(下)吡啶的生产消费及其衍生物概况

    该反应深度不易控制,副产物多,作为起始反应物的3,5-二氯吡啶也是不容易获得的,因而造成生产成本高,不利于实现工业化。

    Kalama Chemical公司则进一步提出液相法制备2,3,5-三氯吡啶的工艺,该工艺采用高压条件下先将吡啶制成相应的盐酸盐,其后与液氯反应制备三氯吡啶,反应中温度为150℃(温度过低或过高将使收率降低,副产物增加),反应每隔4h左右需要停止反应,将反应中比重大的产物移出,该工艺需要在高压条件下进行反应,对设备的要求比较高,操作复杂,收率较低,不利于实现工业化。

    Dow公司和Ciba Geigy公司相继在1978年和1981年提出了以2,3,5,6-四氯吡啶或者五氯吡啶为原料在碱性条件下用锌粉还原制备三氯口比啶的工艺,该工艺具有操作相对简便,安全性高的优点。

    在1979年Ciba Geigy公司又开发了以三氯乙醛和丙烯腈为原料,催化闭环法制备三氯吡啶的工艺,收率也是比较令人满意的,该工艺对设备的要求比较高,反应中压力上升较快,反应不易控制。

    其它的合成方法还有氨基三氯吡啶法及三氯-4-甲醛缩丁腈脱水闭环法。

    氨基二氯吡啶法是以氨基二氯吡啶为原料经桑德迈尔反应而制得:

    该方法的优点在于反应在常温下进行,易于操作,收率高。但其原料氨基二氯吡啶不易获得。

    三氯-4-甲醛缩丁腈脱水闭环法是三氯乙醛和丙烯腈在催化剂的存在下进行加成反应,得到2,4,4-三氯甲醛缩丁腈,进而脱水环化即可制得。

    该方法的优点在于原料易得,但是总收率较低。

    湘潭大学化工系的余毅、艾秋红和罗和安同从操作性、安全性、设备等角度考虑,用相转移催化法催化还原五氯吡啶合成TCP。

    通过实验研究,得到相转移催化法合成2,3,5-三氯吡啶的{zj0}工艺条件为:采用浓度为8mol/L的NaOH溶液作为反应介质,n(锌粉):n(五氯吡啶):n(TMAB)=3.5:1:0.05,在50℃下反应6小时。

    此工艺路线,较之文献的{zj0}工艺条件:反应温度降低(由75℃降到50℃)、反应时间缩短(由10h缩短到6h)、反应原料减少(锌粉与五氯吡啶的摩尔配比由4:1降到3.5:1)、收率提高(由63%提高到73%)。此工艺操作简单,原料易得,副产物易分离的特点,易于实现工业化。

    ②应用

    2,3,5-三氯吡啶为白色结晶,熔点50℃,不溶于水和稀酸,溶于乙醚、丙酮、氯仿和苯,易溶于乙醇和石油醚,是合成多种农药的中间体,以本品为原料可制杀虫剂二除草剂。2,3,5-三氯吡啶还可用于制备近年投放市场的除草剂噁草醚。

    2.1.4  四氯吡啶

    目前制备2,3,5,6-四氯吡啶主要有如下的几种方法:氯化法、五氯吡啶脱氯法、分子闭合成环法,但以前两种最为常用。

    (1)氯化法

    ①液相催化制备2,3,5,6-四氯吡啶:

    液相催化法主要在液相条件下制取2,3,5,6-四氯吡啶。主要通过2-氯、2,3-二氯、2,5-二氯、2,3,5-三氯-6-三氯甲基吡啶等氯化吡啶和氯气在Lewis酸催化剂(如锌、铁、铝、钼、铌、钨、钌、钽的氯化物,但主要使用的催化剂是铝和铁的氯化物,以及金属铝和铁,{sx}氯化铁。)的作用下,在大气压或高压状态下,于160-240℃的温度范围内反应生成。是以在一定温度下将氯气通入液相原料中进行反应。

    Donald J.Perettie在其专利中介绍了以一系列吡啶的氯化衍生物的混合物为起始原料(包括3,5-二氯,2,3,5-三氯,2,3,6-三氯代吡啶)与氯气反应制备2,3,5,6-四氯吡啶的方法,反应历程是,将原料置于装有搅拌器,回流管,和气体喷头的玻璃仪器中,之后在搅拌的条件下加入催化剂氯化铁(用量为溶液质量的0.05%-3%),之后反应升温至200℃并由喷头通入氯气;在此条件下反应2-6小时,可得2,3,5,6-四氯吡啶和五氯吡啶的混合物,2,3,5,6-四氯吡啶含量为73%左右。

    ②气相催化制备2,3,5,6-四氯吡啶:

    气相催化法主要在气相条件下制取2,3,5,6-四氯吡啶,主要通过2-氯-5-三氯甲基吡啶,2-甲基吡啶、2,6-二氯甲基吡啶等汽化后进入反应器和氯气在Lewis酸催化剂的作用下生成2,3,5,6-四氯吡啶。Allphin,Clark P的专利重点介绍了以2-氯-5-三氯甲基吡啶为原料与氯气在固定床中制备2,3,5,6-四氯吡啶的方法。该法是将2-氯-5-三氯甲基吡啶溶于xxxx中(浓度为10%),用泵将其带入汽化装置,汽化后用氮气带入固定床,氯气同时进入固定床,于250至400℃内反应,用0℃的冰水冷凝并收集冷凝液。气体用氢氧化钠吸收中和后排空。{zg}收率为27%。

    ③直接氯化法:

    以3,3,5-三氯戊二酰胺为原料,以三氯氧磷为氯化剂制备2,3,5,6-四氯吡啶。

    Niels Friis的专利阐述了这一方法。将11g3,3,5-三氯戊二酰胺;13.8g三氯化磷和15.4g三氯氧磷充分混合后,通入氯气,于5℃下反应2h,然后蒸出三氯化磷和三氯氧磷,得7.0克固体,其中含68.5%2,3,5,6-四氯吡啶。

    (2)五氯吡啶脱氯法

    五氯吡啶法是以五氯吡啶被锌粉等还原脱氯生成2,3,5,6-四氯吡啶的方法。

    Gail E.Vrieland的专利中,将五氯吡啶、碘化钠、碳酸钠(1:2:1)置于150ml圆底烧瓶中,用DMAC溶解,加热至160℃,在此条件下保持搅拌并加入甲酸钠,可得2,3,5,6-四氯吡啶,收率为86%,其中五氯吡啶的转化率为96.1%,2,3,5,6-四氯吡啶的含量为89.8%。

    (3)分子闭合成环法

    以2,2,4-三氯-4-氰基丁酸酯为原料,在三氯氧磷和氯化氢的作用下闭合成环制备2,3,5,6-四氯吡啶。

    Youval Shvo的专利中介绍了这一方法。将12.0g2,2,4-三氯-4-氰基丁酸酯,40ml三氯氧磷,和1.5g干燥的氯化氢置于一玻璃反应器中,用油浴加热至140℃,反应10h后,将体系冷却至常温,然后蒸出三氯氧磷,然后加入冰块,并搅拌15min,用二氯甲烷萃取,分出二氯甲烷层,并蒸出氯化甲烷,收集白色结晶,得9.6克2,3,5,6-四氯吡啶(收率90.6%)。

    几种制备法的比较:液相催化氯化法比较成熟,但缺点是反应速度慢,反应时间长,且副产物较多。气相催化氯化法反应速度快,用时短,缺点是操作条件严格,若控制不当,易发生氯化量不足或过氯化的问题。直接氯化法和分子闭合成环法虽然反应方程式均是一步反应,但是直接氯化法的反应收率低,分子闭合成环的反应时间长,且其中用到氯化氢,体系要保持无水,且二者的后续操作也比较多,如直接氯化法还无法得到较纯的2,3,5,6-四氯吡啶,产物中还有3,5,6-三氯吡啶和3,3,5,5-四氯戊二酰胺。用五氯吡啶脱氯制备,收率高,选择性好,虽然五氯吡啶的国内产量低,但近来五氯吡啶的合成方法已得到解决。

    2.1.5  五氯吡啶

    五氯吡啶具有较高的生物活性和内吸性,因而可用作农药、医药及染料合成的中间体。五氯吡啶是以吡啶为原料经深度氯化而制得。吡啶的氯化技术一直是研究热点,也是世界性难题,目前只有美国道氏公司等极少数公司掌握了这项技术,并实现了工业化生产,其技术处于高度保密状态。中国工程物理研究院研究设计并建立了吡啶氯化反应的装置,并对该装置进行了改进和完善,有效地降低了吡啶自聚、结晶及生成其他副产物的程度。从五氯吡啶开发合成的一系列农药具有广谱、高效和低毒的特点,对农业发展和生态保护具有重要的意义,目前其需求量不断增加,市场潜力非常广阔。目前主要用于农药毒死蜱的合成。

    2.2  2-甲基吡啶

    2-甲基吡啶可用于合成除草剂、兽药、氮肥增效剂、橡胶助剂、染料中间体、胶片感光材料、医药朴尔敏、长效磺胺、局部xx药和泻药等。国外还开发出以2-甲基吡啶为原料合成重要农药中间体2-羟基-3,5,6-三氯吡啶、2-三氟甲基-6-氯吡啶、4-氨基-3,4,5-三氯吡啶-2-羧酸等很有开发前景的产品。

    除上述用途外,2-甲基吡啶还主要用于生产2-乙烯基吡啶和2-甲基-5-乙烯基吡啶、2-乙烯基吡啶或2-甲基-5-乙烯基吡啶与丁二烯、苯乙烯的乳液共聚为橡胶骨架材料的浸胶丁吡胶乳,其中2-乙烯基吡啶或2-甲基-5-乙烯基吡啶占丁吡胶乳组成的15%,目前国内仅极少数企业小规模生产乙烯基吡啶,因此国内丁吡胶乳主要依赖进口。

    2.3  3-甲基吡啶

    3-甲基吡啶是最重要、也是应用最为广泛的吡啶衍生物产品。

    在农药工业中可以合成除草剂吡氟禾草灵、吡氟草胺、羟戊禾灵、烟嘧黄隆、啶嘧黄隆等;合成的杀虫剂包括吡虫啉、定虫隆、烯啶虫胺、噻虫啉、啶虫咪、TI-304等数十个品种,合成的xx剂包括啶斑肟、氟啶胺等,杀鼠剂灭鼠安、灭鼠腈、灭鼠优等。另外许多农药已形成系列产品,如系列含吡啶拟除虫菊酯、含吡啶二芳醚类除草剂、含吡啶磺酰脲类除草剂、含吡啶苯甲酰脲类杀虫剂、含吡啶的烟碱硝基烯类杀虫剂等新型农药。

    在医药行业中,3-甲基吡啶用于合成烟酸、烟酰胺、维生素B、尼可拉明和强心药等。

    在饲料行业,烟酸和烟酰胺除用于医药外,还大量用于饲料工业。

    在其他行业,3-甲基吡啶还可用于合成香料、染料、日化用品等。3-甲基吡啶可合成多种系列化的衍生物产品,这些产品多为高附加值、专用型的精细化工中间体,如2-氯-5-吡啶甲胺、2-氯-5-氯甲基吡啶、2-氯-5-三氟甲基吡啶、2-氯-3-三氯甲基吡啶、2,3-二氯-三氟甲基吡啶、2-氯烟酸、5-氯烟酸、3-吡啶甲腈、3-吡啶甲胺、3-吡啶甲醛、3-吡啶甲醇等,3-甲基吡啶的新用途正在不断开发之中。

    2.4  4-甲基吡啶

    4-甲基吡啶在医药行业用于合成异烟肼、xx药双复磷和双解磷,另外在杀虫剂、染料、橡胶助剂、合成树脂等领域也有应用。特别是由4-甲基吡啶合成的4-乙烯基吡啶,可以与苯乙烯、丙烯腈或丙烯酸酯等进行共聚得到聚乙烯基吡啶,作为纸张增强剂和改性剂,另外聚乙烯基吡啶可与xxx进行烷基化反应得到重要的弱碱性离子交换树脂。

    4-甲基吡啶还可用于合成结核病防治xx异烟肼,由于近十年来全球结核病发病率呈明显上升趋势,作为抗结核的高效xx异烟肼,具有很好的发展前景。

    2.5  其他

    吡啶还有许多重要的衍生产品,如六氢吡啶是重要的化工原料,主要用于xx药、止痛药和植物生长调节剂棉壮素的生产;3-乙基吡啶、2,5-二甲基吡啶、乙酰基吡啶是具有发展前景的新型杂环香料,可用于烟草和食品中;2,6-二甲基吡啶可用于生产心血管xx血脉宁、驱虫药驱蛲净、可的松乙酸酯、氢化可的松等;2,3,5-三甲基吡啶是合成新型抗溃疡药奥美拉唑的关键中问体;2,4,6-三甲基吡啶用于合成口服避孕药甲地孕酮、维生素A;2,3-二氟-5-氯吡啶用于合成诺华公司新开发的除草剂炔草酯等;另外溴代吡啶、多氯代吡啶、羟基吡啶、氨基吡啶等系列化吡啶衍生物用途广泛,发展潜力很大。

 

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