟甲基吡啶由于需要在c i ：。i - i f 存在下高温反应，对设备、控制等，要求非常高，国内难以做到， 且一步法氟氯化有许多付产物产生，要进行分离，处理后再套用， 影响了其应用价值。 路线4 原料立足于国内( 2 氯。5 甲基吡啶或2 氯一5 一氯甲基吡 啶都是合成吡虫啉农药的中间体) 各步反应条件简单易于工业 化，是种值得研究的合成路线，这是本论文选择的合成路线。 第三章2 一氯一5 一三氯甲基吡啶的合成 一、合成方法综述： 方法1 、以三甲基吡啶的原料，四氯化碳作为溶剂( 或载体) ， 在紫外灯照射下，与氯气反应直接得2 氯5 三氯甲基吡啶，该路 线又有气相法 9 1 1 1 4 1 和液相法【1 二种合成方法。 a 、 气相法合成实例： 将1 1 2 93 一甲基吡啶与1 0 6 m l 四氯化碳气化后和1 9 9 氨气混 合预热，3 0 分钟内通入一斜放的由4 0 5 0 0 玻璃管反应器中，然 后加热至4 0 06 c ，由反应管出口处冷凝下来的液体用碱洗涤，然 后用分液漏斗分离有机相，再用无水硫酸钠干燥，蒸出四氯化碳 后，得2 4 6 9 油状物，含2 一氯一5 一三氯甲基吡啶7 4 4 ，进一步分 离得到1 2 1 92 一氯- 5 - 三氯甲基吡啶，以三甲基吡啶计算，收率为 4 8 t 14 1 。 b 、液相法合成实例： 把6 0 93 一甲基吡啶及2 4 0 m l 四氯化碳投入装有冷凝器、温度 计、搅拌装置及通气管的5 0 0m l 烧瓶中，在紫外灯的照射下，通 入干燥c 1 2 反应3 5 h ，结束后，通入n 2 赶走氯化氢和未反应的氯 气，得8 o g 淡黄色油状物，提纯后得5 8 9 含量为9 5 5 的2 - 氯- 5 一 三氯甲基吡啶，转化率为8 0 ，收率为4 3 8 i l l l 。 方法2 、以2 氨基5 甲基吡啶为原料，先重氮化溴化得到2 溴5 一三溴甲基吡啶，后再氯化得到2 氯5 三氯甲基吡啶【5 方法3 、以2 氯- 5 。氯甲基毗啶为原料，四氯化碳为溶剂，在 光催化下，通氯氯化，得2 一氯一5 三氯甲基吡啶。也可以在自由基 引发剂催化下或光催化和化学催化联合作用下通氯氯化。 方法4 、以2 氯5 一氯甲基吡啶代替2 氯5 。甲基为原料，其余 条件同上。 二、合成方法评述： 方法l 具有原料便宜( 不过需要进口) ，特别是液相法装置 简单，易于操作，但无论是液相法还是气相法反应付产较多，收 率分别只有4 3 3 和4 8 ，而且实际上液相法反应时间比文献上 的3 5 h 还要长很多，较难实行工业化。 方法2 是最早的合成方法，用于合成盖草能，要使用溴素和 氢溴酸，原料成本较高，难以实现工业化。 方法3 、采用2 氯一5 甲基吡啶为原料，此原料为吡虫啉农药 中间体在国内容易买到，且价格也可接受，是值得研究开发的合 成方法。另外由于吡虫啉的合成现在有采用双环戊二烯裂解路线 的趋势，此路线不经过2 氯5 甲基毗啶，而是直接得到2 - 氯一5 一 氯甲基吡啶，所以可以此为原料合成2 氯5 一三氯甲基吡啶方 法4 ，方法3 和方法4 是本论文研究的合成方法。 三、合成配方： 2 - 氯一5 - 甲基吡啶9 3 ( 工业品) 2 7 3 9 ( 0 2 m 0 1 ) 或：2 一氯一5 - 氯甲基吡啶9 2 ( 工业品) 3 5 0 9 ( 0 ，2 m 0 1 ) 四氯化碳9 9 ( 试剂)2 4 0 m l ( 偶氮二异丁腈9 9 ( 试剂) 0 4 9 ) 氯气9 9 ( 工业品) 四、合成方法 a 、光催化法( 或联合催化法) ： 把2 氯5 甲基毗啶或2 一氯一5 氯甲基吡啶及四氯化碳投入装 有冷凝器，温度计，搅拌装置和通气管的5 0 0m l 烧瓶中，烧瓶外 面用紫外灯照射，出现回流后通氯反应( 联合法同时分数次投放 催化剂) ，反应结束后，通n 。1 h ，以赶走未反应的氯气及h c i ， 然后脱去四氯化碳得2 氯5 三氯甲基吡啶( 冷却后为黄色固体) ， 含量8 0 - 8 5 ，收率- 9 1 ，产品可以通过结晶法提纯到9 9 。 b 、催化法 把2 一氯5 一甲基毗啶或2 氯一5 氯甲基吡啶、四氯化碳投入装 有冷凝器，温度计，搅拌装置和通气管的5 0 0m l 烧瓶中，水浴升 温，温度升到6 0 c 后投入催化剂，有回流后开始通氯反应，并根 据反应及排气情况补加少量催化剂，直至反应结束。反应结束后， 通n ：l h ，以赶走未反应的氯气及h c l ，然后脱溶得2 一氯5 三氯 甲基毗啶，含量8 0 、收率8 6 。 五、反应原理探讨 氯气首先溶解在四氯化碳中，然后氯分子在紫外线或引发剂 的作用下生成氯自由基，然后氯自由基进攻2 氯巧- 甲基吡啶上的 甲基碳原子引发链反应： c l 2 2 c l ： c 。耵c c li 耵渊lc 。j 托l 叫了州吼 c i 耵洲2 + c k _ 耵洲乒i + c lc i j k 掣? + c l c 。灯铡2 c + a i 耵洲a + h c l p r c h c j 公t i c h c l 2 c 。n “1 2 裂 h l a 耵洲吲i l c l 一一 r 、。足一 c 。耵c 气西c ( n f c c l 2 c i + c i c 卜+ c 卜，c 1 2 c c l 3 六、结果讨论 ( 1 )四氯化碳用量对反应影响很大，用量太少不但氯气溶解 度小，而且对光催化氯化来说反应液透光性差，造成反应速度慢， 时问过长，收率降低。用量太大对引发剂催化氯化来说回流温度偏 低，反应时间也延长。 ( 2 ) 由于是自由基反应历程，物料中的杂质对反应影响很大， 反应前先对物料提纯，脱水并防止杂质进入有利于缩短反应时间， 提高反应收率。 ( 3 ) 2 - 氯5 甲基吡啶及2 氯5 氯甲基吡啶介绍 2 一氯5 甲基吡啶为淡黄色液体，纯品溶点5 。c ，沸点8 0 9 0 6 c - 7 5 0 m m h g ，为合成吡虫啉之中间体，工业上可由3 一甲基吡啶氧 化氯化法制得，即3 一甲基吡啶经双氧水氧化，p o c l ，氯化再经结晶 提纯制得，或由苄胺环合法制得，即以n 苄胺为原料首先经醛、 乙酐两步合成n 苄基- n 丙烯基乙酰胺，然后再将n 苄基- n 丙烯 基乙酰胺进一步环合得到2 氯5 甲基吡啶。天津大学开发的3 甲 基吡啶一步氯化法制2 - 氯5 甲基吡啶已取得实验室成功，收率达 9 0 ，一旦实现工业化成功将大大降低2 氯。5 三甲基吡啶的生产成 本和售价【擂1 。 2 氯5 一氯甲基吡啶为淡黄色结晶，纯品熔点3 2 3 4 。c ，沸点 3 0 0 。c 以上，工业上为2 氯5 甲基吡啶用氯气氯化而得，近来较 多的是由双环戊二烯裂解成环戊二烯再与丙烯醛反应生成5 一降冰 片烯2 。醛，5 一降冰片烯2 醛与丙烯腈反应生成2 氰乙基5 降冰片 烯2 醛，2 一氰乙基5 降冰片烯2 醛再裂解生成2 亚甲基一4 一氰基丁 醛，然后用氯气氯化生成2 氯2 氯甲基_ 4 氰基丁醛，2 氯一2 一氯甲 基一4 氰基丁醛与三氯氧磷反应即得2 一氯5 氯甲基吡啶【1 9 1 七、结论 ( 1 ) 采用2 一氯一5 甲基吡啶或2 氯5 氯甲基吡啶为起始原料， 反应间短，产品含量高，收率达9 1 。 ( 2 ) 光催化氯化较引发剂催化氯化反应间短，产品含量高， 收率高。 ( 3 ) 采用联合氯化反应还可缩短，但产品含量比光催化氯 化稍有下降。 ( 4 ) 采用2 一氯一5 一氯甲基吡啶代替2 一氯5 一甲基毗啶反应时间 可以缩短，前者虽然分子量稍大，但价格比后者低，综合成本略 有下降。 ( 5 ) 溶剂用量，杂质对反应影响很大。 第四章2 3 一二氯一5 一三氯甲基吡啶的合成 一、合成方法综述 方法1 ：以2 _ 氨基5 甲基吡啶为原料，先经溴化得2 氨基一3 溴甲基吡啶，再经重氮化生成2 氯3 溴5 甲基吡啶，再用氯气 氯化生成2 ，3 一二氯5 三氯甲基吡啶。或先氯化再经重氮化溴化再 氯化生成2 ，3 二氯5 三氯甲基吡啶n j 。 方法2 ：以2 一氯5 一三氯甲基吡啶为原料经与c 1 2 反应得2 ，3 - 二 氯5 三氯甲基吡啶 6 1 1 7 1 1 帅1 1i 。 a 、用w c l 6 、m o c l 5 等金属氯化物作催化剂( 2 5 ) ，液相 反应，反应温度1 5 0 2 0 0 。c ，反应时间约2 7 h ，收率达9 0 以上【7 l ， 若带压反应，速度更快用。 b 、可以不用催化剂，而是通过加入溶剂( d m f ) 进行液相 反应而制得，转化率也达9 1 ，但反应时间较长达6 0 h 1 6 1 。 c 、在一定的温度( 1 5 0 c ) 和压力- 2 0 0 p s i g ) ，下2 一氯5 一 三氯甲基吡啶直接通氯氯化( 最好有3 的f e c i ，存在) 也可制得 2 , 3 一二氯一5 一三氯甲基毗啶，但同时付产一3 0 的2 , 6 一二氯5 三氯甲 基吡啶吼 催化合成实例用 把2 3 1 9 ( 0 1 m 0 1 ) 2 - 氯5 - 三氯甲基吡啶和2 9 ( o 0 0 5 m 0 1 ) 六 2 0 氯化钨的混合物加热到1 2 0 。c ，通氯4 2 ，5 h ，气谱检测有1 8 的2 ，3 一 二氯5 三氯甲基吡啶生成，反应混合物再加热到1 7 0 1 7 5 c ，再 通氯反应7h ，气谱检测反应物含有9 5 的2 ，3 二氯5 三氯甲基吡 啶，反应物用己烷稀释后用水洗涤，分出有机层，用m g s 0 。干燥， 蒸掉溶剂得2 6 7 9 黄色液体，蒸馏得2 4 9 99 5 6 的2 ，3 一二氯- 5 一三 甲基吡啶，收率8 9 7 ，杂质为1 6 的2 ，3 ，4 ，6 四氯吡啶，1 6 的 未反应物及1 2 的2 ，3 ，6 三氯一5 一三氯甲基吡啶。 利用五氯化铂作催化剂可以缩短反应时间( 8 5 h ) ，用m o c l 一o 作催化剂也可以大大缩短反应时间，但产品含量大大降低 ( 7 6 5 ) ，当然收率也不高闭。 无催化剂合成实例 在装有冷凝器、搅拌装置、温度计和通气管的1 0 0 m l 反应瓶 中，投入1 7 8 9n ，n - 二甲基甲酰胺( 0 2 4 m 0 1 ) 和2 3 1 92 一氯5 三 氯甲基吡啶( o 1 0 m 0 1 ) ，搅拌下通入氯气，反应温度保持在大约 1 1 5 ，超过6 0h ，气谱检测转化率为9 1 。 二、合成方法评述 方法1 由于原料不易得到且价格高，重氮化反应三废又较多， 故无多大的工业化价值。 方法2 以2 氯5 三氯甲基吡啶为原料经氯化而得，应是比较 合理的工艺路线，该路线中，有溶剂无催化剂方法( 方法2 b ) 由于反应时间过长，而加压氯化法( 方法2 c ) 因反应中有氯化 氢气体产生，怎样使氯化氢气体排出而又保持一定的氯气分压难 以做到。所以催化氯化法( 方法2 - a ) 是比较理想的方法，以五 氯化钼作催化剂虽然具有反应时间短，收率也好，但不易得到， m o c i o 虽然时间短，但收率也低。由于奎缈制备较易。且 用作催化剂收率较好，是比较理想的方法，也是本论文研究的方 法，重点是寻找合适的反应条件使反应时间能缩短，而收率又较 理想。 三、合成配方 2 一氯一5 - 三氯甲基吡啶8 1 ( 自制) 9 8 3 9 六氯化钨( 试剂) 9 9 8 9 氯气9 9 ( 工业品) 四、合成方法 把2 氯5 三氯甲基吡啶及六氯化钨投入一带有搅拌通气管及 回流冷凝器的2 5 0 m l 反应瓶中，油浴加热到1 7 5 1 8 5 。c ，通入干 燥的氯气，搅拌反应，反应2 2h ，滤掉催化剂，用己烷洗涤滤饼 并用己烷稀释滤液，用稀碱水洗涤，分层，油层脱去己烷得2 ，3 二氯5 三氯甲基吡啶，含量8 5 ，收率9 0 ，真空蒸馏后含量可 达9 5 以上。 五、原理探讨 该反应是氯气在l e w i s 酸作用下生成氯正离子，然后发生亲 电取代反应： c 1 2 + w c l 6 一c 广+ 【w c l 7 】一 吖之i 灯 c c l 3 c l w c c l 3 刿 + 删6 + l 六、结果讨论 ( 1 )反应温度对反应影响很大，太低反应时间延长，太高收 率低，且由于催化剂易升华堵塞排气管中断反应，较佳温度范围是 ( 2 ) 催化剂好坏对反应时间影响很大，特别是由于其易受潮 水解生成氧氯化钨，所以催化剂一定要出密封保管，暴露在空气中 的时间不能过长。 七、结论 通过条件摸索，在1 7 5 1 8 5 温度下，以六氯化钨为催化剂，2 氯- 5 一三氯甲基吡啶通氯氯化生成2 ，3 二氯一5 三氯甲基吡啶，反应时 间可以缩短到2 2h ，收率达9 0 左右。 第五章2 3 一二卤一5 一三氟甲基吡啶的合成 一、合成方法综述 2 ，3 二卤5 一三甲基吡啶的合成路线主要有二条：以2 一氯( 氟) - 5 三氟甲基吡啶氯化制得或以2 ，3 二氯5 三氯甲基吡啶氟化制 得，前者有气相氯化法，液相氯化法。后者也有气相法氟化法和 液相法氟化法，气相法的氟化剂为h f ，液相法的氟化剂主要有 i - i f ，s b f 3 和k f 等。 方法1 ：以2 氯5 三氟甲数原料，以铁、锑、锌、钨等 金属的氯化物为催化剂( 活性碳为载体) ，用氯气在高温条件下 气相氯化而得f 1 6 1 。 反应实例 内经1 0 0 m m 高度1 2 0 0 n u n 的反应管，连接一内经5 0m m 长度6 0 0h i m 的蒸发器和2 个加热管，加热管外包电加热器和绝 热层以便控制温度，在催化剂填充层，装3 k g 三氯化铁活性碳， 2 氯5 三氯甲基和氮气的混合气预热到2 0 0 2 5 0 ，并以前者 2 3 7 9 m i n 后者7 3 9 m i n 的速率经预热管进入反应器，而氯气 和氮气预热到同样的温度经另一个预热管进入反应器，( 速率： 氯气：4 4 1 m i n ，氮气7 。3 1 m i n ) ，它们在2 8 0 。c 下反应2 5 h ， 从反应器排出气体通过水洗柱和碱洗柱得到冷凝，分出油层 水洗，并用n a _ 2 s 0 。干燥，得3 7 k g 产品，含量7 3 3 ，转化率为 8 5 4 ，收率：7 5 2 。 方法2 ，以2 氯5 一三氟甲基的起始原料，以原料重量4 0 以上的三氯化铁，六氯化钨，氯化铝，四氯化钛，五氯化锑等 为催化剂，在1 5 0 1 7 0 。c 下用氯气可以在常压，也可以在高压条 件下，液相法氯化而得，产物经萃取，洗涤和蒸馏等分离方法 提纯，收率达到7 0 以上。n 7 3 反应实例 在一装有温度计，回流冷凝器和通氯管的5 0 m l 四口瓶中， 投入3 0 92 一氯一5 一三氟甲基吡啶和1 5 0 9 六氯化钨在1 4 0 1 5 04 c 下搅拌通氯反应1 5 h ，产物用2 0 0m l 二氯甲烷萃取，溶剂层用水 洗涤二次，并用无水n a 2 s 0 4 干燥，脱溶，蒸馏( 9 7 9 9 。c 8 6 m m h g ) 后得1 0 1 92 ，3 一二氯一5 一三氟甲基吡啶。 若以f e c l 3 为催化剂，1 9 06 c t 高压氯化，反应时间可以缩 短到5 h ，收率提高到7 0 以上。 方法3 ：以2 , 3 二氯一5 。三氯甲基毗啶为原料用氟化氢气相 氟化制得2 ，3 - 二氯5 一三氟甲基吡啶，以碳载金属“、n a 、k 、f e 等为催化剂，反应温度2 4 7 。c ，h f ：2 , 3 二氯5 三氯甲基吡啶 = 3 6 ：i ，产品中有2 , 3 一二氯一5 一三氟甲基吡啶( 7 2 4 ) 、2 - 氟一3 一氯 5 三氟甲基吡啶( 1 2 8 ) 及2 ，3 一二氯5 二氟一氯甲基吡啶 方法4 以2 ，3 。二氯5 三氯甲基吡啶为原料，用氟化氢液 相氟化制得2 , 3 二氯5 三氟甲基吡啶2 删1 。 e p l l 0 6 9 0 用f e c l 3 或f e c l 2 作为催化剂( 力t l k 量为4 5 ) ， 反应温度1 7 5 x ：，反应时间1 4 h ，粗产物组成与上述气相法( 方 法3 ) 相近，若把反应时间延长，2 一氟一3 氯5 三氟甲基吡啶的含 量还会高，达到9 0 引。 u s 4 5 6 7 2 7 3 用h 萨2 ，h 9 2 f 2 。a g f ，a g f 2 ( 或它们的先导物 h g o ，a 9 2 0 等) 作催化剂，低温反应( 2 0 。c ) ，2 , 3 二氯5 三 氯甲基吡啶的转化率几乎为1 0 0 ，选择性达9 8 ，催化剂还可 回收，用n a 0 h 处理成h g o 或a 9 2 0 后循环使用。 反应实例 在装有冷凝器，搅拌装置的5 0 0m l 聚乙烯瓶中，投入 t 0 6 1 6 9 ( o 4 m 0 1 ) 2 ，3 - 二氯一三氯甲基毗啶和1 8 0 9 ( g m 0 1 ) 无 水氟化氯( 一2 0 下冷凝而得) ，反应起初湿度保持一2 0 。c ，以保 持陌为液态，把1 3 0 9 ( o 4 m 0 1 ) 红色的氧化汞在三小时内慢慢 加到反应混合物中，搅拌，反应液始呈红色，逐步退色成为粉红、 黄色、灰色、最后变为亮白，说明反应已完成( 2 2 小时) ，过滤 反应物，滤液用n a h c 0 3 中和，用二氯甲烷萃取，再用无水m g s o 。 干燥，减压蒸去二氯甲烷，得2 ，3 二氯5 三氟甲基吡啶( 无色液 体、沸点1 7 1 1 7 3 ) 转化率几乎为1 0 0 ，选择性达9 8 。 方法5以2 ，3 二氯5 三氯甲基吡啶为原料，用s b f 3 为氟化 剂( 或同时以s b c l 5 为催化剂) ，液相氟化制得2 ，3 - 二氯一5 一三氟 甲基吡啶1 | ，产品中除2 ，3 一二氯5 三氟甲基吡啶外，也含有2 一 氟一3 一氯5 三氟甲基吡啶和2 ，3 - 二氯一5 二氟一氯甲基毗啶。 二、合成方法评述 方法1 和方法2 都是以2 氯5 三氟甲基吡啶为原料，在国外 此原料因用3 甲基吡啶气相一步法同时氯化氟化而得，其付产物 及未反应的原料经分离处理后可循环套用，价格不会很高，所以 都是比较经济简便的方法，其中气相法( 方法1 ) 与液相法( 方 法2 ) 相比，因催化剂用量少，反应时间短，因而较具优势，但 在国内因原料原因，及气相法工业装置难度大而在国内难以实现 工业化生产。 方法3 、方法4 和方法5 ，原料可以方便制得，应是一种发 展的方向，但方法3 和方法5 根据氟化程度不同，组成不同、复 杂，需要分离从而影响收率，而方法4 采用低温液相法，不存在 上述问题且收率达9 0 以上，是一种较好的方法，但氟化氢危险 性大，对设备腐蚀严重，且2 0 。c 下低温反应虽说不是问题，也较 麻烦。主要问题还是用大量( 几乎与起始原料等质量) 的a g f ( a g 。0 ) 或h 9 2 f 2 ( h g o ) 作催化剂，前者太贵，造成生产成本高，而后 者对环境十分有害( 虽可循环套用但总有损耗进入环境) 。 分析反应机理，这是亲核取代反应，实际上是m f 离解为h i * 和f 。，f 进攻c c l 3 及c l c ( 2 位) 上的碳原子生成氟化物，然 后氟化氢再与m + 、c 1 反应生成m f 和h c l ，所以如果能直接以 过量的k f 为氟化剂，索性氟化到2 氟一3 氯5 三氟甲基毗啶是一 种比较理想的方法，这样可以很方便地控制反应深度，关键是能 寻找一种不但适用而且k f 在其中溶解度“较大”的溶剂，及合 适的反应条件和催化剂，同时设法将未反应的k f 与反应生成的 k c l 分离开来，回收套用，本论文研究的就是这一方法。 三、合成配方 2 ，3 - 二氯一5 一三氯甲基吡啶8 5 ( 自制) 3 i 2 9 无水k f ( 预干燥) 9 8 ( 工业品) 5 5 9 三乙基苄基氯化铵 9 9 ( 试剂) 0 5 9 溶剂( 预脱水)9 9 ( 试剂) 1 8 5 m l 四、合成方法 在装有温度计，冷凝器，搅拌装置的2 5 0m l 反应瓶中，投 入2 ，3 二氯5 三氯甲基吡啶，磨细的预干燥的无水k f ，催化剂 及预脱水的溶剂，升温至1 4 5 1 5 0 。c ，反应3 小时，g c 检测无原 料后，冷却过滤，用溶剂洗涤滤饼，得含量1 0 的2 氟3 氯5 一 三氟甲基毗啶( 可以直接用于后续合成) ，收率8 2 8 5 ，用柱减 压精馏可得9 0 以上的2 氟3 氯5 三氟甲基吡啶商品。滤饼为 k f 和k c l 的混合物可以方便地进行分离。 五、结论 ( 1 ) 该合成法所用氟化剂具有原料易得、安全、低价，反应 条件温和，反应时间短，易于工业化，转化率几乎为1 0 0 ，收 率达到8 2 左右。 ( 2 ) 原料水份对反应收率影响很大。 ( 3 ) 反应时间不能过长，否则产物中会出现4 位及6 一位上的 取代物。 ( 4 ) 真空精馏时产品最好用冷冻盐水冷凝，不然会影响收率。 六、产品定鉴 l 、产品经质谱检验为2 氯。3 氟5 三氟甲基吡啶 ( 1 ) m e = 1 9 9 峰为产品的分子离子峰。 ( 2 ) m e = 2 0 1 即( m + 2 ) 峰的相对丰度为3 2 5 ，符 c 1 3 5 c 1 3 7 = 2 4 4 6 3 7 5 5 5 7 = 0 3 2 3 7 ，可以判断分子中只含一个氯原 子，即2 啦上的氯原子确被氟所取代。 ( 1 ) m e = 1 8 0 为去掉2 位上的氟原子后的离子峰。 ( 2 ) m e = 6 9 为c f 3 + 离子峰 2 、用于合成氟啶脲，所得产品经红外、紫外、核磁共振、 质谱检验都与氟啶脲样品图谱一致，确认为氟啶脲，其中在红外 光谱图中： ( 1 ) 1 3 2 3 ，1 2 7 1 ，1 2 3 6 波数( c m l ) 为c f 3 的伸缩振动。 ( 2 ) 6 0 5 波数( c m - 1 ) 为p c f 3 的平面摇摆。 所以，以由本法合成的产品确认为目的产物2 一氟一3 一氯一5 - 三 氟甲基毗啶。 总结 1 、本论文经过大量的文献查阅，并对文献所述的各种工艺路 线，合成方法进行了仔细的研究比较。同时结合国内原料供应情 况及其变化，选择了一条适合国内工业化的合成线路，并经过大 量的实验优化，获得了一条控制容易，易于操作，具有工业化前 景的农药中间体2 氯3 氟5 三氟甲基吡啶合成路线及合成方法。 2 、2 氯5 三：氯甲基吡啶的合成由于采用2 氯5 一甲基吡啶或2 一 氯5 。氯甲基吡啶为原料，具有原料易得的优点，与采用3 甲基吡 啶为原料的合成方法相比，无论是收率还是反应速度都成倍提 高，收率达到9 1 。特别是由于采用联合催化法使反应速度进一 步得高。 通过对反应机理的深入了解，结合实验过程中碰到的问题， 对影响反应进程的因素进行了概括和总结。 3 、2 , 3 一二氯5 一三氯甲基吡啶的合成 采用六氯化钨为催亿剂，用氯气氯化2 一氯5 三氯甲基毗啶， 反应时间为2 0 小时，收率9 0 ，达到文献水平。 4 、2 ，3 。二卤5 三氟甲基吡啶的合成，采用k f 为氟化剂，与 氟化氢相比具有原料价廉，安全性好的优点，并且用过量的k f 把2 ，3 二氯5 三氯甲基吡啶深度氟化，成为2 氟一3 一氯一5 - 三氟甲 基吡啶，反应易于控制并省去了产物分离的过程，大大简化了工 业化过程。收率能达到8 2 以上，也较为理想。同时省去了a 9 2 0 ：， h 9 2 0 ：等昂贵或对环境十分有害的催化剂，且未反应的k f 可以 从k c l 中分离回收。 5 、所合成的目的产物用于合成氟啶脲，不但能获得氟啶脲 产品，且合成的二步反应收率都达到9 0 以上。 展望 随着我国甲胺磷等高毒农药的使用范围及使用地区不断地得 到限制，并且在2 0 0 6 年底开始全国范围内完全禁用，作为列入 国家绿色蔬菜推荐使用农药之一的氟啶脲的用量将越来越大，同 时随着高效盖草能合成技术在我国取得突破，作为生产合成这两 种农药的中间体，2 氟3 氯一5 三氟甲基毗啶的需求量将迅速增 加，所以本文研究的合成方法具有一定的工业化价值和前景。 参考文献 1 h e r b i c i d a l 2 - ( 4 - a l k o x y p h e n y l o x y ) p y r i d i n ec o m p o u n d ， g b 2 0 0 2 3 6 8 2 l i q u i dp h a s eh a l o g e ne x c h a n g eo f ( t r i c h l o r o m e t h y l ) p y r i d i n e st o ( t r i f l u o r o m e t h y l ) p y r i d i n e s ，u s 4 5 6 7 2 7 3 3 p r o c e s s f o r f l u o r i n a t i n gh a l o g e n a t e d o r g a n o c o m p o u n d s ， u s 4 6 8 0 4 0 6 【4 p r e p a r a t i o no f t r i f l u o r o m e t h y lp y r i d i n e s ，e p 0 1 1 0 6 9 0 【5 1 2 一s u b s t i t u t e d - 5 - t r i f l u o r o m e t h y lp y r i d i n ec o m p o u n d s ，u s 4 1 8 4 0 4 1 6 c h l o r i n a t i o no f 2 c h l o r o 一5 - t r i c h l o r o m e t h y l p y r i d i n e ，u s 4 3 0 9 5 4 8 ( 7 p r e p a r a t i o no f 2 ，3 一d i c h l o r o 一5 - t r i c h l o r o m e t h y lp y r i d i n e ，u s 4 3 31 8 1 1 8 m e t h o d o f s e l e c t i v e l yc h l o r i n a t i n g 2 - c h l o r o - 5 ( t r i c h l o r o m e t h y l 、 p y r i d i n ei nt h e3 - p o s i t i o n ，u s 4 7 0 15 3 2 【9 焦素霞等，2 , 3 一二氯5 三氟甲基吡啶的合成研究，河北化工 2 0 0 3 ，3 1 0 r y u z o n i s h i y a m a 等，p r o c e e d i n g o ft h e6 m c h i n a - j a p a n s y m p o s i u m o np e s t i c i d es c i e n c e ，p 3 l 1 1 1 3 - t r i f l