5吡啶-N-氧化物深度氯化以提高产品收率.doc

深度氯化提高2-氯-5-甲基吡啶收率薛谊，徐强，刘奎涛，蒋剑华，江涛，胡容茂（红太阳集团有限公司，江苏 南京 210047）作者简介：薛谊（1973），男，江苏海门人，工程师，主要从事农药化工研发工作。TelE-mail：摘要：针对由3-甲基吡啶-N-氧化物与三氯氧磷生产2-氯-5-甲基吡啶过程存在的收率偏低问题，通过固体光气的深度氯化，使合成收率达到了76。2-氯-5-甲基吡啶和2-氯-3-甲基吡啶合计总收率达95，大幅度降低了生产成本。关键词：2-氯-5-甲基吡啶；2-氯-3-甲基吡啶；3-甲基吡啶-N-氧化物；三氯化铝；氯化剂；固体光气Production Process Improvement of 2-Chloro-5-methylpyridineXUE Yi，XU Qiang，LIU Kui-tao，JIANG Jian-hua，JIANG Tao，HU Rong-mao（Red Sun Group Corporation，Nanjing 210047，China）Abstract：For the preparation of 2-Chloro-5-methylpyridine from 3-Methylpyridine-N-oxide, an improvement was studied to increase the reaction conversion to 76 by further chlorinationTriphosgene is proved to be a good chlorinating agent. The total yield of 2-Chloro-5-methylpyridine and 2-Chloro-3-methylpyridine was increased to 95%，and meanwhile reduced the production costKey words：2-Chloro-5-methylpyridine；2-Chloro-3-methylpyridine；3-Methylpyridine-N-oxide；Aluminum Trichloride；Chlorination agent；Bis(trichloromethyl) carbonate；Triphosgene2-氯-5-甲基吡啶（简称CMP）是一种重要的三药中间体，可用于合成吡虫啉、吡虫清等新烟碱类杀虫剂，也用于合成吡氟禾草灵、吡氟氯禾灵等除草剂1-2。CMP纯品为无色透明的液体，熔点05，沸点56（440Pa），工业品是一种无色至浅黄色油状液体，微溶于水，易溶于二氯甲烷、四氯化碳、氯仿等有机溶剂中，对皮肤有轻微刺激作用。国内曾用于2-氯-5-甲基吡啶的生产方法主要有3-甲基吡啶-N-氧化物路线、2-氨基-5-甲基吡啶路线、苄胺-正丙醛路线、吗啉-正丙醛路线等3-7。其中3-甲基吡啶-N-氧化物与三氯氧磷氯化工艺路线一度广为使用，曾为推动我国吡虫啉的发展作出了重大贡献。但是该工艺也存在一些缺点，反应收率偏低是原因之一，据US4897488介绍的工艺，2-氯-5-甲基吡啶的收率仅52。适当工艺改进，提高反应收率，将使该工艺的应用重现活力。在不同的反应条件下，3-甲基吡啶-N-氧化物中氧原子既可以作为电子给予者也可以作为电子接受者，因此N-O基团使吡啶环上2、4位的亲核取代反应和亲电取代反应活性均有所增加。三氯氧磷很容易与3-甲基吡啶-N-氧化物作用，用碱处理即得到氯代吡啶，适当加入三氯化铝，能促进反应，提高收率。我们通过实验发现，将近有15左右的3-甲基吡啶-N-氧化物没有生成CMP，而是形成了3-甲基吡啶的2位氧取代物 X=POCl2,PO(OH)Cl,H ，该物质通过与合适的氯化剂反应能生成2-氯-5-甲基吡啶和2-氯-3-甲基吡啶。我们试验了多种氯化剂，并对氯化剂使用量、反应温度、反应时间等条件作了优化试验。1 实验1.1 实验原理1.2 原料与仪器原料：3-甲基吡啶-N-氧化物（自制，99），其余药品为AR或CP级试剂。仪器：GC-MS（HP6890系列GC，配HP5型19091J-413毛细管柱；以HP5973质谱仪作检测器）1.3 实验方法76.7 g的三氯氧磷与50ml二氯甲烷组成混合液，首先取其10滴加到含有27.3g的3-甲基吡啶-N-氧化物、5.46g三氯化铝和400ml二氯甲烷组成的混合物中，控制反应温度-5。其余的三氯氧磷与二氯甲烷混合液与含有50.6 g的二异丙胺和50 ml二氯甲烷的混合物同时滴加到反应混合物中，维持反应温度-5，滴加反应2 h，然后室温搅拌2.5 h，冷却至0左右。过滤（分离二异丙胺盐酸盐），滤液脱溶蒸除二氯甲烷，加入200ml氯苯，缓慢加入氯化剂，升温至回流深度氯化反应9小时后结束。冷却加水，用20氢氧化钠水溶液调节至pH=6。水蒸汽蒸馏，得产品（2-氯-5-甲基吡啶和2-氯-3-甲基吡啶混合物），定量分析，以3-甲基吡啶-N-氧化物为基准分别计算2-氯-5-甲基吡啶和2-氯-3-甲基吡啶的摩尔收率。2 结果讨论2.1 不同氯化剂深度氯化后对收率的影响由表1可知，氯化亚砜反应温度不高，几乎没有活性；三氯氧磷有活性，但不够高；光气，双光和固光的效果都很好。光气使用时过量较多，在操作时又夹带走大量溶剂，不宜采用。固光反应效果好，采购运输方便，适宜用作深度氯化的氯化剂。进一步的优化试验都采用固光为氯化剂。表1 不同氯化剂对收率的影响氯化剂SOCl2POCl3光气双光气固光2-氯-5-甲基吡啶收率/6867.669.273.372.476.12-氯-3-甲基吡啶收率/11.611.512.417.517.218.9总收率/79.679.181.690.889.695注：氯化亚砜、三氯氧磷用量为3-甲基吡啶-N-氧化物摩尔数的20；光气连续通入，过量较多；双光气用量为氧化物摩尔数的10；固光用量为氧化物摩尔数的7。2.2 固体光气用量对收率的影响由表2可知，固光用量不足会降低收率，但是大过量也没必要，相对于3-甲基吡啶-N-氧化物摩尔数7左右的用量较为适宜。表2 固光用量对收率的影响n（固光）/n（3-甲基吡啶-N-氧化物）468102-氯-5-甲基吡啶收率/6871.174.77676.12-氯-3-甲基吡啶收率/11.615.318.61919总收率/79.686.493.39595.12.3 反应温度对收率的影响由表3可知，常压回流温度（133）反应较好，操作平稳方便。表3 深度氯化反应温度对收率的影响温度/901001101201332-氯-5-甲基吡啶收率/6971.873.174.676.12-氯-3-甲基吡啶收率/12.313.416.818.118.9总收率/81.385.289.992.7952.4 深度氯化反应时间对收率的影响由表4可知，9小时反应比较充分，时间不足，转化不完全，过分延长反应时间也没意义。表4 深度氯化反应时间对收率的影响深度氯化时间/小时36912152-氯-5-甲基吡啶收率/7274.676.176.075.72-氯-3-甲基吡啶收率/14.717.218.918.918.6总收率/86.791.89594.994.32.5 深度氯化对产物含量组成的影响由表5可知，经过深度氯化以后，2-氯-5-甲基吡啶的含量相对降低了，深度氯化增加的CMP中2-氯-3-甲基吡啶含量比原先高。表5 深度氯化对产物含量组成的影响深度氯化空白对比2-氯-5-甲基吡啶含量/80.084.52-氯-3-甲基吡啶含量/19.614.5两者比值5.1：15.8：1注：在对比反应基础上采用7固光深度氯化。2.6 三废问题该工艺的三废主要是含盐废水，生产1吨CMP约产生8吨废水，COD为13000mg/L左右，其中的磷酸盐可以考虑回收。3 结论通过实验研究确认，通过深度氯化可以有效的将3-甲基吡啶2位氧取代物中间体转化为2-氯-5-甲基吡啶和2-氯-3-甲基吡啶。摸索出了较佳的工艺条件为：采用固体光气为深度氯化剂，用量为3-甲基吡啶-N-氧化物的7，回流反应温度（133），反应时间9小时左右，2-氯-5-甲基吡啶收率达76，2-氯-5-甲基吡啶和2-氯-3-甲基吡啶的总收率95。该工艺进一步优化完善后，有望使得由3-甲基吡啶为原料合成吡虫啉的工艺路线重现活力。参考文献1 高仁君,白建军,刘西莉,等. 吡虫啉的合成研究J.农药,1997,36(5):13-14.2 胡舟涛,郑国荣. 稳杀得和盖草能合成方法综述J.世界农药,2002,24(5):15-16,38. 3 Bernd Gallenkamp, Hans-Joachim Knops. Process for the Preparation of 2-Chloro-5-methylpyridine : US,4 897 488P.1990-01-30. 4 Guenther Cramm，Hans LindelProcess for the Preparation of 2-Chloropyridines : EP,0 508 217P.1992-10-14.5 Reinhard Lantzsch. Process for the Preparation of 5-Substituted 2-Chloropyridines : Ep,0 546 418P.1993-06-16.6 严传呜,王耀良. 吗啉法制备2-氯-5-氯甲基吡啶J.化工中间体,2004,1(2):10-11,14.7 P. Narendar, B.