CN106478494A - 2,3,5,6‑四氯‑4‑甲磺酰基吡啶的生产方法 - Google Patents

2,3,5,6‑四氯‑4‑甲磺酰基吡啶的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种2,3,5,6‑四氯‑4‑甲磺酰基吡啶的生产方法,涉及到取代和氧化两步反应的优化条件。本发明所述的方法以五氯吡啶为原料,加入催化剂,溶于溶剂中与甲硫醇钠水溶液室温条件下发生取代反应一步法生成2,3,5,6‑四氯‑4‑甲巯基吡啶,2,3,5,6‑四氯‑4‑甲巯基吡啶溶于二氯甲烷中,加入氧化剂室温氧化生成目标产物2,3,5,6‑四氯‑4‑甲磺酰基吡啶,反应结束经简单的纯化步骤,产品纯度即可达到99%,两步反应的总收率达到90%以上,对工业化生产具有很强的指导性。

Description

2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的生产方法
技术领域
本发明涉及一种2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的工业化生产方法,属于化工合成技术领域。
背景技术
吡啶和苯同属于生物电子等排体。尽管两者在诸多化学方面是相似的,但两者疏水性差别较大。因此,由吡啶替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、更高的内吸性或选择性。而且对有益生物有着卓越的环境相容性。吡啶类农药主要涉及杀菌剂、杀虫剂和除草剂等方面。几乎所有类别的农药都含有吡啶结构,目前世界上已经商品化的含吡啶环农药有70多种,在我国登记的含吡啶环农药有效成分共有50多种,其中包括敌草快、百草枯、毒死蜱、吡虫啉、烟嘧磺隆等市场成熟、产能和产量较大的主流农药品种。我国已经开发生产具有良好市场前景的吡啶下游农药,如氟啶胺、氟草酮、吡氟禾草灵、啶虫脒、烯啶虫胺和吡氟酰草胺等。
中国作为全球最大的农药原药的生产和出口国,据统计在2,600余家农药生产企业(包括卫生杀虫剂生产企业)中有原药生产企业400余家。目前,含有吡啶环结构的化合物已成为新型农药原药生产企业的创新方向。
正因为吡啶环在农药分子设计中具有如此独特的效应,引起了有机化学家的极大兴趣。科学家对这类化合物的研究方兴未艾,并不断有新的农药产品问世。2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶是这类农药中的一个新成员,其具有吡啶类农药的特点:在水中溶解性低而在有机溶剂中有适度的溶解性,特别应用在防止霉菌对农作物的侵害。它还在油墨、造纸、纺织和聚合材料等领域中有较为广泛的应用。
传统的2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶生产工艺是以五氯吡啶为原料,利用剧毒试剂硫化钠对其进行亲核取代反应,生成的硫醇钠中间体再与碘甲烷或硫酸二甲酯等甲基化试剂反应得到中间体2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶。最后用过氧化氢,浓硫酸或氯气氧化得到最终产品,这些已有工艺存在反应收率低、并且使用了硫化钠、碘甲烷或硫酸二甲酯等剧毒试剂,不仅产生大量三废同时使得操作环境恶劣,属于淘汰的陈旧工艺。
发明内容
针对原有的2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶生产工艺中不仅使用硫化钠、碘甲烷或硫酸二甲酯等剧毒品原料,而且还用到过氧化氢,浓硫酸或氯气等强氧化和强酸试剂。生产过程具有易爆、产生大量废酸、废气且操作繁琐的特点。本发明的目的在于提供一种易操作的工艺路线,有效提高目标反应收率,减少环境污染。本发明采用甲硫醇钠水溶液(20%质量浓度)一步法合成2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶,然后通过间氯过氧化苯甲酸氧化成砜,并对反应条件进行了优化,有效提高了目标产物的纯度和产率。
为达到以上目的,本发明采取的技术方案是:
一种2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的生产方法,该方法以五氯吡啶为原料,加入催化剂,溶于溶剂中与甲硫醇钠水溶液室温条件下发生取代反应一步法生成2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶,2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶溶于二氯甲烷中,加入氧化剂室温氧化生成目标产物2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶,结构式为:
所述的2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的生产方法,所述的氧化剂选用间氯过氧化苯甲酸。
所述的2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的生产方法,所述的氧化剂间氯过氧化苯甲酸总量为2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶的2.0-2.3摩尔当量,均分成三批次加入,反应开始时加入三分之一,然后每间隔15分钟加入三分之一。
所述的2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的生产方法,所述的溶剂为亲水溶剂。
所述的2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的生产方法,所述的溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、乙醇或者甲醇中的一种,五氯吡啶与溶剂质量比为1:3~1:15。
所述的2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的生产方法,所述的催化剂采用碘化钠或碘化钾,催化剂与五氯吡啶的质量比为1:2000~1:500。
具体实施方式
实施例一:
五氯吡啶(10g,40.2mmol)溶于四氢呋喃(THF)(50mL)中,冰浴冷却,一小时内缓慢滴加20%的甲硫醇钠水溶液(16.9g,48.2mmol)。反应液室温反应五小时。GC检测原料已经反应完毕。减压回收四氢呋喃,加入乙酸乙酯(80mL),用(2×30mL)水洗,有机相经无水硫酸钠干燥,过滤后减压浓缩得2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(10g,95%)。
五氯吡啶(10g,40.2mmol)和NaI(60mg,0.4mmol)溶于四氢呋喃(THF)(50mL)中,冰水浴冷却,一小时内缓慢滴加20%的甲硫醇钠水溶液(16.9g,48.2mmol)。反应液室温反应三小时。GC检测原料已经反应完毕。减压回收四氢呋喃,加入乙酸乙酯(80mL),用(2×30mL)水洗,有机相经无水硫酸钠干燥,过滤后减压浓缩得2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(10g,95%)。
2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(10g,38.0mmol)溶于二氯甲烷DCM)(80mL)中,冰水浴冷却,均分三次每批隔15分钟加入间氯过氧化苯甲酸(14.4g,83.6mmol)。反应液室温反应三小时。GC检测原料已经反应完毕。反应液先用(2×20mL)饱和碳酸钠溶液洗,再用(2×20mL)水洗,有机相经无水硫酸钠干燥,过滤后减压浓缩得粗品,粗品加入乙醇(5mL)打浆,过滤干燥得(10.8g,96%)2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶。
实施例二:
五氯吡啶(10g,40.2mmol)溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)(50mL)中,冰水浴冷却,一小时内缓慢滴加20%的甲硫醇钠水溶液(16.9g,48.2mmol)。反应液室温反应五小时。GC检测原料已经反应完毕。减压回收DMF,加入乙酸乙酯(40mL),用(2×20mL)水洗,有机相经无水硫酸钠干燥,过滤后减压浓缩得2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(10.1g,95.2%)。
2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(10g,38.0mmol)溶于DCM(80mL)中,冰水浴冷却,均分三次每批隔15分钟加入间氯过氧化苯甲酸(14.4g,83.6mmol)。反应液室温反应两小时。GC检测原料已经反应完毕。反应液先用(2×20mL)饱和碳酸钠溶液洗,再用(2×20mL)水洗,有机相经无水硫酸钠干燥,过滤后减压浓缩至DCM剩余5mL,过滤得(10.5g,94%)2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶。
实施例三:
五氯吡啶(10g,40.2mmol)溶于DMF(50mL)中,冰水浴冷却,缓慢加入98%的固体甲硫醇钠(3.45g,48.2mmol)。反应液室温反应三小时。GC检测原料已经反应完毕。减压回收DMF,固体用水(5mL)打浆,过滤后干燥得2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(9.7g,92%)。
2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(10g,38.0mmol)溶于二氯乙烷(DCE)(80mL)中,冰水浴冷却,均分三次每批隔15分钟加入间氯过氧化苯甲酸(14.4g,83.6mmol)。反应液室温反应两小时。GC检测原料已经反应完毕。反应液先用(2×20mL)饱和碳酸钠溶液洗,再用(2×20mL)水洗,有机相经无水硫酸钠干燥,过滤后减压浓缩得粗品,粗品加入乙醇(5mL)打浆,过滤干燥得(10.6g,95%)2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶。
实施例四:
五氯吡啶(10g,40.2mmol)溶于乙醇(50mL)中,冰浴冷却,一小时内缓慢滴加20%的甲硫醇钠水溶液(16.9g,48.2mmol)。反应液室温反应五小时。GC检测原料已经反应完毕。减压浓缩除去乙醇,析出的固体颗粒过滤并用水(5mL)清洗滤饼,干燥后得2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(10.1g,96%)。
2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(10g,38.0mmol)溶于DCM(80mL)中,冰水浴冷却,均分三次每批隔15分钟加入间氯过氧化苯甲酸(14.4g,83.6mmol)。反应液室温反应两小时。GC检测原料已经反应完毕。反应液先用(15mL)5%NaOH水溶液清洗,再用(2×20mL)水洗,有机相经无水硫酸钠干燥,过滤后减压浓缩得粗品,粗品加入乙醇(5mL)打浆,过滤干燥得(10.6g,95%)2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶。
实施例五:
五氯吡啶(10g,40.2mmol)和NaI(60mg,0.4mmol)溶于甲醇(50mL)中,冰水浴冷却,一小时内缓慢滴加20%的甲硫醇钠水溶液(16.9g,48.2mmol)。反应液室温反应三小时。GC检测原料已经反应完毕。减压浓缩除去甲醇,析出的固体颗粒过滤并用水(5mL)清洗滤饼,干燥后得2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(10.1g,96%)。
2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(10g,38.0mmol)溶于DCM(80mL)中,冰水浴冷却,均分三次每批隔15分钟加入间氯过氧化苯甲酸(14.4g,83.6mmol)。反应液室温反应两小时。GC检测原料已经反应完毕。反应液先用(15mL)5%NaOH水溶液清洗,再用(2×20mL)水洗,有机相经无水硫酸钠干燥,过滤后减压浓缩得粗品,粗品加入甲醇(5mL)打浆,过滤干燥得(10.6g,95%)2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶。
实施例六:
五氯吡啶(10g,40.2mmol)和NaI(60mg,0.4mmol)溶于甲醇(38mL)中,冰水浴冷却,一小时内缓慢滴加20%的甲硫醇钠水溶液(16.9g,48.2mmol)。反应液室温反应三小时。减压浓缩除去甲醇,析出的固体颗粒过滤并用水(5mL)清洗滤饼,干燥后得2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(9.3g,88%)。
五氯吡啶(10g,40.2mmol)和NaI(60mg,0.4mmol)溶于甲醇(190mL)中,冰水浴冷却,一小时内缓慢滴加20%的甲硫醇钠水溶液(16.9g,48.2mmol)。反应液室温反应三小时。减压浓缩除去甲醇,析出的固体颗粒过滤并用水(5mL)清洗滤饼,干燥后得2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(9.6g,91%)。
2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶(10g,38.0mmol)溶于DCM(80mL)中,冰水浴冷却,一次性加入间氯过氧化苯甲酸(14.4g,83.6mmol)。反应液室温反应两小时。GC检测原料已经反应完毕。反应液先用(15mL)5%NaOH水溶液清洗,再用(2×20mL)水洗,有机相经无水硫酸钠干燥,过滤后减压浓缩得粗品,粗品加入甲醇(5mL)打浆,过滤干燥得(9.6g,86%)2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶。
表1:不同取代反应条件对目标产物产率的比较
表1结果表明,甲硫醇钠的摩尔当量为1.2时最为合适。当加入0.01摩尔当量的NaI催化剂时,可显著缩短反应时间。THF、DMF、MeOH和EtOH四种溶剂均适合此反应,其中工业化生产中采用MeOH为溶剂最为合适。
表2:不同氧化条件对目标产物产率的比较
序号 m-CPBA(当量) 溶剂 温度(℃) 时间(h) 收率(%)
1 2.0 DCM 0-20 3 78.3
2 2.1 DCM 0-20 3 86.5
3 2.2 DCM 0-20 3 96.0
4 2.3 DCM 0-20 3 96.0
5 2.2 DCM 0-20 2 81.2
6 2.2 DCE 0-20 3 95.0
表2结果表明,m-CPBA的摩尔当量为2.2时最为合适。DCM和DCE两种种溶剂均适合此反应,其中工业化生产中采用DCM为溶剂比较经济合理。

Claims (6)

1.一种2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的生产方法,其特征在于:以五氯吡啶为原料,加入催化剂,溶于溶剂中与甲硫醇钠水溶液室温条件下发生取代反应一步法生成2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶,2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶溶于二氯甲烷中,加入氧化剂室温氧化生成目标产物2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶,结构式为:
2.根据权利要求1所述的2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的生产方法,其特征在于:所述的氧化剂选用间氯过氧化苯甲酸。
3.根据权利要求2所述的2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的生产方法,其特征在于:所述的氧化剂间氯过氧化苯甲酸总量为2,3,5,6-四氯-4-甲巯基吡啶的2.0-2.3摩尔当量,均分成三批次加入,反应开始时加入三分之一,然后每间隔15分钟加入三分之一。
4.根据权利要求1所述的2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的生产方法,其特征在于:所述的溶剂为亲水溶剂。
5.根据权利要求4所述的2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的生产方法,其特征在于:所述的溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、乙醇或者甲醇中的一种,五氯吡啶与溶剂质量比为1:3~1:15。
6.根据权利要求1所述的2,3,5,6-四氯-4-甲磺酰基吡啶的生产方法,其特征在于:所述的催化剂采用碘化钠或碘化钾,催化剂与五氯吡啶的质量比为1:2000~1:500。
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