CN112479990A - 一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化合物中间体合成技术领域，具体涉及一种高效2,3‑二氯吡啶的合成方法，2,3,6‑三氯吡啶经合成反应形成2,3‑二氯吡啶，所述合成反应的催化剂为金属催化剂，所述反应的助催化剂为X(YH4)n；其中，X代表Li、Na、K、Mg和Ca中的一种；Y代表B或者Al；n为1或2。本方案可以解决2,3‑二氯吡啶的合成的原料转化率低的技术问题。在传统合成路线的基础上，加入了本方案的助催化剂X(YH4)n，可促进反应的进行获得较高的反应效率、较短的反应时间以及理想的选择性和转化率。本方案可以应用于2,3‑二氯吡啶的合成的实践操作中，以增加原料利用率，提高生产效率，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及化合物中间体合成技术领域，具体涉及一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法。
背景技术
2,3-二氯吡啶是重要的医药与农药中间体，特别是在农药领域，它是合成新型杀虫剂氯虫苯甲酰胺的重要中间体，具有广阔的应用前景。目前工业上常用2,3,6-三氯吡啶在氢气条件下还原为2,3-二氯吡啶,以钯、铂、铑或者雷内镍、雷内铜等及这些贵金属的络合物等作为催化剂。日本专利JP1193246，以Pd/C为催化剂，乙酸为溶剂，乙酸钠为缚酸剂，在常压、50℃下反应14h，可反应获得目的产物2,3-二氯吡啶。在上述反应过程中，原料转化率只有33％，生产效率较低。因此，亟需研究开发出一种能够高效合成2,3-二氯吡啶的方法，以增加原料利用率，提高生产效率，降低生产成本。
发明内容
本发明意在提供一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法，以解决2,3-二氯吡啶的合成的原料转化率低的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法，2,3,6-三氯吡啶经合成反应形成2,3-二氯吡啶，所述合成反应的催化剂为金属催化剂，所述反应的助催化剂为X(YH4)n；其中，X代表Li、Na、K、Mg和Ca中的一种；Y代表B或者Al；n为1或2。
本方案的原理及优点是：2,3,6-三氯吡啶在金属催化剂的作用下合成2,3-二氯吡啶，在此基础上，加入了本方案的助催化剂X(YH4)n，可促进反应的进行获得较高的反应效率、较短的反应时间以及理想的选择性和转化率。其中，X为碱金属(Li，Na，K)或碱土金属(Mg，Ca)，Y为第三主族元素(B，Al)。助催化剂作为一种储氢材料为反应额外补充消耗的氢气，使氢气浓度变化变小，从而提高反应速率和转化率、选择性。
在合成反应的氢解过程中，氢气浓度会由高到低的变化，不同氢气浓度的反应速率不同，且浓度不宜超过一定的限度使副产增加。当氢气浓度降低时，单位时间在金属催化剂表面断裂的C-Cl键形成的活性中间体，远大于在催化剂表面断裂H-H键形成氢原子的浓度，导致氢解效率的降低。故在一定氢气浓度下，保证其浓度的相对稳定对反应速率和转化率、选择性至关重要。现有技术的常规做法是间断或者连续地向反应***中补充氢气，但是随着反应速率加快，氢气消耗加大的同时体系生成的氯化氢增多，无法通过控制氢气的加入量来实现对反应过程的控制。
发明人通过大量研究，发现采用本方案的助催化剂可以解决上述问题，助催化剂的加入可以补充消耗的氢气，使氢气浓度变化变小，提高反应速率和转化率、选择性。为了能在反应体系内部补氢，选择合适的储氢材料尤为重要，助催化剂不但需要为储氢材料，可释放出反应所需的氢气，还需要其氢气的释放量可以根据反应的进程可调控。本方案的助催化剂的优点还在于其在水、醇中溶解度较高，会随着pH值得改变调节释氢速率，随着合成反应的进程和剧烈程度，可自行调整氢气的释放速率。并且在上述氢气的释放速率下，可对2,3,6-三氯吡啶转化为2,3-二氯吡啶产生正向促进作用，所以将X(YH4)n作为助催化剂用于2,3,6-三氯吡啶的氢解。
发明人进而分析了产生上述现象的原因，以硼氢化钠(NaBH4)为例进行说明，NaBH4溶于水、胺类、醇类、酸类，这些物质中带有氨基和/或羟基，能与硼氢化钠中的BH4-形成双氢键。NaBH4在酸性条件下快速分解生成氢气：NaBH4+H++3H2O＝H3BO3+Na++4H2↑。NaBH4在碱性条件或醇作溶剂下相对稳定：NaBH4+2H2O＝NaBO2+4H2↑；NaBH4+4HO-R＝B(OR)3+4H2↑+NaOR。所以，能够随着合成反应的进行，逐步调节氢气的释放量以满足合成反应的需求。碱金属(Li、Na、K)或碱土金属(Mg、Ca)与第三主族元素(B、Al)形成的储氢材料能与氢气配位，其均能在水、胺、酸或者醇中释放氢气，生成对应的碱。发明人经过大量实验，发现本方案的助催化剂只有在醇作为溶剂，反应才能获得理想的选择性，使用其他溶剂获得的反应选择性均显著低于使用醇为溶剂的情况。
综上所述，使用X(YH4)n作为助催化剂的有益效果在于：
(1)助催化剂可保证稳定产氢，使氢气浓度不会随反应的进行而降低。
(2)助催化剂能与生成的盐酸发生反应，达到一个缚酸的效果，助催化剂吸收反应中产生的酸成盐，避免酸影响反应或反应平衡。
(3)助催化剂由于稳定产氢并促进反应的正向进行，助催化剂的使用可以加快反应速度，在5h之内反应完成，整个反应的转化率在90％以上，选择性85％以上。
进一步，所述合成反应在缚酸剂存在的情况下进行。
采用上述技术方案，缚酸剂吸收反应中产生的酸成盐，避免酸影响反应或反应平衡。缚酸剂和助催化剂共同作用起到双重缚酸的效果。
进一步，所述金属催化剂包括金属活性中心，所述金属活性中心为镍、铂、铑、钯、银、钌、雷尼镍和雷尼铜中的一种。
采用上述技术方案，上述金属催化剂均具有较好的催化合成反应的效率。本方案中金属催化剂是不能溶解在反应体系中的，反应物在金属催化剂表面经过吸附-断键-重组-脱附过程被催化。加入的助催化剂能够溶于反应体系中，此时的反应体系中，除了金属催化剂为固相，其余均为溶液状态。溶液状态的反应物不会附着于金属催化剂上，避免了金属催化剂被包裹使催化效率降低。所以，本方案的合成反应为均相反应，不包裹金属催化剂，使反应更彻底。现有技术中的金属催化剂可直接购买商业化的产品，通常是以碳作为支持物，在碳支持物上附着固定了金属活性中心。
进一步，所述缚酸剂为三乙胺、氢氧化镁、三异丙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钙、氧化钙、二异丙胺、氨、醋酸钠、乙醇胺、苯胺、氢氧化铝、甲胺、乙胺、吡啶、碳酸钠、季铵碱、乙二胺、哌啶、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯、二异丙基乙基胺和N,N-二异丙基乙胺中的一种物质或多种物质形成的混合物。
采用上述技术方案，上述物质均为常见的缚酸剂，性质明确且易于获取。
进一步，所述合成反应的溶剂为甲醇或乙醇。
采用上述技术方案，助催化剂可溶解于醇中，随pH改变逐步释放氢气，而甲醇或乙醇是常见的醇，性质稳定且易于获取。
进一步，所述合成反应在10-100℃的温度条件下进行。
采用上述技术方案，上述反应温度可保证反应充分且正向进行。
进一步，所述合成反应在内压为0.5-5Mpa的环境中进行，并通过输入氢气维持所述环境的内压。
采用上述技术方案，通过加入氢气的方法控制反应环境压力，0.5-5Mpa为适合反应进行的内压，加入氢气来调节压力可同时为反应供氢。
进一步，所述金属活性中心的用量为2,3,6-三氯吡啶的质量的0.001％-0.05％。
采用上述技术方案，上述金属催化剂(主要指金属活性中心)的用量可以保证反应顺利进行。金属催化剂过少，反应速度慢；金属催化剂过多，提高成本，不经济。
进一步，在所述合成反应中，每1当量的2,3,6-三氯吡啶对应0.01-1当量的助催化剂。
采用上述技术方案，上述助催化剂的用量可以保证体系稳定产氢，反应正向进行。助催化剂过多，会使氢气浓度大幅度上升，氢气浓度很高会使选择性降低。助催化剂太少，会过早的被消耗完全，达不到助催化效果。
进一步，每1当量的2,3,6-三氯吡啶对应1-3当量的缚酸剂，溶剂的用量为2,3,6-三氯吡啶质量的3-5倍。
采用上述技术方案：缚酸剂的加入量是调控助催化剂氢释放量以及速度的关键，如果缚酸剂量太少，导致助催化剂消耗太快；若缚酸剂太多，体系碱性太强，助催化剂分解缓慢，达不到助催化作用。
附图说明
图1为实施例2的样品的气相色谱检测图。
图2为实施例2的标准品的气相色谱检测图。
图3为实施例2的混合品的气相色谱检测图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例1：
本实施例针对整体工艺流程进行说明，本发明的一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法的工艺流程如下：
将1当量的2,3,6-三氯吡啶、1-3当量的缚酸剂、质量是2,3,6-三氯吡啶质量的3-5倍的溶剂、0.01-1当量的助催化剂以及质量是2,3,6-三氯吡啶质量的0.001％-0.05％的金属活性中心(位于金属催化剂中)加入反应釜中，并在反应釜中通入氢气维持反应釜的内压在0.5-5Mpa(表压)，调节反应釜的温度为10-100℃，经4-5h的合成反应获得氢解产物2,3-二氯吡啶，并取样(称为样品)送检。通过气相色谱检测含产物的溶液中的组成及含量。本合成反应的反应式详见式(Ⅰ)。
在上述合成反应中，反应的助催化剂为X(YH4)n；其中，X代表Li、Na、K、Mg和Ca中的一种；Y代表B或者Al；n为1或2。即：助催化剂为铝氢化钠(NaAlH4)、氢化铝钾(KAlH4)、氢化铝锂(LiAlH4)、氢化铝钙(Ca(AlH4)2)、氢化铝镁(Mg(AlH4)2)、硼氢化锂(LiBH4)、硼氢化钙(Ca(BH4)2)、硼氢化镁(Mg(BH4)2)、硼氢化钠(NaBH4)和硼氢化钾(KBH4)中的一种。金属催化剂为镍、铂、铑、钯、银、钌、雷尼镍和雷尼铜中的一种。缚酸剂为三乙胺、氢氧化镁、三异丙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钙、氧化钙、二异丙胺、氨、醋酸钠、乙醇胺、苯胺、氢氧化铝、甲胺、乙胺、吡啶、碳酸钠、季铵碱、乙二胺、哌啶、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(DBU)、二异丙基乙基胺(iPr2NEt)和N,N-二异丙基乙胺(DIEA)中的一种物质或多种物质形成的混合物。溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇和叔丁醇的一种或多种物质形成的混合溶物。
实施例2-实施例15和对比例1-对比例7的参数、物质的选择和实验结果详见表1和表2。实施例2-实施例15和对比例1-对比例7的反应时间和选性均在反应的转化率在90％的时候进行测量。其中，转化率的计算方法为反应的2,3,6-三氯吡啶除以投入的2,3,6-三氯吡啶再乘以100％；选择性的计算方法为生成2,3-二氯吡啶的2,3,6-三氯吡啶除以反应的2,3,6-三氯吡啶再乘以100％。化合物结构验证：以实施例2为例，与纯度为99％的2,3-二氯吡啶标准品作对比，使用气相色谱检测对合成产物(样品)进行结构鉴定。样品的气相色谱检测图参见图1，标准品的气相色谱检测图参见图2，对比图1和图2，标准品和样品出峰的保留时间一致。混合样品(标准品和样品混合)的气相色谱检测图参见图3，混合样品和合成产物(样品)的峰一致，未出现其它峰；其中，2,3-二氯吡啶的含量增加，这是因为在样品中额外加入少量的2,3-二氯吡啶(标准品)，证明合成产物(样品)即为2,3-二氯吡啶。对实施例3-实施例15、对比例1-7合成的产物均进行了气相色谱验证，证明合成的样品均为目的产物2,3-二氯吡啶。
表1：实施例和对比例的参数选择
注：DCM为二氯甲烷，N/A表示未添加。
表2：实施例和对比例的参数选择以及实验结果(续表1)
| 反应内压(MPa) | 反应温度(℃) | 反应时间(h) | 转化率(％) | 选择性(％) | |
| 实施例2 | 3 | 60 | 4.0 | 90％ | 90％ |
| 实施例3 | 2 | 60 | 4.3 | 90％ | 89％ |
| 实施例4 | 0.5 | 10 | 5.2 | 90％ | 86％ |
| 实施例5 | 5 | 100 | 5.0 | 90％ | 87％ |
| 实施例6 | 3 | 60 | 4.5 | 90％ | 89％ |
| 实施例7 | 3 | 60 | 4.8 | 90％ | 86％ |
| 实施例8 | 3 | 60 | 4.7 | 90％ | 85％ |
| 实施例9 | 3 | 60 | 4.7 | 90％ | 85％ |
| 实施例10 | 3 | 60 | 5.3 | 90％ | 87％ |
| 实施例11 | 3 | 60 | 4.5 | 90％ | 88％ |
| 实施例12 | 3 | 60 | 4.6 | 90％ | 86％ |
| 实施例13 | 3 | 60 | 4.8 | 90％ | 85％ |
| 实施例14 | 3 | 60 | 4.4 | 90％ | 85％ |
| 实施例15 | 3 | 60 | 4.6 | 90％ | 85％ |
| 对比例1 | 3 | 60 | 5.6 | 90％ | 71％ |
| 对比例2 | 3 | 60 | 4.7 | 90％ | 72％ |
| 对比例3 | 3 | 60 | 5.1 | 90％ | 79％ |
| 对比例4 | 3 | 60 | 5.4 | 90％ | 71％ |
| 对比例5 | 7 | 60 | 3.5 | 90％ | 74％ |
| 对比例6 | 0.05 | 60 | 8.2 | 90％ | 81％ |
| 对比例7 | 3 | 60 | 8.6 | 90％ | 69％ |
结合表1和表2的结果，实施例2-15的合成方案，在一定的转化率下，均能取得较为理想的反应时间和选择性。对比例1和实施例2-15相比，说明采用助催化剂后，可稳定产氢，使氢气浓度不会随反应的进行而降低，保证了反应的转化率和选择性。传统的间断加氢发现，反应速率和产物选择性和氢气浓度成正相关。虽然最原始的手段保证通氢可以部分满足控制氢气浓度稳定的特点。但是随着反应速率加快，氢气消耗加大的同时体系生成的氯化氢增多，无法通过控制氢气的加入量来实现对反应过程的控制，导致对比例7的转化率和选择性受到影响。在实施例的方案中，选择助催化剂后，会根据生成的氯化氢的速度自动补偿消耗的氢气，达到自动调节氢气浓度的特点，比原始的持续(或者间断)加氢更智能和安全。
对比例2和实施例2-15相比，说明助催化剂过多会使氢气生成过快，导致选择性降低。对比例3和实施例2-15相比，说明缚酸剂量太少，导致助催化剂消耗太快，不能达到根据合成反应的进度稳定释放氢气的效果。对比例4和实施例2-15相比，说明缚酸剂太多，体系碱性太强，助催化剂分解缓慢，达不到助催化作用。对比例5、对比例6和实施例2-15相比，说明压力小会导致反应慢；而压力大，反应加快，但是反应的选择性变差。
对比例7和实施例2-15相比，说明选择醇类的反应溶剂非常必要，才能取得理想的选择性，选用其他反应溶剂获得的反应选择性不理想。发明人还尝试了使用水、胺和酸等溶剂作为反应溶剂，但是均存在选择性差等种种缺陷，只有使用醇作为溶剂才能获得适合于工业应用的反应速度和选择性。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法，其特征在于，2,3,6-三氯吡啶经合成反应形成2,3-二氯吡啶；在所述合成反应中，催化剂为金属催化剂，溶剂为醇，助催化剂为X(YH4)n；其中，X代表Li、Na、K、Mg和Ca中的一种；Y代表B或者Al；n为1或2。
2.根据权利要求1所述的一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法，其特征在于，所述合成反应在缚酸剂存在的情况下进行。
3.根据权利要求2所述的一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法，其特征在于，所述金属催化剂包括金属活性中心，所述金属活性中心为镍、铂、铑、钯、银、钌、雷尼镍和雷尼铜中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法，其特征在于，所述缚酸剂为三乙胺、氢氧化镁、三异丙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钙、氧化钙、二异丙胺、氨、醋酸钠、乙醇胺、苯胺、氢氧化铝、甲胺、乙胺、吡啶、碳酸钠、季铵碱、乙二胺、哌啶、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯、二异丙基乙基胺和N,N-二异丙基乙胺中的一种物质或多种物质形成的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法，其特征在于，所述合成反应的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇和叔丁醇的一种或多种物质形成的混合溶物。
6.根据权利要求5所述的一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法，其特征在于，所述合成反应在10-100℃的温度条件下进行。
7.根据权利要求6所述的一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法，其特征在于，所述合成反应在内压为0.5-5Mpa的环境中进行，并通过输入氢气维持所述环境的内压。
8.根据权利要求7所述的一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法，其特征在于，所述金属活性中心的用量为2,3,6-三氯吡啶的质量的0.001％-0.05％。
9.根据权利要求8所述的一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法，其特征在于，在所述合成反应中，每1当量的2,3,6-三氯吡啶对应0.01-1当量的助催化剂。
10.根据权利要求9所述的一种高效2,3-二氯吡啶的合成方法，其特征在于，在所述合成反应中，每1当量的2,3,6-三氯吡啶对应1-3当量的缚酸剂，溶剂的用量为2,3,6-三氯吡啶质量的3-5倍。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210312 |
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