2-氯-5-氯甲基吡啶的新合成

2-氯-5-氯甲基吡啶的新合成

1ccmp-5-氯甲基吡啶这种早期农药具有高剂量、高毒、对环境和抗性、破坏自然平衡的风险等。人类的目的是控制与限制病虫草害对粮食生产的危害，而不是消灭生物物种。由早期研究工作中类同作用机制农药分子结构的改进、优化到现代不断推出多样性作用机制化学新农药是目前农药研究中的明显特点。现代农药以不给自然界带来异源物质的危害为方针，出现了超高效、低残留、低污染的特异性农药。2-氯-5-氯甲基吡啶就是新型烟碱类农药吡虫啉、吡虫清、噻虫啉等的重要中间体，同时也是医药工业的重要原料。2-氯-5-氯甲基吡啶简称CCMP（&PMC），分子式为C6H5Cl2N，纯品为无色结晶，熔点为35～36℃，沸点88～90℃/400Pa，工业品为橘红色液体或粘稠状，有刺激性气味，溶于多种有机溶剂，弱碱性，溶于有机酸。5-降冰片烯-2-醛的英文名称是5-norbornene-2-carboxaldehyde，简称NC，分子式为C8H10O，沸点为67～70℃/1.6kPa。CCMP和NC的结构式如下所示：环戊二烯和丙稀醛合成5-降冰片烯-2-醛的方程式如下所示：2-氯-5-氯甲基吡啶近年来开发出的工艺路线已达10余条之多。考虑到氨基吡啶合成路线和甲基吡啶合成路线的成本比较高，江苏克胜集团采用的环戊二烯-丙稀醛法，具有产品纯度高、原料成本低等优点，是比较好的工艺路线。5-降冰片烯-2-醛是用环戊二烯路线制备2-氯-5-氯甲基吡啶过程中的重要中间产物，由环戊二烯与丙烯醛进行狄尔斯-阿尔德（Diels-Alder）反应生成。笔者以正交实验方式优化了5-降冰片烯-2-醛的反应条件，并对保温温度进行进一步的考查，发现保温温度在15～20℃时，与-5℃的保温条件相比，反应时间可大大缩短，而产品纯度和反应收率变化不大。2实验部分2.1u3000数学模型仪器：GC4000A型气相色谱仪（北京三雄科技公司）、SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵、GL-3型恒温加热磁力搅拌器、无级调速搅拌器（均为郑州长城科工贸有限公司生产）。试剂：环戊二烯（纯度90%～95%，自制）、丙烯醛（工业品，纯度98%以上）。2.2温度：升温速率气化室温度：180℃；检测室温度：200℃；柱温：起始温度：60℃；升温速率：25℃/min；终止温度：160℃；空气压力：0.4MPa；氢气压力：0.4MPa；氮气压力：0.5Mpa；进样量：0.2μL。2.3实验操作2.3.1环戊二烯的制备以正交实验方式优化5-降冰片烯-2-醛反应条件，其三因素三水平L9(33）正交表，如表1。在带有搅拌、温度计、恒压滴液漏斗的三口圆底烧瓶中加入一定量的环戊二烯。开始搅拌，迅速冷却到要求的温度后，滴加丙烯醛。滴加完毕后用冰浴进行保温。用气相色谱跟踪分析。反应结束后，反应液倒入蒸馏瓶中进行减压蒸馏，脱去过量原料，控制气相采出温度在70℃以下，真空度控制在-0.092MPa。最后取样分析，对产品进行称重，计算收率。2.3.2戊二烯丙烯醛的制备在带有搅拌、温度计、恒压滴液漏斗的250mL圆底烧瓶中加入100mL环戊二烯（约1.20mol）。开启搅拌，迅速冷却到0℃后，在80min内均匀滴加与环戊二烯同物质的量的丙烯醛。滴加过程中控制温度为0℃，滴加完毕后将温度升到预定的温度，保温反应5h，用气相色谱分析合成液中产品含量，称重计算收率。3结果3.1正交实验正交实验结果与分析，如表2(5-降冰片烯-2-醛的收率以丙烯醛计）。3.1.1反应温度对环戊二烯收率的影响本反应为一个热催化的狄尔斯-阿尔德反应。反应温度升高，反应速率加快，但是由于环戊二烯的二聚速率也随温度升高而升高，故而反应温度升高、反应速率加快的同时会伴有收率下降的缺点。从图1可以看出0℃、-5℃收率相近，因而选取0℃作为反应温度是较适宜的。3.1.2反应进行的区域丙烯醛滴加速度变慢可以使丙烯醛更充分的反应，使反应进行的更彻底。但是考虑到实际生产情况，滴加时间不可能无限延长，在不发生飞温的前提下，滴加时间可以缩短到2h之内。3.1.3速度加入的丙烯醛对收率的影响从实验结果可以看出，摩尔数之比对此反应无太大影响，在丙烯醛过量时，体系中同一速度滴入的丙烯醛相对浓度较大，因而转化速率相对较快，同时由于丙烯醛过量，以丙烯醛计算得出的收率自然较低。考虑到环戊二烯在减压蒸馏时存在二聚问题，而丙烯醛毒性较大，蒸馏时操作危险性较大，因而采取1∶1的摩尔比，使二者尽可能地完全反应。3.2温度对反应的影响不同保温温度时丙烯醛滴加完毕时的转化率与保温5h后的转化率的对比如下图。由图1可以看出保温温度在10～15℃以上时转化率已无明显升高，同时反应安全性愈加突出，在工程应用上由于传热的矛盾更容易出问题。综上考虑反应后期适宜的保温温度为10～15℃，此温度范围接近室温，降低了对冷却条件的要求，经气相色谱分析，采用此温度范围环戊二烯二聚的影响几乎可以忽略，反应时间可由14h缩短到7～8h，这是由于狄尔斯-阿尔德反应不同于离子型反应和自由基型反应，反应中不存在活泼的中间体，如：碳正离子、碳负离子或自由基等，反应进行的动力是加热或光照，所以提高保温温度相当于反应的动力增加，所以会缩短反应时间。另外，此反应虽是一个放热反应，降低温度虽然有利于向正反应方向进行，提高平衡常数，但会使平衡时间大大增长，10～15℃的保温条件既降低了冷却条件的要求，又缩短了反应平衡时间，同时对平衡常数影响不大，所以显然优于-5～0℃的保温条件。4反应物体系密度的确定综上所述,反应温度、滴加时间和摩尔数之比3个因素对产品收率影响不大,而反应温度和滴加时间对反应速率影响比较大。反应中丙烯醛滴加速率以80～100min滴完为宜,反应物摩尔配比采取1∶1为宜,滴加温度选取10℃为宜。如果将保温温度升到15～20℃,反应完成时间可由原来的1